DE2157541A1

DE2157541A1 - Downhole pumping tool - driven by mud supplied to drill bit to reduce bottom hole hydrostatic pressure

Info

Publication number: DE2157541A1
Application number: DE2157541A
Authority: DE
Inventors: Fred Kerwin Fox
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-11-19
Filing date: 1971-11-19
Publication date: 1973-05-30
Also published as: DE2157541B2; DE2157541C3

Abstract

A pumping tool for incorporation in a dill string, and a sleeve around the mandrel provided with internal turbine blades arrange to rotate the mandrel in response to flow of drilling mud through the annulus between the mandrel and the sleeve. A helical external blade on the sleeve provides a return pumping action around the drill string to reduce bottom hole hydrostatic pressure. Two counter-rotating mandrels are pref. used to provide torque balance.

Description

"Drehbohrwerkzeugt Die Erfindung betrifft Drehbohrstränge, die bei der Rerstellung von Ö1- oder Gasbohrlöchern verwendet werden, und bezieht sich insbesondere auf Verbesserungen an solchen Werkzeugen, die mit dem Bohrstrang verbunden sind-wobei die Verbesserungen darauf abzielen, die Bohrgeschwindigkeit des Strangs zu erhöhen, Beim.Bohren von Ö1- oder Gasbohrlöchern wird eine schwere Flüssigkeits bekannt als Bohrschlamm, abwärts durch den Bohrstrang, am unteren Strangende aus dem Bohrmeißel heraus und durch-den Ringraum zwischen dem Strang und dem Bohrloch wieder nach oben im Kreislauf geführt, Ueae dient der Schlamm zum Herausfördern des feinen Bohrgutes aus dem Bohrloch an die Oberfläche und zur Steuerung der in der Bodenformation innerhalb der Bohrung auftretenden Drücke, Obgleich der Schlamm | für den Bohrvorgang im Bohrloch erforderlich ist, verringert er doch die Geschwindigkeit, mit der gebohrt werden kann, wodurch sich natürlich erhebliche Kostensteigerungen ergeben. So erzeugt der hydrostatische Druck aufgrund des Schlamms eine Druckdifferenz in dem Felsen oder einem anderen Formationsmaterial am unteren Ende des Bohrloches, die es für den Bohrmeißel schwer macht, das Material zu entfernen. "Rotary drilling tool The invention relates to rotary drill strings that are used in used in the creation of oil or gas wells, and relates in particular on improvements to such tools that are connected to the drill string-wherein the improvements aim to increase the drilling speed of the string, When drilling oil or gas wells, a heavy fluid known as a Drilling mud, down through the drill string, at the lower end of the string from the drill bit out and through the annulus between the string and the borehole back up circulated, Ueae the mud is used to convey out the fine cuttings from the borehole to the surface and to control the soil formation within the pressures occurring in the bore, Although the mud | for the Drilling operation in the borehole is required, it reduces the speed, which can be used for drilling, which of course leads to considerable increases in costs result. Thus, the hydrostatic pressure creates a pressure differential due to the sludge in the rock or other formation material at the bottom of the borehole, which makes it difficult for the drill bit to remove the material.

Inden USA-Patentschriften 2 352 412 und 2 794 617 wurde bereits vorgeschlagen, die Bohrgeschwindigkeit mit Hilfe eines Werkzeugs zu erhöhen, das an dem Bohrstrang befestigt ist und mit Schaufeln versehen ist, die sich mit dem Strang drehen können und eine solche Spiralbewegung erzeugen, daß sie auf den in dem Ringraum befindlichen Schlamm wie Propeller oder Schnecken wirken. Wenn somit der Strang mit einer ausreichenden Drehzahl in bezug auf die Zirkulationsgeschwindigkeit des Schlammes innerhalb des Ringraumes gedreht wird, dann verringern die Schaufeln den hydrostatischen Druck des Schlamms am unteren Ende des Bohrloches. Die nach unten gerichtete Reaktionskraft des Schlamms auf die Schaufeln trägt;außerdem zur Vergrößerung der Bohrgeschwindigkeit bei indem sie die auf den Meißel einwirkende Belastung erhßht. In U.S. Patents 2,352,412 and 2,794,617 it has already been suggested Increase the drilling speed with the help of a tool attached to the drill string attached and provided with blades that can rotate with the string and generate such a spiral motion that they act on those located in the annulus Mud act like propellers or snails. If thus the strand with a sufficient Speed in relation to the circulation speed of the sludge within the Annular space is rotated, then the blades reduce the hydrostatic pressure of the mud at the bottom of the borehole. The downward reaction force of the mud on the blades; also to increase the drilling speed by increasing the load on the bit.

Um jedoch den Wirkungsgrad dieser Werkzeuge zu vergrößern, müßte die Drehzahl des Strangs und damit das auf ihn einwirkende Drehmoment in einem solchen Ausmaße vergrößert werden, daß man sich. der Gefahr aussetzt, den Strang zu verdrillen und in zwei Teile zu zerreißen. Somit ist in der Praxis der Wirkungsgrad dieser bekannten Werkzeuge nicht voraussagbar, dürfte jedoch in jedem Falle ziemlich gering sein. However, in order to increase the efficiency of these tools, would have to the speed of the strand and thus the torque acting on it in such a line Dimensions are enlarged that one is. exposes the strand to twisting and tear in two. Thus, in practice, the efficiency is this known tools are not predictable, but in any case should be quite low be.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Werkzeug der genannten Art zu schaffen, das einen sehr viel größeren Wirkungsgrad aufweist und bei dem insbesondere die Drehzahl der Schaufeln nicht durch die Drehzahl des Strangs begrenzt ist0 Ein solches Werkzeug soll außerdem keine unten im Bohrloch befindliche Energiequelle benötigen, die Energieübertragungsleitungen längs des Bohrstrangs erfordert. Schließlich soll das zu schaffende Werkzeug so arbeiten, daß sein Betrieb die Einleitung nur kleiner Drehkrfte bzw. Drehmomente auf den Bohrstrang notwendig macht oder keine Vergrößerung der einzuleitenden Drehkräfte bzw. Drehmomente mit sich bringt. The object of the invention is therefore to provide a tool of to create mentioned type, which has a much greater efficiency and in which in particular the speed of the blades does not depend on the speed of the strand is limited0 Such a tool should also not have any below in the Downhole energy source require the power transmission lines along of the drill string. After all, the tool to be created should work in such a way that its operation the introduction of only small torsional forces or torques on the drill string makes necessary or no increase in the rotational forces or torques to be introduced brings with it.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Werkzeug gelöst, das wenigstens ein spiralförmiges, vorstehendes Element, beispielsweise eine Schaufel, auf der Außenseite eines Körpers aufweist, der seinerseits um ein Element drehbar ängeordnet j5t, das mit dem Bohrstrang so verbunden werden kann, daß es sich-mit ihm dreht, Das Werkzeug verbindet das obere und untere Ende des Elementes durch Strömungsmittel mit der durch den Bohrstrang führenden Bohrung, so daß die Bohrflüssigkeit abwärts zu dem Meißel zirkulieren kann0 Des weiteren sind Mittel vorgesehen, mit denen der Körper in bezug auf das Element in einer Richtung drehbar ist9 die die Schauiel veranlassen, wie ein Propeller oder eine Schnecke zu wirken und dadurch den hydrostatischen Druck der Bohrflüssigkeit innerhalb des unteren Endes des Ringraumes zu verkleinern. Auf diese Weise kann die Schaufel mit einer Geschwindigkeit gedreht werden, die im wesentlichen un- -abhängig von der Drehgeschwindigkeit des Stranges ist, wodurch wiederum ermöglicht wird, den hydrostatischen Druck am unteren Ende des Bohrloches ohne wesentliche Drehmomentsteigerung zu senken und dadurch die Bohrgeschwindigkeit über die bei den bekannten Werkzeugen dieser Art mögliche 'I*eschwi;ndigkeit hinaus zu erhöhen. This object is achieved according to the invention with a tool that at least one spiral, protruding element, for example a blade, on the outside of a body which in turn is rotatable about an element arranged j5t, which can be connected to the drill string so that it-with it rotates, the tool connects the top and bottom of the element through Fluid with the bore through the drill string so that the drilling fluid can circulate downwards to the chisel0 Furthermore, means are provided with which the body is rotatable in one direction with respect to the element9 which the Cause sight to act like a propeller or a snail and thereby the hydrostatic pressure of the drilling fluid within the lower end of the annulus to zoom out. In this way the shovel can be rotated at one speed that are essentially independent of the rotational speed of the strand which in turn enables the hydrostatic pressure at the lower end of the borehole without a significant increase in torque and thereby the drilling speed beyond the speed possible with known tools of this type to increase.

Der Körper weist vorzugsweise eine Hülse auf, die von dem oben genannten Element mit Abstand getrennt ist, so daß zwischen ihnen ein ringförmiger Durchgang bleibt, während das Element in seinem oberen-und-unteren Ende mit Durchgangskanälen versehen ists die an dem ringförmigen Durchgang angeschlossen sind, um dadurch mit-dér Bohrung des Stranges oberhalb und unterhalb des'Werl;czeug's eine Strömungsmittelverbindung herzustéllen, durch die ~der BQhrschlamm umlaufcn kann. Im einzelnen sind das Element und der Körper mit Mitteln versehen, beispielsweise Turbinenschaufeln, die den Körper nur aufgrund der Zirkulation des Bohrschlamms durch den ringförmigen Durchgang in Drehung versetzen, Das Werkzeug weist ferner vorzugsweise ein Paar IIülsen auf, die übereinanderliegen, wobei die Durchgangskanäle in dem Element die ringförmigen Durchgänge in beiden Hülsen in Strömungsverbindung miteinander bringen sowie mit der Bohrung des Bohrstrangs Insbesondere sind die Propellerschaufeln auf den Hülsen und die Turbinenschaufeln oder andere Einrichtungen auf dem Element und den Hülsen entgegengesetzt so angeordnet, daß die Hülsen in entgegengesetzten Richtungen gedreht werden. The body preferably has a sleeve different from that mentioned above Element is separated at a distance so that between them an annular passage remains while the element in its upper-and-lower end with through channels is provided which are connected to the annular passage to thereby with-the Bore the string above and below the'Werl; czeug's a fluid connection through which the oil sludge can circulate. In detail are the element and the body are provided with means, for example turbine blades, which the body only due to the circulation of drilling mud through the annular Set the passage in rotation. The tool also preferably has a pair Sleeves on which are superimposed, the through channels in the element the Bring annular passages in both sleeves in flow communication with one another as well as with the bore of the drill string in particular, the propeller blades are on the sleeves and the turbine blades or other devices on the element and the sleeves arranged opposite so that the sleeves in opposite directions to be turned around.

Demzufolge sind die Reaktionskräfte des Bohrschlamms auf die Propellerschaufeln der beiden Hülsen entgegengesetzt, so daßsie die aufgrund der einen Hülse erforderlichen höheren Drehmomente wenigstens teilweise im Gleichgewicht halten.As a result, the reactive forces of the drilling mud on the propeller blades of the two sleeves opposite, so that they have the required due to the one sleeve keep higher torques at least partially in balance.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines Bohrstrangs mit einem Werkzeug der hier beschriebenen Art, das in einem Bohrloch angeordnet ist, Fig0 2 eine vergrößerte Detalansicht von benachbarten Reihen Turbinenschaufeln auf dem inneren Körper und der oberen äußeren Hülse des Werkzeugs, und Fig. 3 eine vergrößerte Detailansicht von Turbinenschaufeln auf dem inneren Körper und der unteren äußeren Hülse des Werkzeugs. Embodiments of the invention are shown schematically in the drawing shown. The drawings show: FIG. 1 a longitudinal sectional view of a drill string with a tool of the type described here, which is arranged in a borehole Figure 2 is an enlarged detail view of adjacent rows of turbine blades on the inner body and the upper outer sleeve of the tool, and Fig. 3 shows a enlarged detailed view of turbine blades on the inner body and the lower one outer sleeve of the tool.

Das untere Ende des Bohrstrangs ist in Fig. i gezeigt und in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnet. Es befindet sich in einem Bohrloch il, das sich in einem erheblichen Abstand von der Erdoberfläche abwärts erstrecken kann. Der Bohrstrang besteht aus einer Reihe rohrförmiger Körper, zu denen ein Bohrkragen 12 gehört, der oberhalb des Werkzeugs befestigt ist, sowie ein unter dem Werkzeug befestigter Bohrmeißel 13, wobei das Werkzeug in seiner Gesamtheit mit 14 bezeichnet ist. The lower end of the drill string is shown in Figure i and in its Designated as a whole with 10. It is located in a borehole il, which is in can extend downward a substantial distance from the surface of the earth. The drill string consists from a series of tubular bodies, including a drill collar 12, the above of the tool is attached, as well as a drill bit attached under the tool 13, the tool being designated by 14 in its entirety.

Diese Anordnung dient hier nur als Beispiel für die Verwendung des hier beschriebenen Gegenstandes, und es versteht, sich, daß das Werkzeug 14 auch an einer Stelle weiter oben am Bohrstrang angeordnet sein kann.This arrangement is only used here as an example for the use of the here described subject, and it goes without saying that the tool 14 also can be located at a point further up the drill string.

In jedem, Fall ist der Außendurchmesser des Strangs mit Abstand von der Bohrlochwand 11 getrennt, so daß ein Ringraum A entsteht, durch den der Bohrschlamm nach oben zur Erdoberfläche gefördert werden kann. Wie im folgenden beschrieben, verbindet das Werkzeug strömungstechnisch die durch den unteren Kragen 12 und den Meißel 13 führenden Bohrungen, so daß der Schlamm abwärts durch diese Bohrungen hindurch und aus dem Meißel heraus in den Ringraum hinein umgewälzt werden kann. Der Strang wird oben an der Erdoherfläche in an sich bekannter und hier nicht dargestellter Weise in Drehung versetzt. In either case, the outside diameter of the strand is spaced apart by the borehole wall 11 separated, so that an annular space A is formed through which the drilling mud can be promoted up to the earth's surface. As described below, connects the tool fluidically through the lower collar 12 and the Chisel 13 leading holes so that the mud descends through these holes can be circulated through and out of the chisel into the annular space. The strand is at the top of the Erdoherfläche known per se and not shown here Way put in rotation.

Das Werkzeug 14 weist einen Körper 15 auf, der sich ohne Unterbrechung zwischen Verbindungsstellen an seinem oberen Ende mit' dem Bohrkragen 12 und an seinem unteren Ende mit dem Bohrmeißel 13 erstreckt, so daß von dem Kragen 12 zum Meißel 13 Drehmomente bzw. Drehkräfte übertragen werden können. Das obere Ende besitzt ein Futter 16, das eine Gewindeverbindung mit einem am unteren Ende des Kragens 12 vorhandenen Zapfen herstellt, und das untere Ende weist ein Futter 17 auf, das sich über Gewinde mit einem auf dem oberen Ende des Meißels 13 vorhandenen Zapfen verbinden läßt. The tool 14 has a body 15 which extends without interruption between connection points at its upper end with 'the drill collar 12 and on its lower end with the drill bit 13 extends so that from the collar 12 to Chisel 13 torques or rotational forces can be transmitted. The top end has a liner 16 which is threadedly connected to one at the lower end of the collar 12 produces existing tenons, and the lower end has a chuck 17 which threaded with a pin present on the upper end of the chisel 13 can connect.

Der Körper 15 besitzt obere und untere Abschnitte 15A, 15B reduzierten Außendurchmessers die durch einen mittleren Abschnitt 15C getrennt sind, der etwa den gleichen Außendurchmesser aufweist wie die oberen und unteren Enden des Körpers 15 Eine Hülse 16A ist mit Abstand über dem oberen Abschnitt 15A angeordnet, während eine Hülse 16B mit Abstand über dem unteren Abschnitt 15B angeordnet ist. Wie aus Fig. 1 .hervorgeht, hat jede der Hülsen im wesentlichen die gleiche Länge wie der reduzierte Abschnitt, den sie umgibt, und besitzt einen Außendurchmesser, der im wesentlichen gleich demJenigen des oberen und unteren Endes des Körpers 15 ist0 Die Hülsen können offensichtlich in Längsrichtung geschlitzt sein, oder das obere und untere Ende des Körpers 15 kann von seinen reduzierten Abschnitten trennbar sein, so daß die' Hülsen über den reduzierten Abschnitten montiert werden können. The body 15 has upper and lower portions 15A, 15B reduced Outside diameter separated by a central portion 15C that is approximately has the same outside diameter as the top and bottom ends of the body 15 A sleeve 16A is spaced above the upper one Section 15A while a sleeve 16B is spaced above the lower portion 15B is. As can be seen from Fig. 1, each of the sleeves has essentially the same Length as the reduced section it surrounds and has an outside diameter which is substantially the same as that of the upper and lower ends of the body 15 ist0 The sleeves can obviously be slotted lengthways, or that the upper and lower ends of the body 15 may be separable from its reduced portions so that the 'sleeves can be mounted over the reduced sections.

Das untere Ende der oberen Hülse 16A wird auf'' einem Lager- 17 drehbar getragen, das auf dem Mittelabschnitt 15C ruht, und das untere Ende der Hülse 16B ist auf einem Lager 18 drehbar gelagert, das auf dz oberen Ende des unteren Endes des Körpers 15 ruhtO Wie im folgenden beschrieben wird, läßt sich die Hülse 16A in Richtung nach rechts drehen, während die Hülse 16B in Richtung nach links drehbar ist, wenn der Strang selbst in Richtung nach rechts gedreht wird. The lower end of the upper sleeve 16A becomes rotatable on '' a bearing 17 which rests on the central portion 15C and the lower end of the sleeve 16B is rotatably mounted on a bearing 18, which is on the upper end of the lower end of the body 15 rests. As will be described below, the sleeve 16A rotate in the right direction, while the sleeve 16B rotates in the left direction is when the strand itself is rotated in the right direction.

Wie aus Fig0 1 hervorgeht, ist über der oberen Hülse 16A ein Paar spiralförmiger Propellerschaufeln 28 und 29 angeordnet, während ein Paar spiralförmiger Propellerschaufeln 30 und 9 über der unteren Hülse 16B liegt, Im einzelnen sind die Schaufeln auf jeder Hülse in einem Abstand von 1800 nebeneinander angeordnet, und jede Schaufel verläuft annähernd um eine Umdrehung um die' Hülse. Die Außenkanten der Schaufeln erstrecken sich von den Hülsen bis fast zu der Bohrlochwandung 11 nachsaußen um auf diese Weise den hydrostatischen Druck über im wesentlichen dem ganzen Schlamm.innerhalb des unteren Endes des Ringraums zu beeinflussen. Alternativ dazu könnten sich natürlich die Schaufeln nach außen bis zu einer Büchse erstrecken, die eng in der Bohrung anliegt, so daß der hier verwendete Begriff "Ringraumlt entweder einen zwischen den Hülsen und der Bohrlochwand oder zwischen den Hülsen und einer Büchse liegenden naum betrifft. As can be seen from Fig0 1, there is a pair above the upper sleeve 16A spiral-shaped propeller blades 28 and 29 arranged while a pair of spiral-shaped Propeller blades 30 and 9 above the lower sleeve 16B, in detail the blades on each sleeve are spaced 1800 apart, and each blade extends approximately one revolution around the sleeve. The outer edges of the blades extend from the sleeves almost to the borehole wall 11 outward in this way to reduce the hydrostatic pressure substantially above the all of the mud. within the lower end of the annulus. Alternatively to do this, of course, the blades could extend outwards to a bushing, which fits tightly in the bore, so that the term "annular space" as used here is either one between the sleeves and the borehole wall or between the sleeves and one The rifle is not concerned.

Obgleich die Schaufeln bestrebt sind, das Werkzeug konzentrisch in dem Bohrloch zu halten, werden auf dem Werkzeug vorzugsweise ein oder mehrere Zentrierkörper angeordnet. Although the blades tend to keep the tool concentrically in To keep the borehole, one or more centering bodies are preferably placed on the tool arranged.

Ein solcher Körper ist beispielsweise bei 92 gezeigt und umgibt das obere Ende des Körpers 15.Such a body is shown, for example, at 92 and surrounds it upper end of body 15.

Wie oben bereits beschrieben und aus Fig. i hervorgeht, sind die Propellerschaufeln 28 und 29 in der einen Richtung spiralförmig ausgebildet, während die Propellerschaufeln 39 und 31 in der entgegengesetzten Richtung spiralförmig sind. As already described above and can be seen from Fig. I, the Propeller blades 28 and 29 formed spirally in one direction, while the propeller blades 39 and 31 spiral in the opposite direction are.

Im einzelnen heißt das, daß die Schaufeln 28 und 29 sich spiralförmig in einer Richtung erstrecken, in der der Bohrschlamm innerhalb des Ringraumes nach oben getrieben wird, sobald die Hülse 16A in Richtung nach rechts gedreht wird, während die Schaufeln 30 und 31 spiralförmig in einer Richtung laufen, in der der Bohrschlamm nach oben getrieben wird, sobald die Hülse 16B in Richtung nach links gedreht wir.In detail, this means that the blades 28 and 29 spiral extend in a direction in which the drilling mud within the annulus after is driven up as soon as the sleeve 16A is turned in the direction to the right, while the blades 30 and 31 spiral in a direction in which the Drilling mud is driven upwards once the sleeve 16B is towards the left we turned.

Ein von dem Innenumfang des oberen Endes der Hülse i6A getragender Dichtungsring 19 dichtet rund um das Qbere Ende des Abschnitts i5A abs und ein von dem inneren Umfang des unteren Endes der Hülse 16A getragener Dichtungsring 20 dichtet rund um das untere Ende des Abschnitts ab, wodurch zwischen den Abschnitten 15A und der Hülse i6A ein ringförmiger Durchgangskanal 21 geschaffen wird. In gleicher Weise tragen der innere Umfang des oberen Endes der Hülse 16B einen Dichtungsring 22 und der innere Umfang des unteren Endes dieser Hülse einen Dichtungsring 23, die das obere und das untere Ende des Körperabschnitts 15B abdichtend umr geben, so daß zwischen dem Körper 15B und der Hülse 1611 ein ringförmiger Durchgangskanal 24 entsteht. One supported by the inner circumference of the upper end of the sleeve i6A Sealing ring 19 seals around the Qbere end of the section i5A abs and one of the inner periphery of the lower end of the sleeve 16A carried sealing ring 20 seals around the lower end of the section, creating between sections 15A and the sleeve i6A an annular through-channel 21 is created. In the same Thus, the inner periphery of the upper end of the sleeve 16B carries a sealing ring 22 and the inner circumference of the lower end of this sleeve a sealing ring 23, which sealingly encircle the upper and lower ends of the body portion 15B, so that between the body 15B and the sleeve 1611 an annular through-channel 24 is created.

Im oberen Ende des Körpers 15 befindet sich ein Durchgangskanal 25, der an seinem oberen Ende eine glatte Fortsetzung der durch den Bohrkragen 12 führenden Bohrung ist und an seinem unteren Ende Zweigleitungen aufweist, die mit dem ringförmigen Durchgangskanal 21 in Verbindung stehen. In the upper end of the body 15 there is a through channel 25, which at its upper end is a smooth continuation of the leading through the drill collar 12 Bore is and at its lower end has branch lines that are connected to the annular Through channel 21 are in communication.

Außerdem ist ein Durchgangskanal 26 in einem mittlere}^ Abschnitt des Körpers 15 vorhanden, der all seinem oberen Ende mit Zweigleitllngen ver chen ist, weiche mit dem unteren Ende des ringförmigen Durchgangskanals 1 in Verbindung stehen, und der außerdem an seinem unteren Ende Zweigleitungen aufweist, die an das obere Ende des ringförmigen Durchgangskanals 24 angeschlossen sind. I7in weiterer Durchgangskanal 27 im unteren Ende des Körpers 15 ist an seinem oberen nde mit Zweigleitungen versehen, die an das untere Ende des ringförmigen Durchgangskanals 24 angeschlossen sind, und dies er ICanal 27 bildet eine glatte Fortsetzung der durch den Meißel 13 führenden Bohrung. Auf diese Weise stehen die durch das wterkzeug 14 fiihrenden Durchgangskanäle mit den durch den Bohrstrang über und unter dem Werkzeug führenden Bohningen in Strömungsmittelverbindung.In addition, a through channel 26 is in a middle section of the body 15 is present, which ver chen all its upper end with branch lines is soft with the lower end of the annular through channel 1 in connection stand, and which also has branch lines at its lower end that are connected to the upper end of the annular through channel 24 are connected. I7in further Through channel 27 in the lower end of the body 15 is at its upper end with branch lines which is connected to the lower end of the annular through channel 24 are, and this he ICanal 27 forms a smooth continuation through the chisel 13 leading hole. In this way, those leading through the tool 14 are standing Through channels with those leading through the drill string above and below the tool Bohningen in fluid communication.

Entlang dexL oberen Abschnitt 15A des Körpers 15 sind an senkrecht mit Abstand nebeneinanderliegenden Stellen mehrere Reihen Turbinenschaufeln angeordnet, und mehrere Turbinenschaufelreihen 36 befinden sich außerdem auf der Innenseitc der Hülse 16A an in senkrecht mit Abstand nebeneinanderliegenden Plätzen. Im einzelnen heißt das, daß die chaufelreihcn 35 und 36 so angeordnet, sind, daß sie sich ion dem ringförmigen Durchgangskanal 21 abwechselnd überlappen, so daß mehrere Turbinen entstehen. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, erstrecken sich die Schaufeln 35 auf dem Körperabschnitt 15Ä unter einem Winkel zu der senkrechten Achse des Körpers, der bewirkt, daß sie durch das Abwärtsströmen des Bohrschlamms innerhalb des Durchgangskanals 21 im Uhrzeigersinn bewegt werden. Andererseits sind die Schaufeln 36 auf der Hülse 16A in der entgegengesetzten Richtung geneigt, so daß die auf sie gerichtete Reaktionskraft des Bohrschlamms in dem entgegengesetzten Drehsinn einwirkt, Somit veranlaßt der in dem ringförmigen Durchgangskanal 21 abwärts strömende Bohrschlamm die Hülse 16A, sich relativ zu dem Körper 15 in Richtung nach rechts zu drehen. Along the upper portion 15A of the body 15 are at perpendicular several rows of turbine blades arranged at a distance from one another, and multiple rows of turbine blades 36 are also on the inside of the sleeve 16A in vertically spaced adjacent places. In detail this means that the rows of blades 35 and 36 are so arranged that they are ion overlap the annular passage 21 alternately so that several turbines develop. As can be seen from Fig. 2, the blades 35 extend on the body portion 15A at an angle to the vertical axis of the body that causes it by the downflow of the drilling mud within the through-channel 21 in a clockwise direction be moved. On the other hand, the vanes 36 on the sleeve 16A are in the opposite direction Direction inclined so that the reaction force of the drilling mud directed on them acts in the opposite sense of rotation, thus causing the in the annular Through channel 21, drilling mud flowing down the sleeve 16A, is relative to to rotate the body 15 in the right direction.

In ähnlicher Weise sind die Turbinenschaufeln 37 in senkrecht mit Abstand nebeneinanderliegenden Reihen um den unteren Eörperabschnitt 15B angeordnet, und die Turbinenschaufeln 38 sind in senkrecht mit Abstand nebeneinanderliegenden Reihen auf der Innenseite der Hülse 16B gelegen, wobei sich die Schaufelreihen 37 und 38 überlappen und in senkrechter Richtung wechseln. Im Unterschied zu den Schaufeln 35 und 36 sind die Schaufeln 37 und 38 jedoch so angeordnet, daß sie die Hülse 16B veranlassen, sich in Richtung nach links zu drehen, wenn der Bohrschlamm durch den Durchgangskanal 24 abwärts fließt. Somit sind die Schaufeln 37 schräg gegenüber den Schaufeln 35 angeordnet, während die Schaufeln 38 den Schaufeln 36 gegenüberliegen. Similarly, the turbine blades 37 are perpendicular to FIG Spaced adjacent rows around the lower body portion 15B, and the turbine blades 38 are vertically spaced apart Rows located on the inside of the sleeve 16B, with the rows of blades 37 and 38 overlap and change in the vertical direction. In contrast to the shovels 35 and 36, however, the blades 37 and 38 are arranged so that they the sleeve 16B cause it to turn to the left as the drilling mud passes through the Through channel 24 flows downward. The blades 37 are thus diagonally opposite the blades 35, while the blades 38 are opposite the blades 36.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Leistungen der Turbinen in den ringförmigen Durchgangskanälen 21 und 24 einander gleich, so daß jede der Hülsen 16A, 16B mit etwa derselben Drehzahl relativ zu dem Körper 15 gedreht wird und somit mit im wesentlichen dem gleichen Wirkungsgrad arbeitet. Die Geschwindigkeit der oberen Hülse 16A in bezug auf das Bohrloch ist jedoch größer als diejenige der unteren Hülse 16B in bezug auf das Bohrloch, so daß die Gegendrehmomentwirkung der unteren Hülse 16B das aufgrund der Hülse 16A erforderliche zusätzliche Drehmoment nicht vollständig ausgleicht. Die untere Hülse 16B verkleinert jedoch-wenigstens das zusätzlich erforderliche Drehmoment, das die Hülse 16B sonst auf den Bohrstrang übertragen würde. Ferner leuchtet ein, daß die Leistungsfähigkeit der unteren Turbine erhöht werden kann, so daß sie dieses obige Ungleichgewicht vollständig kompensiert oder in Wirlichkeit überkompensiert. In the illustrated embodiment, the services are the Turbines in the annular through channels 21 and 24 equal to each other, so that each of the sleeves 16A, 16B rotated relative to the body 15 at approximately the same speed and thus works with essentially the same efficiency. The speed of the upper sleeve 16A with respect to the wellbore is larger than that of the lower sleeve 16B with respect to the borehole, so that the counter-torque effect of the lower sleeve 16B the additional torque required due to the sleeve 16A does not fully compensate. The lower sleeve 16B, however, at least reduces in size the additional torque required that the sleeve 16B would otherwise apply to the drill string would be transferred. It is also evident that the performance of the lower turbine can be increased so that it fully compensates for this above imbalance or overcompensated in reality.

Claims

PATENT CLAIMS

1. Rotary drilling tool with a body that is connected to a tubular drill string is connectable to rotate with him in a borehole, and with a device, through which the upper and lower ends of this body with the hole through the Drill string can be brought into fluid communication? um, drilling fluid through down through the bore, at least one helical around the body Projection is arranged, characterized in that the spiral projection (28, 29, 30, 31) is carried by an element (16A, 16B) that extends around the body (ins) is arranged and is rotatable relative to him in a direction that the sfliral The projection causes the hydrostatic pressure of the drilling fluid in the annulus decrease below the spiral protrusion.

2. Rotary drilling tool according to claim 1, characterized in that the Body (15) has a sleeve (16A, 16B) spaced above it and between itself and the body an annular through-channel (21, 24, 26) creates that the connecting devices through channels (25, 27) in the upper and the lower end of the body (15) forming the annular through-channel connect, and that the means for rotating the sleeve (16A, 16B) one on the Body 15 and the sleeve existing device (35, 36 37, 38) is on the responsive to drilling fluid flow flowing through the annular through-channel.

3. Rotary drilling tool according to claim 2, characterized in that the Device for rotating turbine blades, (35, 36, 37, 38), which are located on the body (15) and the sleeve (16A, i6B) are located.

4. Rotary drilling tool according to claim i, characterized by a second Element (1 (? 8 that around the body (15) below the first element (i6A) is, at least one spiral-shaped projection (30, 31) on the outside of the second Element- the opposite of the projection (28, 29) on the first element (16A), and by means for rotating the second member with respect to the body (15) in a direction opposite to is the direction in which the first element (16A) is rotatable, so that the on the second element (16B) provided projection is caused, the hydrostatic To reduce the pressure of the drilling fluid in the annulus below the projection.

5. Rotary drilling tool according to claim 4, characterized in that the Elements (16A, 16B) form a pair of sleeves, each of which is connected to the body (15) Distance is separated and one is above the other so that between her and an annular through-channel (21, 24, 26) is created in the body, and that the device Ezum Threatening of the sleeves (16A, 16B) an existing one on the body (i5) and each sleeve Device (35, 36, 37, 38), which on the through the annular flow channel is responsive to the flow of drilling fluid flowing therethrough between the sleeve and the body.

6. Drehbohrwerlrzeug according to claim 5, characterized in that the means for rotating comprises turbine blades (35, 36, 37, 38) extending on the body (15) and each sleeve (16A, 16B).

Blank page