DE1921970C3 - Device for displaying the angular position of a drill pipe - Google Patents
Device for displaying the angular position of a drill pipeInfo
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Description
sen unterem Ende in gewöhnlicher Weise eine Schwerstange D befestigt ist, die eine noch zu beschreibende Einrichtung zur Erzeugung von Druckimpulscn im Spülflüssigkeitsslrom aufnehmen kann, der in üblicher Weise durch das Bohrgestänge 5, die Schwerstangc D und durch einen Hydraulikmotor M zum Drehen eines Bohrmeißels B geführt wird, wobei die Spülflüssigkeit in dem Bohrloch W außerhalb des Bohrgestänges S wieder zur Erdoberfläche zurückkehrt. Der Motor M ist mit dem Bohrgestänge S bzw. mit dem unteren Ende der Schwerstange D mittels einer winkligen Schwerstange A verbunden. Die winklige Schwerstange A baut zwischen dem Bohrgestänge 5 und dem Motor M eine vorgegebene Winkclbeziehung auf, so daß die Bohrung W beim Niederbringen fortschreitend einen weiten Bogen bildet, der sich immer weiter in horizontaler Richtung von der in Fig. 1 mit V bezeichneten vertikalen Bezugslinie entfernt. Der Motor M dreht den Bohrmeißel B, wenn er auf den Spülflüssigkeitsstrom durch das Gehäuse H anspricht, wobei der Flüssigkeitsstrom durch das Gehäuse H die Drehung eines Motorrotors R bewirkt. Beispielsweise sei die Drehung des Rotors R und des Bohrmeißels B durch den Druck der durch das Motorgehäuse fließenden Flüssigkeit rechtsläufig, so daß auf das Motorgehäuse H ein Rück dreh moment einwirkt, das versucht, das Gehäuse in eine linksläufige Richtung zu drehen. Da das Fortschreiten der Bohrung W in der gewünschten Richtung sehr wesentlich davon abhängt, daß das Motorgehäuse H in einer festen Beziehung mit Bezug auf das Bohrgestänge S bleibt, ruft das Rückdrehmoment, das auf das Gehäuse H einwirkt und versucht, es mit Bezug auf den Bohrmeißel B in eine entgegengesetzte Richtung zu bringen, eine Neigung des Gehäuses H hervor, in eine fehlerhafte Richtung um den Scheitelpunkt A' der winkligen Schwerstange A auszuschwenken; die Neigung des Gehäuses H zum Schwenken um den Punkt A' führt zu einer Verdrehung des Bohrgestänges S und zu einem Fortschreiten des Bohrbetriebes in einer mit Bezug auf die gewünschte Richtung fehlerhaften Richtung. Die noch zu beschreibende Einrichtung in der Schwerstange D kann Signale einer Frequenz erzeugen, die ein Maß für die Lage des Punktes A' mit Bezug auf die Unterseite des Bohrloches W ist. Anders gesagt, erzeugt die Einrichtung Druckimpulse in der Spülflüssigkeit, die als Anzeige für die Winkellage der Schwerstange D um ihre Längsachse mit Bezug auf ein auf die Schwerkraft ansprechendes Element dienen, das sich normalerweise in einer auf die Unterseite der Schwerstange D zeigenden Lage befindet. Somit sind die von der Einrichtung erzeugten Signale eine Anzeige dafür, ob der Motor M und der Bohrmeißel B in der gewünschten Beziehung zu dem geplanten Verlauf der Bohrung W fortschreiten.sen lower end in the usual way a drill collar D is attached, which can accommodate a device to be described for generating pressure pulses in the flushing fluid flow, which is routed in the usual manner through the drill rod 5, the drill collar D and by a hydraulic motor M for rotating a drill bit B. the drilling fluid in the borehole W outside the drill string S returns to the surface of the earth. The motor M is connected to the drill rod S or to the lower end of the drill collar D by means of an angled drill collar A. The angled collar A builds between the drill string 5 and the motor M a predetermined Winkclbeziehung on, so that the bore W progressively forms a wide curve to the sinking, the further and further away in the horizontal direction from the designated in Fig. 1 with V vertical reference line . The motor M rotates the drill bit B in response to the flow of drilling fluid through the housing H , the flow of fluid through the housing H causing a motor rotor R to rotate. For example, the rotation of the rotor R and the drill bit B is clockwise due to the pressure of the liquid flowing through the motor housing, so that a reverse torque acts on the motor housing H , which tries to rotate the housing in a counterclockwise direction. Since the progress of the bore W in the desired direction is very much dependent on the motor housing H remaining in a fixed relationship with respect to the drill string S , the reverse torque acting on the housing H attempts to invade it with respect to the drill bit Bringing B in an opposite direction causes the housing H to tilt in an erroneous direction about the apex A 'of the angled drill collar A ; the tendency of the housing H to pivot about the point A ' leads to a twisting of the drill string S and to the progress of the drilling operation in a direction incorrect with respect to the desired direction. The still to be described device in the drill collar D can generate signals of a frequency which is a measure of the position of the point A ' with respect to the underside of the borehole W. In other words, the device generates pressure pulses in the flushing liquid which serve as an indication of the angular position of the collar D about its longitudinal axis with respect to a gravity-responsive element which is normally in a position pointing towards the underside of the collar D. Thus, the signals generated by the device are an indication of whether the motor M and the drill bit B are advancing in the desired relationship with the planned course of the bore W.
Nach Fig.2 kann die Schwerstange D ein allgemein mit / bezeichnetes Gehäuse aufnehmen, wobei die Spülflüssigkeit ungehindert zwischen dem Gehäuse / und der inneren Wandung der Schwerstange D fließen kann. Am oberen Ende des Gehäuses / ist eine allgemein mit P bezeichnete Impulsringhülse angebracht, and am unteren Ende des Gehäuses / ist eine Bodenabstützung F vorhanden, wodurch das Gehäuse / oben und unten in der Schwerstange D abgestützt und der Durchfloß der Spülflüssigkeit möglich ist.According to FIG. 2, the drill collar D can accommodate a housing generally designated /, the flushing liquid being able to flow unhindered between the housing / and the inner wall of the drill collar D. At the upper end of the housing / a pulse ring sleeve generally designated P is attached, and at the lower end of the housing / there is a base support F , whereby the housing / is supported above and below in the drill collar D and the flushing liquid can flow through.
Die Impulsringhülse P besitzt einen vergrößerten Endflansch 2, der in einem Sitz 3 liegt und abgedichtet ist. An ihrem unteren Ende ist die Hülse P mit einem zylindrischen Bauteil 4 versehen, der durch Stege 5 mit der Hülse verbunden ist; diese Stege las-S sen Fenster und Durchflußöffnungen 6 frei, so daß Flüssigkeit durch die Hülse P und durch den die Hülse P am Gehäuse / befestigenden Bauteil 4 fließen kann.The pulse ring sleeve P has an enlarged end flange 2 which lies in a seat 3 and is sealed. At its lower end, the sleeve P is provided with a cylindrical component 4 which is connected to the sleeve by webs 5; these webs leave windows and flow openings 6 free, so that liquid can flow through the sleeve P and through the sleeve P on the housing / fastening component 4.
Innen ist die Hülse mit einer Reihe von axial mitInside the sleeve is axially with a number of
ίο Abstand voneinander angeordneten Impulsringen 7 versehen, von denen nur zwei aus einer größeren Anzahl gezeigt werden, aber jeder von ihnen ist in der Lage, einen Druckimpuls in der hindurchströmenden Flüssigkeit zu erzeugen, wie es später beschrieben wird.ίο Spaced pulse rings 7 provided, of which only two of a large number are shown, but each of them is in the Able to generate a pressure pulse in the liquid flowing through it, as described later will.
Die Bodenabstützung P' besitzt einen äußeren Rand 9 und eine Nabe 10, auf der der Ring 9 durch Lager 11 abgestützt ist, die zwischen sich Durchflußöffnungen am unteren Ende des Gehäuses / ausbilden. Eine öffnung 12 ist in der Nabe 10 vorgesehen, so daß die Flüssigkeit am unteren Ende in das Gehäuse / eintreten kann. Das Gehäuse / wird in der Schwerstange D durch geeignete Mittel in einer bekannten Lage gehalten, z. B. durch eine Kerbnute 9 a The bottom support P ' has an outer edge 9 and a hub 10 on which the ring 9 is supported by bearings 11 which between them form flow openings at the lower end of the housing /. An opening 12 is provided in the hub 10 so that the liquid can enter the housing / at the lower end. The housing / is held in a known position in the collar D by any suitable means, e.g. B. by a notched groove 9 a
as im Rand 9 und eine Feststellschraube 9 b in der Schwerstange D, die geeignet gesichert ist und bis in die Kerbnute reicht.as in the edge 9 and a locking screw 9 b in the collar D, which is suitably secured and extends into the notch.
Am oberen Ende besitzt das Gehäuse einen.darin gelagerten und aus ihm herausziehbaren Schaft 13, der an seinem oberen Ende ein verschiebbares Bauteil 14 trägt. Im Gehäuse / drückt normalerweise eine Federvorrichtung 15 den Schaft 13 nach oben aus dem Gehäuse heraus, so daß das Bauteil 14 durch die Impulsringe 7 nach oben bewegt wird. Der Abwärtsstrom der Spülflüssigkeit durch die Impulsringhülse P wird aber das Bauteil 14 nach unten zum Eingriff mit dem oberen Ende des Gehäuses / bewegen. So werden während des Spülflüssigkeitskreislaufes der Schaft 13 und das Bauteil 14 in der in F i g. 1 gezeigten Lage verharren, der Schaft wird aber nach oben'getrieben, und das Bauteil 14 wird sich nachAt the upper end, the housing has a shaft 13 which is mounted therein and which can be pulled out of it and which carries a displaceable component 14 at its upper end. In the housing / a spring device 15 normally presses the shaft 13 upwards out of the housing, so that the component 14 is moved upwards by the impulse rings 7. However, the downward flow of the irrigation fluid through the impulse ring sleeve P will move the component 14 downwardly into engagement with the upper end of the housing /. Thus, during the flushing fluid cycle, the shaft 13 and the component 14 are in the manner shown in FIG. 1 remain in the position shown, but the shaft is driven upwards, and the component 14 will move
• oben durch die Ringe 7 hindurch bewegen, wenn der Kreislauf angehalten wird. Ein solcher Spülflüssigkeitskreislauf
wird automatisch immer dann angehalten, wenn eine zusätzliche Rohrlänge an das Bohrgestänge
auf der Erdoberfläche angefügt wird, oder nach Wunsch aus einem anderen Grunde. Nach dem
Wiederanfahren des Kreislaufes wird beim Durchgang des Bauteils 14 durch die Ringe 7 wegen der
Verengung des Strömungsquerschnittes ein Druckimpuls erzeugt, und solche Impulse können auf der
Erdoberfläche mittels eines Druckmeßgerätes oder eines Druckregistriergerätes beobachtet werden.
Um die Aufwärtsbewegung des Schaftes 13 in• move up through the rings 7 when the circuit is stopped. Such a flushing fluid circuit is automatically stopped whenever an additional length of pipe is added to the drill pipe on the surface of the earth, or for any other reason as desired. After restarting the circuit, a pressure pulse is generated when the component 14 passes through the rings 7 because of the narrowing of the flow cross-section, and such pulses can be observed on the earth's surface by means of a pressure measuring device or a pressure recording device.
To allow the upward movement of the shaft 13 in
Übereinstimmung mit der Winkellage des Bohrgestänges um seine Achse, d. h. mit Ausrichtung des Bohrgestänges relativ zur Unterseite des abzuteufenden Bohrloches, zu begrenzen, wird ein auf die Schwerkraft ansprechendes Element 16 mit exzentrischer Massenverteilung so vorgesehen, daß es selektiv mit allgemein mit der Ziffer 17 bezeichneten Anschlägen zusammenwirkt, wenn das Bauteil sich nach oben bewegt. Um die Abwärtsbewegung des Schaftes 13 zu verlangsamen, so daß die Impulse deutlich'und ausreichend voneinander getrennt sind, wird eine mit der Ziffer 18 bezeichnete Einrichtung zur Verlangsamung des Flüssigkeitsdurchsatzes vorgesehen. Im unteren Ende des Gehäuses/ ist zumCorrespondence with the angular position of the drill pipe about its axis, d. H. with alignment of the The drill string relative to the underside of the borehole to be sunk is limited to the Gravity responsive element 16 provided with eccentric mass distribution so that it selectively cooperates with stops generally designated by the number 17 when the component is moved up. To slow down the downward movement of the shaft 13, so that the pulses clearly and sufficiently separated from one another, a device designated by the number 18 is used intended to slow down the flow of liquid. In the lower end of the housing / is for
Druckausgleich zwischen der Innenflüssigkeit und der äußeren Spülflüssigkeit eine bewegliche Membran 20 vorgesehen; dadurch wird ein Flüssigkeitsdurchfluß durch die Einrichtung 18 möglich, wenn der Schaft 13 Flüssigkeit nach unten verdrängt, und ein Flüssigkeitsdurchsatz durch ein Rückschlagventil 22 nach oben, wenn der Schaft 13 nach unten gedrückt wird.Pressure equalization between the inner liquid and the outer rinsing liquid a movable membrane 20 provided; thereby a flow of liquid through the device 18 is possible when the Shaft 13 displaces fluid downward, and a fluid flow through a check valve 22 up when the shaft 13 is pushed down.
Nach Fig. 3a und 3b schließt das Gehäuse/ ein rohrförmiges Oberteil 30 ein, mit dem eine obere Schaftführung 31 verschraubt ist. Die Schaftführung 31 besitzt eine Dichtung 32 und Abstreifmittel 33, die beide mit dem Schaft zusammenwirken. Am oberen Ende des Schaftes ist das Bauteil 14 mittels eines Lagers 34, eines das Lager an dem Schaft befestigenden Stiftes 35 und eines das Bauteil auf dem Lager haltenden Sprengringes 36 befestigt. Nach F i g. 2 ist das Oberteil 30 in einem unteren Gehäuseabschnitt 37 eingeschraubt, dessen unteres Ende mit der Nabe 10 der Bodenabsteifung P' verbunden ist.According to FIGS. 3a and 3b, the housing / includes a tubular upper part 30 to which an upper shaft guide 31 is screwed. The shaft guide 31 has a seal 32 and stripping means 33, both of which cooperate with the shaft. At the upper end of the shaft, the component 14 is fastened by means of a bearing 34, a pin 35 fastening the bearing to the shaft and a snap ring 36 holding the component on the bearing. According to FIG. 2, the upper part 30 is screwed into a lower housing section 37, the lower end of which is connected to the hub 10 of the base bracing P ' .
Die Einrichtung 18 weist mehrere mittels einer durchbohrten Schraube 49 zusammengehaltene Drosselscheiben 48 auf. Auf der einen Seite befinden sich das nach oben öffnende Kugelrückschlagventil 22 und ein nach unten öffnendes federbelastetes Rückflußventil 50. Somit wird der Abwärtsfluß der GehäuseflUssigkeit verlangsamt, während andererseits ein verhältnismäßig unbehinderter Aufwärtsfluß der Gehäuseflüssigkeit ermöglicht ist, wenn der Schaft während des Betriebes aus dem Gehäuse herausgeführt oder wieder in das Gehäuse hineingedrückt wird. Das Ventil 50 dient zum Druckausgleich für den Fall, daß ein colcher Ausgleich nötig ist.The device 18 has a plurality of throttle disks 48 held together by means of a drilled screw 49. On one side there is an upwardly opening ball check valve 22 and a downwardly opening spring-loaded non-return valve 50. Thus, the downward flow of the housing fluid is slowed down, while on the other hand a relatively unimpeded upward flow of the housing fluid is made possible when the shaft is led out of the housing during operation or is pushed back into the housing. The valve 50 serves to equalize the pressure in the event that a c olcher equalization is necessary.
Der Schaft 13 ist mit dem auf die Schwerkraft ansprechenden Bauteil 16 durch eine Vorrichtung verbunden, die eine Aufwärtsbewegung des Schaftes längs eines in umgekehrter Beziehung zur Aufwärtsbewegung des auf die Schwerkraft ansprechenden Bauteiles 16 stehenden Weges erlaubt. Nach den F i g. 3 a und 3 b weist die Vorrichtung eine sich in Längsrichtung erstreckende Stange 60 auf, die in einer rohrförmigen Führung 61 mittels eines Kugel-Jagers gelagert ist.The shaft 13 is connected to the gravity-responsive component 16 by a device, one upward movement of the shaft along one in inverse relation to the upward movement of the gravity-responsive component 16 standing path allowed. After the F i g. 3 a and 3 b, the device has a rod 60 extending in the longitudinal direction, which is shown in FIG a tubular guide 61 is mounted by means of a ball hunter.
Die Führung 61 ist mit dem Oberteil 30 verbunden. Die Führung 61 ist an ihrem unteren Ende in einem Rohr 62 gelagert, das als eine nach oben gerichtete Verlängerung eines Flansches 63 ausgebildet ist, der wiederum im Gehäuse / am unteren Ende des Oberteils 30 mittels einer geeigneten Anzahl von Befestigungsmitteln 64 angebracht ist (vgl. Fig. 2). Nach Fig. 3b sitzt die Führung 61 an ihrem unteren Ende auf einer Unterlegscheibe 65 auf, die bei 66 im oberen Ende des Rohres 62 aufliegt. Oberhalb der Unterlegscheibe 65 und mit Abstand von dieser ist eine zweite mit einem Sicherungsring 68 an dem Rohr 62 befestigte Unterlegscheibe 67 vorgesehen, wobei das untere Ende der Führung 61 durch die Scheibe 67 reicht und einen Sicherungsring 69 aufweist, der unter der Scheibe 67 eingreift Damit wird eine feste und konzentrische Lagerung der Führung 61 in dem Oberteil 30 erreicht, wenn die Führung 61 mit dem Rohr 62 vor der Verbindung des Flansches 63 mit dem unteren Ende des Oberteils 30 zusammengebaut wird.The guide 61 is connected to the upper part 30. The guide 61 is mounted at its lower end in a tube 62 which is designed as an upward extension of a flange 63, which in turn is attached in the housing / at the lower end of the upper part 30 by means of a suitable number of fastening means 64 (cf. Fig. 2). According to FIG. 3b, the guide 61 sits at its lower end on a washer 65 which rests at 66 in the upper end of the tube 62. Above the washer 65 and at a distance therefrom, a second washer 67 fastened to the tube 62 with a locking ring 68 is provided, the lower end of the guide 61 extending through the washer 67 and having a locking ring 69 which engages under the washer 67 with it a fixed and concentric mounting of the guide 61 in the upper part 30 is achieved if the guide 61 is assembled with the tube 62 before the connection of the flange 63 to the lower end of the upper part 30.
Die Stange 60 besteht aus einem oberen End' abschnitt 70, der gleitend in der Führung 61 gehaltert ist Unterhalb des oberen Endabschnitts 70 ist eine Reihe von axial mit Abstand voneinander versehenen, im Durchmesser verkleinerten Abschnitten 71 und eine Reihe dazwischenliegender Abschnitte 72 a, 726, 72c, 72d, lie und 72/ vorgesehen, an denen der Durchmesser der Stange 60 bis auf die Über-S gangsstellen zu den Abschnitten 71 unverändert ist. Unterhalb des untersten Abschnittes 72/ liegt ein Verbindungsstück 73, das den oberen Endabschnitt 70 mit einem unteren Abschnitt 74 verbindet, wobei sich letzterer nach unten durch die Führung 61 undThe rod 60 consists of an upper end section 70 which is slidably supported in the guide 61. Below the upper end section 70 is a series of axially spaced apart, reduced-diameter sections 71 and a series of intermediate sections 72 a, 726, 72c, 72d, lie and 72 / are provided, at which the diameter of the rod 60 is unchanged except for the transition points to the sections 71. Below the lowermost section 72 / is a connecting piece 73 which connects the upper end section 70 with a lower section 74, the latter extending downward through the guide 61 and
to die Führungslagerscheiben 65 und 67 in das Rohr 62 hinein erstreckt. An seinem oberen Ende besitzt der Endabschnitt 70 eine Mittenführung 70a, die an der Stange befestigt ist, in dem Schaft 13 gleiten kann und Löcher für den Flüssigkeitsumlauf im Gehäuse aufweist. Oberhalb der Führung 70 a ist eine lose im Schaft 13 sitzende Schraubenfeder 70 & vorgesehen, die auf die Stange einwirkt und sie nach unten drückt, wenn der Schaft 13 sich in seiner in Fig. 3a gezeigten unteren Stellung befindet. Nach F i g. 3 bto extend the guide bearing disks 65 and 67 into the tube 62. At its upper end has the End section 70 a center guide 70a, which is attached to the rod, in the shaft 13 can slide and has holes for fluid circulation in the housing. Above the guide 70 a is a loose in Shaft 13 seated coil spring 70 & provided, which acts on the rod and moves it down pushes when the shaft 13 is in its lower position shown in Fig. 3a. According to FIG. 3 b
»o ist noch eine andere Schraubenfeder 60 a vorgesehen, die den unteren Abschnitt 74 innerhalb der Führung 61 umgibt, an ihrem oberen Ende mit dem Verbindungselement 73 zusammenwirkt und sich an ihrem unteren Ende auf der Stützscheibe 65 der Führung 61 abstützt. Diese Feder 60 a ist so ausgelegt, daß sie die Stange 60 normalerweise nach oben drückt, wenn sich der Schaft 13 nach oben bewegt.»O another helical spring 60 a is provided, which surrounds the lower portion 74 within the guide 61, at its upper end with the connecting element 73 cooperates and at its lower end on the support disc 65 of the guide 61 supports. This spring 60 a is designed so that it normally pushes the rod 60 upwards when the shaft 13 moves upwards.
Es ist die Aufgabe der Abschnitte 72 a bis 72/, wahlweise einen bestimmten Satz der Kugelsätze in einer nach außen gerichteten Lage in Abhängigkeit vom Ausmaß der Aufwärtsbewegung der Stange zu halten. In der beschriebenen AusfüTirungsform sind sechs Kugelsätze vorgesehen, die von oben nach unten mit 75a, ISb, 75c, 75rf, 75c und 75/ bezeichnet werden und die durch die entsprechenden Abschnitte 72 a bis 72/ nach außen bewegt werden können (vergl. Fig. 3a). Die Kugeln liegen in öffnungen 76 in der Stangenführung 61, so daß die Stangenführung gleichzeitig ein Lager für die Kugeln darstellt.It is the task of the sections 72 a to 72 /, optionally to hold a certain set of the ball sets in an outwardly directed position depending on the extent of the upward movement of the rod. In the embodiment described, six ball sets are provided, which are designated from top to bottom with 75a, ISb, 75c, 75rf, 75c and 75 / and which can be moved outwards through the corresponding sections 72a to 72 / (see Fig. 3a). The balls are located in openings 76 in the rod guide 61, so that the rod guide at the same time represents a bearing for the balls.
Die Kugclsätze werden beim Eingriff mit den entsprechenden Abschnitten 72 a bis 72/ nach außen in einen vom Führungsrohr 61 und dem Schaft 13 begrenzten ringförmigen Raum 13 a hineingedrückt. Im Schaft 13 (vgl. Fig. 3 b) ist ein Anschlag 77 vorgesehen, der den Boden des gerade definierten Raumes 13(2 darstellt, und hauptsächlich dieser Anschlag bildet den Teil des Schaftes 13, der die Aufwärtsbewegung des Schaftes 13 unter dem Einfluß der Feder 15 begrenzt, wenn der Anschlag 77 mit einem der Kiigeisätze 75 a bis 75/ oder mit einem von der Führung 61 getragenen Anschlagring 75, der sich in einem gewissen Abstand über dem Kugelsatz 75 a befindet, zusammenwirkt, so daß die Aufwärtsbewegung des Bauteils 14 mit Bezug auf den Impulsringabschnitt P selektiv begrenzt wird.When engaging with the corresponding sections 72 a to 72 /, the ball sets are pressed outward into an annular space 13 a delimited by the guide tube 61 and the shaft 13. In the shaft 13 (see. Fig. 3 b) a stop 77 is provided, which represents the bottom of the space 13 (2) just defined, and mainly this stop forms the part of the shaft 13, which the upward movement of the shaft 13 under the influence of the Spring 15 is limited when the stop 77 interacts with one of the Kiigeisätze 75 a to 75 / or with a stop ring 75 carried by the guide 61, which is located at a certain distance above the ball set 75 a, so that the upward movement of the component 14 with respect to the pulse ring portion P is selectively limited.
Eigentlich ist der Anschlag 77 ein Teil des Schaftes 13, aber in der gezeigten Ausführungsform sind am Schaft 13 Mittel vorgesehen, die eine von dem Anschlag 77 unabhängige Aufwärtsbewegung des Schaftes erlauben, um den Anschlag und die Kugeln vor Überlastung zu schützen, wenn ein Rückfluß von Spülflüssigkeit durch die Schwerstange D auftritt oder wenn das Bohrgestänge nach dem Auswechseln der Meißel wieder in das Bohrloch eingefahren wird. Nach F i g. 3 b wird der Schaft 13 an seiner Verbindungsstelle mit einer sich nach unten erstrekkenden Schaftverlängerung 80 im Durchmesser ver-Actually, the stop 77 is a part of the shaft 13, but in the embodiment shown, means are provided on the shaft 13 which allow an upward movement of the shaft independent of the stop 77 in order to protect the stop and the balls from overloading when a backflow of Mud fluid occurs through the drill collar D or when the drill string is retracted back into the borehole after the bits have been changed. According to FIG. 3 b, the shaft 13 is provided at its connection point with a downwardly extending shaft extension 80 in diameter
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kleinert. Konzentrisch um die sich nach unten er- 75/ nach außen gedrückt worden sind, und um
streckende Schaftverlängerung 80 ist eine Feder- einen Maximalbetrag, wenn keine der Kugeln herkopplungshülse
31 angebracht, die einen sich nach ausgedrückt worden ist. Diese umgekeh'rte Beziehung
außen verbreiternden oberen Flansch 82 aufweist, wird in einer direkUn Beziehung zwischen dem Bewobei
dieser Flansch mit dem oberen Ende der Fe- 5 trag der Winkelverschiebung eines Bezugspunktes auf
der IS zusammenarbeitet. Das untere Ende der Fe- dem Bohrgestänge relativ zur Unterseite des Loches
der stößt, wie in F i g. 1 gezeigt, auf den Flansch 63. und dem Betrag der Aufwärtsbewegung des Schaftes
Der Flansch 82 wirkt auch mit dem einen größeren 13 begründet, wenn die Aufwärtsbewegung des auf
Durchmesser aufweisenden Schaftabschnitt zusarn- die Schwerkraft ansprechenden Elements behindert
men, so daß der Schaft 13 nach oben gedrückt wird. io ist. Genauer gesagt gibt es eine resultierende direkte
Nach Fig. 3b ist die Federkopplungshülse 81 an Beziehung zwischen der Anzahl der Impulsringe,
ihrem unteren Ende zwischen einem Sprengringpaar durch die das Bauteil 14 bei seiner Aufwärtsbewe-84
mit einer inneren Hülse 85 verbunden, die in der gung geführt wird, und der Anzahl der Drucksignale,
Schaftverlängerung 80 angeordnet ist. So kann sich wenn das Bauteil 14 durch den Strom der Spülflüsalso
die Schaftverlängerung 80 relativ zur Feder- 15 sigkeit nach unten gedrückt wird, auf der einen Seite
kopplungshülse 81 und der damit verbundenen in- und der Ausrichtung des Gehäuses / relativ zur Unneren
Hülse frei nach oben bewegen, aber die Feder terseite des Bohrloches auf der anderen. Daher wird
15 drückt mit Hilfe der Federkopplungshülse 81 mit jeder den Schaft um einen Ring weiter verschie-
und der inneren Hülse 85 den Schaft 13 nach oben, benden Zunahme der Winkelverstellung ein Druckwobei
der oberste Teil der inneren Hülse 85 den er- ao signal erzeugt, wobei die Zunahme mit Hilfe der Anwähnten
Anschlag77 büd-t (vgl. Fig. 3b). Daher Ordnung der Anschlagmittel 17 bestimmt wird
wird das Ausmaß der Aufwärtsbewegung des Schaf- Nach den Fig. 2 und 4 gehört zu den Anschlag- )
tes 13 und des Bauteils 14 unter dem Einfluß der mitteln 17 ein ringförmiges Bauteil 100, das in eine
. Feder 15 durch den Anschlag 77 begrenzt, wenn Bohrung 101 innerhalb einer Stützhülse 102 im unteauch
der Schaft 13 in Abhängigkeit vom Flüssigkeits- a5 ren «bschnitt 37 des Gehäuses / angeordnet ist, wostrom
durch die Schwerstange D sich weiter nach bei das Bauteil 100 einen oberen, sich radial nach
oben bewegen kann. innen erstreckenden Flansch 103 besitzt, der auf geWenn die Kugeln 75/ in den Weg des Anschlages eignete Weise mit Schrauben 103a von unten an einer
77 gedrückt werden, wird der Schaft 13 selbstver- Jn der Stützhülse 102 ausgebildeten Schulter 104 beständlich
in seiner Aufwärtsbewegung unter dem 30 festigbar ist. Mittels einer Anzahl von aufrecht
Einfluß der Feder 15 an einer Stelle behindert wer- stehenden Fingern 105 ist diese Stützhülse an dem
den, bei der das Bauteil 14 zwischen dem untersten bereits beschriebenen Flansch 63 befestigt, wobei
und dem darüberliegenden Impulsring 7 stehenbleibt. sich die aufrechten Finger in Schlitze 106 erstrecken.
Wenn der Schaft 13 sich in weiteren Schritten nach die mit Bezug auf die Befestigungsmittel zur Veroben
bewegen kann, wird sich das Bauteil 14 ent- 35 bindung des Flansches 63 mit dem Oberteil 30 in
sprechend weiter nach oben bewegen können, und Umfangsrichtung mit Abstand versehen sind. Die
zwar auf einer einem Impulsring pro Schaftbewe- Finger 105 besitzen sich nach außen erstreckende
gungsschritt entsprechenden Strecke. Wenn also der Enden 107, die mit einem Verschlußring 108 zuAnschlag
77 an allen Kugelsätzen 75/ bis 75 a vor- sammenarbeiten, der in einer Nut des Flansches 63
beigleiten kann, aber mit dem Anschlagring 75 zu- 40 liegt, ihn umfaßt und der Verriegelung der Finger
sammenarbeitet, kann das Bauteil 14 sich über eine mit dem Flansch dient.diminishes. Concentrically about which it has been pushed down / outward, and around elongating stem extension 80, a spring is a maximum amount when none of the ball coupling sleeve 31 has been attached which has been pushed out towards itself. This reverse relationship has the upper flange 82 which widens outwardly, is in a direct relationship between the movement of this flange and the upper end of the range of the angular displacement of a reference point on the IS cooperates. The lower end of the spring drill pipe relative to the underside of the hole that abuts, as shown in FIG. 1, on the flange 63. and the amount of upward movement of the shaft. The flange 82 also acts with the larger one 13 when the upward movement of the diameter-having shaft portion together hinders the gravity-responsive element, so that the shaft 13 after is pressed up. io is. More precisely, there is a resulting direct. According to FIG. 3b, the spring coupling sleeve 81 is connected in relation to the number of impulse rings, its lower end between a pair of snap rings through which the component 14 is connected in its upward movement 84 to an inner sleeve 85 which is in motion is performed, and the number of pressure signals, stem extension 80 is arranged. Thus, when the component 14 is pressed downwards by the flow of the flushing fluid, the shaft extension 80 relative to the resilience, on the one hand the coupling sleeve 81 and the associated internal and alignment of the housing / relative to the inner sleeve can freely move move up, but the spring on the underside of the drill hole on the other. Therefore, with the help of the spring coupling sleeve 81, each of the shafts is pushed further by one ring and the inner sleeve 85 pushes the shaft 13 upwards, with an increase in the angular adjustment a pressure whereby the uppermost part of the inner sleeve 85 generates the signal, the increase with the help of the abovementioned stop 77 büd-t (cf. Fig. 3b). Therefore order of the stop means 17 is determined
is the extent of the upward movement of the sheep According to FIGS. 2 and 4 belongs to the stop) tes 13 and the component 14 under the influence of the means 17, an annular component 100 which is in a. Spring limited 15 by the stop 77 when bore 101 is disposed within a support sleeve 102 in unteauch the shank 13 depending on the liquid a5 r s "ection 37 of the housing / wostrom through the drill collar D further to when the component 100 has a upper, can move radially upwards. inwardly extending flange 103 has, of the balls 75 / suitable in the path of the stop means are pressed with screws 103a from below at a 77 geWenn, the shaft 13 is selbstver- J of the support sleeve n 102 shoulder 104 formed beständlich in its upward movement under the 30 can be strengthened. By means of a number of fingers 105 standing upright from the spring 15 at one point, this support sleeve is attached to the one in which the component 14 is fastened between the lowest flange 63 already described, and the impulse ring 7 above it remains. the upright fingers extend into slots 106. If the shaft 13 can move further upwards in further steps with respect to the fastening means, the component 14 will be able to move further upwards in relation to the flange 63 with the upper part 30, and are circumferentially spaced . The path corresponding to a movement step extending outwardly on one impulse ring per shaft movement finger 105 has. So when the ends 107, which work together with a locking ring 108 to stop 77 on all ball sets 75 / to 75 a, which can slide in a groove of the flange 63, but lies with the stop ring 75, embraces it and the lock the finger works together, the component 14 can be used with the flange via a.
Entfernung bewegen, die dem Abstand von sieben Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Bauteil Impulsringen entspricht. Daher wird die durch den 100 mit sieben einen gewissen Kreisbogen einneh- -v Spül flüssigkeitsstrom verursachte Abwärtsbewegung menden Anschlägen 200, 200 a bis 200/ versehen, J des Bauteils sieben Druckimpulse- oder -signale er- 45 wobei die Anschläge stufenartig ausgebildet sind; die zeugen, die durch die Spülflüssigkeitssäule zur Erd- axiale Länge der Anschläge verändert sich von EIeoberfläche laufen, um als Maß für den Winkel, unter ment zu Element, wie auch die Bogenlänge der eindem das Oberteil 30 des Gehäuses in der Bohrung W zelnen Anschläge von Element zu Element verschieangeordnet ist, beobachtet oder aufgezeichnet zu den sein kann. Daher werden beim Anhalten der werden. Wie schon beschrieben, dienen das auf die so nach oben gerichteten Bewegung des auf die Schwer-Schwerkraft ansprechende Element 16 und die mit kraft ansprechenden Elements 16 während des Beihm zusammenarbeitenden, noch zu beschreibenden triebes des Instruments durch den Anschlag 200 a die Anschlagmittel 17 zur Begrenzung der Aufwärts- Kugeln des Kugelsatzes 75 β der Stange in den Weg bewegung der Stange 60, um das Herausdrücken des auf dem Schaft 13 ausgebildeten Anschlags 77 eines zweckdienlichen Kugelsatzes 75 a bis 75/ zur 55 gedrückt. Die Aufwärtsbewegung des auf die Schwer-Begrenzung der Aufwärtsbewegung des Schaftes 13 kraft ansprechenden Elements 16 wird später genauer zu veranlassen. beschrieben. Dieselbe Beziehung besteht zwischen Die Anordnung der axialen Kugelsätze 75 a bis jedem Anschlag 200 bis 20Oe auf der einen Seite 75/ mit Bezug auf die Abschnitte 72a bis 72/ er- und dem Anschlagring 75 und den Kugelsätzen 75β folgt, wie in Fig. 3a gezeigt, so, daß keine der Ku- 60 bis 75d auf der anderen Seite, so daß zunächst die geln in den Weg des Anschlags 77 gedruckt wird, erlaubte Aufwärtsbewegung des auf die Schwerkraft wenn die Stange 60 um den kleinstmöglichen Betrag ansprechenden Elements 16 in einer inversen Benach oben verschoben worden ist, daß aber die An- ziehung zu dem Maß der Winkelverschiebung des schlagkugeln 75/ nach außen in den Weg des An- Gehäuses um seine Achse mit Bezug auf die Unterschlages 77 gedrückt werden, wenn die Stange um 65 seite des Bohrloches steht und daß dann die erlaubte den größtmöglichen Betrag nach oben verschoben Aufwärtsbewegung der Stange 60 und des Schaftes worden ist Daher wird sich der Schaft tun einen 13 in einer direkten Beziehung zur Winkellage des Minimalbetrag nach oben bewegen, wenn die Kugeln Gehäuses mit Bezug auf seine Achse relativ zur Un-Move a distance that corresponds to the distance of seven. In the embodiment shown, the component is pulse rings. Therefore the downward movement caused by the 100 with seven a certain circular arc in-v flushing liquid flow Menden stops 200, 200 a to 200 / J of the component is provided with seven pressure impulses or signals. the witness, the axial through Spülflüssigkeitssäule to ground length of the stops changing run of EIeoberfläche to as a measure of the angle at element to element, as well as the arc length of the eindem the upper part 30 of the housing in the bore W individual stops of Element to element is arranged differently, can be observed or recorded to the. Hence, when stopping the will be. As already described, the upward movement of the element 16 responding to the force of gravity and the still to be described drive of the instrument working together with force responding during the operation of the instrument through the stop 200 a serve to limit the stop means 17 the upward balls of the ball set 75 β of the rod in the path of movement of the rod 60 to push out the stop 77 formed on the shaft 13 of an appropriate ball set 75 a to 75 / to 55 pressed. The upward movement of the element 16 which is responsive to the heavy limit of the upward movement of the shaft 13 is to be caused more precisely later. described. The same relationship exists between the arrangement of the axial ball sets 75a up to each stop 200 to 20Oe on one side 75 / with reference to the sections 72a to 72 / er and the stop ring 75 and the ball sets 75β follows, as shown in Fig. 3a so that none of the balls 60 to 75 d on the other side, so that initially the gel is printed in the path of the stop 77, allowed upward movement of the element 16, which responds to gravity when the rod 60 by the smallest possible amount, in a inverse Benach upwards has been shifted, but that the attraction to the extent of the angular displacement of the impact balls 75 / outwards in the path of the housing around its axis with respect to the support 77, when the rod is 65 side of the Borehole is and that then the maximum amount allowed has been shifted upward movement of the rod 60 and the shaft. Therefore, the shaft will do a 13 in a direct relationship to the Move the angular position of the minimum amount upwards when the balls housing with respect to its axis relative to the un-
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terseite des Bohrloches steht; für jede meßbare Zu- Drehbewegung des auf die Schwerkraft ansprechen-the bottom of the borehole is; for every measurable closing rotary movement of the responding to gravity
nahme dieser Winkellage wird in der Spülflüssigkeit den Elements 16 mit Bezug auf die Anschlagmittelassuming this angular position is the element 16 with respect to the stop means in the rinsing liquid
ein einzelner Druckimpuls erzeugt. 17 verhindert wird. Bei ungehinderter Drehmöglich-a single pressure pulse is generated. 17 is prevented. If the rotation is unimpeded
Das auf-die Schwerkraft ansprechende Element 16 keit ist die Winkellage des auf die Schwerkraft anist auf einem geeigneten Wälzlager 109 abgestützt, 5 sprechenden Elements 16 innerhalb des Gehäuses / das auf einem unteren Zapfenabschnitt HO eines zu jeder Zeit durch die Einwirkung der Schwerkraft Lagers 111 aufsitzt, das wiederum in der bereits er- auf ein eine exzentrische Massenverteilung aufweisenwähnten Stützhülse 102 angeordnet ist. An seinem des, in radialer Richtung versetztes Gewicht 134 beoberen Ende ist das Lager 111 gleitend in einer . stimmt, das das auf die Schwerkraft ansprechende Bohrung 112 in der Stützhülse 102 eingepaßt, und io Element 16 in einer solchen Lage hält, in der das Mittel, wie z.B. ein länglicher Schlitz 113 in dem exzentrische Gewicht 134 auf der Unterseite des Ge-Bauteil 111, und eine Schraube oder zapfenartige häuses angeordnet ist. In der Mitte des exzentrischen Mittel 114 werden zur Sicherung des Lagers 111 in Gewichts 134 des auf die Schwerkraft ansprechender Stützhülse 102 gegen eine Verdrehung herange- den Elements 116 ist ein weiterer nach außen sich zogen, während eine vertikale Bewegung des Lagers 15 erstreckender Anschlagansatz 135 vorgesehen, des-111 zusammen mit dem auf die Schwerkraft anspre- sen Oberfläche vorzugsweise abgerundet ist. Dieser chenden Element 16, der auf dem Lager 111 dreh- Ansatz 135 kann auf einen der Anschläge 200 bis bar gelagert ist, möglich bleibt. 200/ bei Aufwärtsbewegung des BetätigungsstiftesThe element 16 responsive to gravity is the angular position of the element 16 within the housing, which speaks to gravity and is supported on a suitable roller bearing 109. that on a lower journal section HO one at any time by the action of gravity Bearing 111 is seated, which in turn is arranged in the support sleeve 102 already mentioned to have an eccentric mass distribution. At its top end, which is offset in the radial direction, the bearing 111 is slidable in a. true, the one that responds to gravity Bore 112 fitted in the support sleeve 102, and io element 16 holds in such a position in which the Means such as an elongated slot 113 in the eccentric weight 134 on the underside of the Ge member 111 and a screw or tenon-like housing. In the middle of the eccentric Means 114 are used to secure the bearing 111 in the weight 134 of the gravity-responding support sleeve 102 against rotation pulled, while a vertical movement of the bearing 15 extending stop projection 135 is provided, des-111 is preferably rounded together with the surface which is pressed against the force of gravity. This corresponding element 16, which on the bearing 111 rotating approach 135 can on one of the stops 200 to is stored in cash, remains possible. 200 / with upward movement of the actuating pin
schon erwähnten unteren Abschnitts 74 ausgelöst. dem Anschlagansatz 135 zusammenarbeitende An-already mentioned lower section 74 triggered. the stop approach 135 cooperating
der — wie in Fig.4 gezeigt — mittels einer zwi- schlag 200 bis 200/ wird durch die relative Lagewhich - as shown in Fig. 4 - by means of a bet- ween 200 to 200 / is determined by the relative position
sehen zwei Verschlußringen 116 gehaltenen Scheibe des Gehäuses und des exzentrischen Gewichts 134see two locking rings 116 held washer of the housing and the eccentric weight 134
115 mit dem oberen Ende eines Rohrs 117 verbun- des auf die Schwerkraft ansprechenden Elements 16115 connected to the upper end of a tube 117 of the element 16 responsive to gravity
den ist, das sich durch eine Bohrung 118 im Flansch 35 bestimmt, wenn das auf die Schwerkraft anspre-is the one that is determined by a hole 118 in the flange 35 when the gravity presses
63 nach unten erstreckt. Nach Wunsch kann zum chende Element 16 sich nach oben bewegt. Auf63 extends downward. If desired, the corresponding element 16 can be moved upwards. on
vorgesehen sein. Innerhalb des Rohrs 117 sitzt der sige Aufwärtsbewegung des Schaftes 13 und des sichbe provided. Inside the tube 117 sits the upward movement of the shaft 13 and itself
eine Öffnung 122 im unteren Ende des Rohrs 117 30 Lage von Gehäuse und dem auf die Schwerkraftan opening 122 in the lower end of the tube 117 30 location of the housing and the gravity
und durch eine Öffnung 123 in dem Lager Ul nach ansprechenden Element 16 bestimmt, wenn dasand determined through an opening 123 in the bearing Ul to responding element 16, if the
unten erstreckt In dem Rohr 117 ist eine Feder 124 letztere sich nach oben bewegt, um einen Eingriffextending downward In the tube 117 a spring 124 is the latter moved upward to engage
angeordnet, die an einem Ende mit dem Kopf 120 eines der Anschläge 200 bis 200/ zu bewirken,arranged to effect one of the stops 200 to 200 / at one end with the head 120,
des Betätigungsstiftes 121 und an ihrem anderen Es sind Mittel vorgesehen, durch die zumindestof the actuating pin 121 and on its other Means are provided through which at least
sich auf einem der Verschlußringe 116 abstützt. . und des Abschnitts 74 möglich ist, während deris supported on one of the locking rings 116. . and the section 74 is possible during the
An seinem unteren Ende ist der Stift 121 mit Bohrbetrieb in dem Falle fortgeführt wird, in dem einem Bauteil 126 versehen, das sich durch in axia- das Instrument zusammen mit einem bereits beschrieler Richtung verlängerte radiale Schlitze 127 im benen Hydraulikmotor M benutzt wird, so daß die Zapfenabschnitt 110 des Lagers 111 erstreckt, um 40 Lage des Instruments innerhalb des Bohrloches dieeinen toten Gang zwischen dem Stift 121 und dem jenige ist die es bei laufendem Motor und auf die-Lager 111 zu ermöglichen, wenn die Stange 60 und sen einwirkenden Rückdrehmoment einnimmt. Wie der Abschnitt 74 nach oben gezogen werden und die F i g. 2 zeigt ist daher in der Impulsringhülse P V das Rohr 117 und den Stift 121 mit sich ziehen. ein Bereich 140 mit verkleinertem Durchmesser vor-Diese Verbindung mit totem Gang ermöglicht den 45 gesehen, der eine Drosselstelle 141 am Bauteil 14 Betrieb einer Einrichtung 130, die normalerweise darstellt wenn dieses sich in seiner untersten Steieine Drehung des auf die Schwerkraft ansprechenden lung befindet, d. h. in der Lage, in der die Einrich-Elementes 16 auf dem Wälzlager 109 um den Zap- tung 130 zum Festhalten des Elements ausgekuppelt fenabschnitt HO des Lagers 111 ermöglicht. Die ist. Diese Drosselstelle 141 wird so gewählt daß ein Einrichtung 130 besteht aus einer Kupplungshülse 50 vorgegebener Sptüflüssigkeitsstrom auf das Bauteil 131, die gleitbar auf dem Zapfen HO des Lagers Ht 14 einen Druck ausübt, der es bei normalen Spülangeordnet und mit dem Betätigungsstift 121 durch flüssigkeitsdurchflußmengen, ζ. B. 1591 l/Min, auf den Bauteil 126 verbunden ist Die Feder 124 hält seinem Sitz hält. Wenn aber die Durchflußmenge normalerweise die Kupplungshülse 131 in einer un- der Spülflüssigkeit verkleinert wird, so soll das Bauteren Stellung, in der der Bauteil 126 auf den Un- 55 teil 14 eine kleine Aufwärtsbewegung ausführen könterkanten der Schlitze 127 aufsitzt An ihrem oberen nen, um eine für den Eingriff der Einrichtung 130 Ende ist die Kupplungshülse 131 mit in entgegen- ausreichende Aufwärtsbewegung des Abschnitts 74 gesetzter Richtung sich erstreckenden Knpplsngs- zu erlauben; z. B. kann die Verkleinerung der Durchelementen 132 versehen, die mit auf der Unterseite flußmenge der Spülflüssigkeit in der Größenordnung des auf die Schwerkraft ansprechenden Elements 16 60 von 227 J/Mra. liegen, so daß der Motor M mit vorgesehenen Zähnen 133 zusammenarbeiten kön- einem Durchfluß von 1363 I/Min. an Stelle des annen, wobei die Zähne in Umfangsrichtung mit Ab- fänglichen Durchflusses von 1591 l/Min, arbeitet. So stand voneinander angeordnet sind und sich nach rastet die Einrichtung 130 ein, während das Motorunten erstrecken. Die Fig.4 macht deutlich, daß gehäuse// dem Rückdrehmoment unterworfen ist, eine Aufwärtsbewegung der Kupplungshülse 131 65 das, verglichen mit der Drehrichtung des Bohreinen Eingriff der Kupplungselemente 132 mit den meißeis B, ein gegenläufiges Drehmoment auf das Zähnen 133 des auf die Schwerkraft ansprechenden Bohrgestänge einwirken läßt Nach Einrücken der Elements 16 bewirkt, wodurch wirkungsvoll eine Kupplung und dem Unterbrechen des Pumpens vonAt its lower end, the pin 121 is continued with drilling operation in the event that a component 126 is provided which is used in the hydraulic motor M by means of radial slots 127, which are elongated in the axial direction, together with an already described direction, so that the pin portion 110 of the bearing 111 extends to 40 position of the instrument within the borehole which is a backlash between the pin 121 and the one that allows it with the engine running and on the bearings 111 when the rod 60 and sen is taking up reverse torque . As the section 74 is pulled up and the FIG. 2 shows the tube 117 and the pin 121 are therefore pulled with them in the pulse ring sleeve P V. an area 140 with a reduced diameter in front - This connection with dead passage allows the 45, a throttle point 141 on the component 14 operation of a device 130, which normally represents when this is in its lowest stone a rotation of the gravity-responsive development, ie in the position in which the Einrich-Elementes 16 on the roller bearing 109 around the pin 130 for holding the element decoupled fen section HO of the bearing 111 enables. She is. This throttle point 141 is chosen so that a device 130 consists of a coupling sleeve 50 of a predetermined flushing fluid flow on the component 131, which exerts a pressure slidably on the pin HO of the bearing Ht 14, which it is arranged during normal flushing and with the actuating pin 121 by fluid flow rates, ζ . B. 1591 l / min, is connected to the component 126. The spring 124 holds its seat. If, however, the flow rate is normally reduced through the coupling sleeve 131 in one of the flushing liquids, then the structural position in which the component 126 can make a small upward movement on the lower part 14 sits on the upper edges of the slots 127 at their upper edges one end for the engagement of the device 130 is to allow the coupling sleeve 131 with the coupling sleeve 131 extending in the opposite, sufficient upward movement of the section 74; z. B. can provide the reduction of the through-elements 132, which with on the underside flow rate of the flushing liquid in the order of magnitude of the gravity-responsive element 16 60 of 227 J / Mra. so that the motor M can work together with the teeth 133 provided, a flow rate of 1363 l / min. instead of the annen, the teeth working in the circumferential direction with an intercepting flow rate of 1591 l / min. So stood from one another and facing down, the device 130 snaps into place while the engine extends below. 4 makes it clear that the housing // is subject to the reverse torque, an upward movement of the coupling sleeve 131 65 which, compared with the direction of rotation of the drilling, engages the coupling elements 132 with the meißeis B, a counter-rotating torque on the teeth 133 of the force of gravity after engaging the element 16 causes effective coupling and cessation of pumping
Spülflüssigkeit durch den Motor M steigt das Bauteil 14 bis zu einer Lage zwischen den Impulsringen 7 nach oben, die durch das Anstoßen des Anschlagansatzes 135 des auf die Schwerkraft ansprechenden hlements 16 mit einem der Anschläge 200 bis 200/ bestimmt ist.Rinsing liquid through the motor M rises the component 14 up to a position between the impulse rings 7, which is determined by the impact of the stop shoulder 135 of the gravity-responsive element 16 with one of the stops 200 to 200 /.
Da das Ausfahren und Einziehen des Schaftes 13 eine Änderung des inneren Flüssigkeitsvelumens innerhalb des Gehäuses / bewirkt, wie es durch die bereits erwähnte Membran 20 oder einen schwimmenden Kolben ermöglicht wird, sind die auf die Schwerkraft ansprechenden Elemente und die Anschläge so ausgelegt, daß sie den Durchfluß von Flüssigkeit ermöglichen. Dementsprechend kann das Lager 111 mit geeigneten, sich durch das Bauteil hindurch erstreckenden Durchflußöffnungen 145 versehen sein; an dem unteren Ende des Zapfenabschnittes HO des Lagers 111 kann ein mit geeigneten Offnungen 147 versehener Führungsring 146 angeordnet sein. Bei der beschriebenen Ausführungsform ist dieser Führungsring gleitbar in einer Bohrung 148 eines zylindrischen Bauteiles 149 eingebracht, der gegen eine axiale Verschiebung innerhalb der Stützhülse 102 mittels einer durchlöcherten Unterlegscheibe 150 gesichert ist, wobei die Scheibe 150 durch einen Verschlußring 151 an ihrem Platz gehalten ist. Vorzugsweise sind Mittel zur Dämpfung 'der Drehung des auf die Schwerkraft ansprechenden Elements 16 um den Zapfen 110 seines Lagers Hl vorgesehen. Dementsprechend sind das Element 16 mit einem sich nach oben erstreckenden ringförmigen Flansch 152 und das Lager Hl mit einem sich nach unten erstreckenden ringförmigen Flansch 153 versehen, der mit Bezug auf den Flansch 152 konzentrisch und in nächster Nähe zu diesem angeordnet ist, um so einen Reibungswiderstand gegen eine Drehung des auf die Schwerkraft ansprechenden Elements 16 mittels eines Flüssigkeitsfilmes bereitzustellen. Die Flansche 152 und 153 dienen auch der Erschwerung des Durchflusses von Flüssigkeit durch das Wälzlager 109 während des Durchsatzes von Flüssigkeit innerhalb des Gehäuses, wodurch die Wahrscheinlichkeit von festen Teilchen in der Flüssigkeit, wie z. B. Metallteilchen od. ä., herabgesetzt wird, die sich bei Drehung des auf die Schwerkraft ansprechenden Elements 16 um sein Stützlager bewegen.Since the extension and retraction of the shaft 13 causes a change in the internal liquid volume within the housing /, as indicated by the Already mentioned membrane 20 or a floating piston is made possible, are those on the Gravity responsive elements and the stops are designed to allow the flow of Enable liquid. Accordingly, the bearing 111 can be provided with suitable flow openings 145 extending through the component; A guide ring 146 provided with suitable openings 147 can be arranged at the lower end of the journal section HO of the bearing 111. In the embodiment described, this guide ring is slidably inserted in a bore 148 of a cylindrical component 149, which prevents axial displacement within the support sleeve 102 by means of a perforated Washer 150 is secured with washer 150 in place by locking ring 151 is held. Preferably there are means for damping the rotation of the gravity-responsive Element 16 is provided around the pin 110 of its bearing Hl. The element 16 is accordingly with an upwardly extending annular flange 152 and the bearing Hl with a provided downwardly extending annular flange 153 which is concentric with respect to the flange 152 and in close proximity to this, so as to provide frictional resistance against a Provide rotation of the gravity-responsive element 16 by means of a liquid film. The flanges 152 and 153 also serve the Obstruction of the flow of liquid through the roller bearing 109 during the throughput of Liquid within the housing, reducing the likelihood of solid particles in the liquid, such as B. metal particles od. Ä., Reduced will move about its support bearing upon rotation of the gravity-responsive element 16.
Unter Bezugnahme auf F i g. 7 wird nun die Arbeitsweise der Anzeigevorrichtung bei Bei.Jtzung eines Zapfenabschnittes 110 in der in F i g. 6 gezeigten Form beschrieben. Wenn angenommen wird, daß das Bohren des in F i g. 1 gezeigten Bohrloches in der gewünschten Richtung fortschreitet, wie durch Benutzung einer bekannten drahtgebundenen Meßeinrichtung bestimmt ist, wird der Motor M durch das Pumpen von Bohrschlamm nach unten durch das Bohrgestänges angetrieben, wobei die Spülflüssigkeit durch das Bohrloch W wieder zur Oberfläche zurückkehrt. Wenn die Frage, ob die Bohrung in der gewünschten Richtung fortschreitet, durch die Frage, ob der Motor M und der von diesem angetriebene Meißel noch in der richtigen Richtung arbeiten, entschieden werden soll, wird die Durchflußmenge der Spülflüssigkeit ein wenig verkleinert, z. B. um 2271/ Min., wie oben bereits angedeutet, wodurch der das Bauteil 14 in seiner untersten Stellung haltende Druck verringert wird. Eine solche Druckverringerung macht ein Einkuppeln der Einrichtung 130 möglich, um dieReferring to FIG. 7, the mode of operation of the display device with the use of a pin section 110 in the mode shown in FIG. 6 described the shape shown. Assuming that the drilling of the FIG. 1 progresses in the desired direction as determined by use of known wired measuring equipment, the motor M is driven by pumping drilling mud down through the drill string, the drilling fluid returning through the borehole W to the surface. If the question of whether the drilling is proceeding in the desired direction is to be decided by the question of whether the motor M and the bit driven by this are still working in the correct direction, the flow rate of the flushing liquid is reduced a little, e.g. B. at 2271 / min., As already indicated above, whereby the pressure holding the component 14 in its lowest position is reduced. Such a pressure reduction makes it possible to couple the device 130 to the Winkellage des auf die Schwerkraft ansprechenden Elemente 16 innerhalb des Gehäuses zu fixieren, während der Motor vom verbleibenden Flüssigkeitsstrom angetrieben wird und das Rückdrehmoment auf dasTo fix the angular position of the gravity-responsive element 16 within the housing, while the motor from the remaining liquid flow is driven and the reverse torque on the Motorgehäuse H einwirkt Daraufhin wird der Flüssigkeitsstrom unterbrochen, so daß das Bauteil 14 in einem Maße nach oben steigen kann, das durch die Aufwärtsbewegung des auf die Schwerkraft ansprechenden Elements 16 das Zusammenwirken des An-Motor housing H acts thereupon the flow of liquid is interrupted, so that the component 14 can rise to an extent that, through the upward movement of the gravity-responsive element 16, the interaction of the actuator schlagansatzes 135 mit einem der Anschläge 200 bis 200/ und des Anschlages 77 mit einem der Kugelsätze 75a bis 75/ oder mit dem Anschlagring 75 bestimmt ist. Da die Winkellage des Gehäuses/ innerhalb der Schwerstange D durch das Einstellen desimpact shoulder 135 with one of the stops 200 to 200 / and the stop 77 with one of the ball sets 75a to 75 / or with the stop ring 75 is determined. Since the angular position of the housing / within the drill collar D is determined by adjusting the mit der Bodenabstützung P' zusammenwirkenden Schraubenelementes 9 b bekannt ist und da die Winkellage der Anschlagmittel 17 in dem Gehäuse ebenfalls bekannt ist, ist die Anzahl der Signale oder Druckimpulse, die durch das Bauteil 14 im Spül-with the floor support P 'cooperating screw element 9 b is known and since the angular position of the stop means 17 in the housing is also known, the number of signals or pressure pulses generated by the component 14 in the flushing
,flüssigkeitsstrom während dessen Durchflusses durch die Impulsruige 7 nach Wiederaufnahme des Spülflüssigkeitskreislaufes erzeugt werden, kennzeichnend für die Winkelbeziehung oder Lage der Schwerstange D und des auf die Schwerkraft ansprechenden, Liquid flow are generated during its flow through the impulse pit 7 after resumption of the flushing liquid circuit, characteristic of the angular relationship or position of the collar D and the responsive to gravity Elements 16, wenn die Einrichtung 130 eingekuppelt war und der Motor M arbeitete. Wenn der Anschlagansatz 135 an dem Anschlag 2006 anliegt, der eine kleine Bogenausdehnung von 20° hat, werden fünf Drucksignale erzeugt. Wenn andererseits derElement 16 when device 130 was engaged and motor M was operating. When the stop shoulder 135 rests against the stop 2006, which has a small arc extension of 20 °, five pressure signals are generated. On the other hand, if the Anschlagansatz 135 mit einem der anderen Anschläge zusammenarbeitet, wird eine andere Anzahl von Signalen erzeugt, die durch die Ziffern am Rand der graphischen Darstellung der Fig.7 angegeben ist. Bemerkenswert ist auch, daß die BogenausdehStop lug 135 cooperates with one of the other stops, a different number generated by signals indicated by the numbers at the edge of the graph of Fig.7 is. It is also noteworthy that the arc expansion nung all der anderen Anschläge größer ist als die Bogenausdehnung des Anschlags 200 b, so daß bei dem Empfang von fünf Signalen die Anzeige zeigt, daß die Bohrung innerhalb von + oder —20° mit Bezug auf die gewünschte Richtung fortschreitet.tion of all the other stops is greater than the arc extension of the stop 200b, so that upon receipt of five signals the display shows that the drilling is proceeding within + or -20 ° with respect to the desired direction.
Wenn z. B. nur ein Signal empfangen wird, so würde das kennzeichnend für die Tatsache sein, daß der Motor und der Bohrmeißel infolge des Linksrückdrehmomentes des Motors von der gewünschten Richtung abgetrieben werden. Diese Abtrifft von derIf z. B. only one signal is received, it would be indicative of the fact that the Motor and the drill bit as a result of the left-hand torque of the motor from the desired Direction to be driven off. This applies to the gewünschten Richtung kann z. B. durch das Anlegen eines Rechtsdrehmomentes an das Bohrgestänges zum Ausgleich des Rückdrehmomentes des Motors M berichtigt werden; die Anzeige der Signale kann zur Feststellung herangezogen werden, daß eindesired direction can e.g. B. be corrected by applying a clockwise torque to the drill string to compensate for the back torque of the motor M; the display of the signals can be used to determine that a ausreichendes Rechtsdrehmoment an das Bohrgestänge angelegt ist, um das Gehäuse in einer relativen Winkellage mit Bezug auf das auf die Schwerkraft ansprechende Element 16 zu halten, so daß fünf Signale erzeugt werden.sufficient right hand torque is applied to the drill string to hold the housing in a relative angular position with respect to the gravity responsive member 16 so that five signals can be generated.
5$ In der F i g. 8 wird eine abgeänderte Ausführungsform der Anschlagmittel gezeigt, bei der dieselbe Anzahl von Anschlägen benutzt wird und diese mit denselben Bezugszahlen 200 bis 20Oe bezeichnet werden, aber die Bogenlänge bzw. Winkelausdeh$ 5 in the fig. 8 shows a modified embodiment of the stop means, in which the same number of stops is used and this with the same reference numerals 200 to 20Oe are designated, but the arc length or angular extent nung ist eine andere. Bei dieser Ausführungsform sind vier Signale als die Anzahl ausgewählt, die kennzeichnend fi|r ein Fortschreiten des Bohrbetriebes in der gewünschten Richtung ist, und der Anschlag 200 c hat eine Bogenausdehnung von nur 10°.tion is a different one. In this embodiment four signals are selected as the number which is indicative of a progression of the drilling operation in the desired direction, and the stop 200c has an arc extension of only 10 °.
Wenn also beim Gebrauch eines in Übereinstimmung mit der Karte der F i g. 8 konstruierten Anschlagbauteiles vier Signale empfangen werden, so ist damit angezeigt, daß die Bohrung innerhalb von +Thus, when using one in accordance with the map of FIG. 8 constructed stop component four signals are received, it is thus indicated that the hole is within +
oder —5° mit Bezug auf die gewünschte Richtung fortschreitet Wenn fünf Signale empfangen werden, so ist damit angezeigt, daß das Bohrgestänge nach rechts gedreht werden maß, um das Motorgehäuse -gegen die Wirkung des Rückdrehmomentes in eine Rechtsrichtung zu drehen.or —5 ° with respect to the desired direction advances When five signals are received, so it is indicated that the drill pipe was to be rotated clockwise to the motor housing -to turn in a clockwise direction against the effect of the back torque.
Während die Betriebsweise der Vorrichtung im Zusammenhang mit dem Bohren eines geneigten Loches unter Verwendung einer winkligen Schwerstange A beschrieben worden ist, ist es klar, daß die Merkmale der Erfindung auch bei dem Bohren von gerichteten Bohrlöchern angewendet werden kann, bei denen die am Anfang beschriebene Methode des »Großen Auge«-Bohrmeißels verwendet wird, daß die auf die Schwerkraft ansprechenden Mittel undWhile the operation of the apparatus has been described in connection with drilling an inclined hole using an angled drill collar A , it will be understood that the features of the invention can also be applied to drilling directional wells employing the method initially described of the "Big Eye" bit is used that the gravity-responsive means and
die Anschlagmittel so konstruiert sind, daß sie die Erzeugung von Signalen innerhalb enger Grenzen in einem gewissen Bereich und mittels des 'Gebrauches einer einfachen baulichen Anordnung ermöglichen, S in der der Anschlagansatz 135, der relativ schmal und an seiner oberen Fläche abgerundet ist, mit einer relativ schmalen winkelbogenförmigen Anschlagschulter zusammenwirken kann, aber keine Neigung zum Ansetzen an der Kante einer Anschlag-ίο schulter zeigt, wodurch eine Erzeugung von Signalen möglich würde, die kennzeichnend für ein Fortschreiten der Bohrung in der gewünschten Richtung sind, wenn die Bohrung tatsächlich in die Richtung mit dem größtmöglichen Fehler innerhalb des Bereiches des Anschlagelementes fortschreitet.the slings are designed to allow the generation of signals within narrow limits enable a certain area and by means of the use of a simple structural arrangement, S in which the stop shoulder 135, which is relatively narrow and rounded on its upper surface, with a relatively narrow angled stop shoulder can cooperate, but none A tendency to attach to the edge of a stop ίο shoulder shows, thereby generating signals would be possible, which is indicative of the progression of the bore in the desired direction are when the bore actually progresses in the direction with the greatest possible error within the range of the stop element.
4P9 608/614P9 608/61
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