DE2161353A1 - Hydraulisch betriebene Vorrichtung zur Übertragung von Schachtsohlen-Meßsignalen an die Oberflächen-Station - Google Patents

Hydraulisch betriebene Vorrichtung zur Übertragung von Schachtsohlen-Meßsignalen an die Oberflächen-Station

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DE2161353A1
DE2161353A1 DE19712161353 DE2161353A DE2161353A1 DE 2161353 A1 DE2161353 A1 DE 2161353A1 DE 19712161353 DE19712161353 DE 19712161353 DE 2161353 A DE2161353 A DE 2161353A DE 2161353 A1 DE2161353 A1 DE 2161353A1
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Description

Dipt.-lng. DIpI. oec. pub!.
'h ^'-τ λ κ··-- V" 10. Dezember 1971
8 München 21 - Goiiiwrdstr. 81 Oi
Telefon 561762
Societe Nationale des Petroles d1Aquitaine, Tour Aquitaine
Courbevoie (Frankreich)
„Hydraulisch betriebene Vorrichtung zur Übertragung von Schachtsohlen-Meßsignalen an die Oberflächen-Station"
Priorität vom 10. Dezember 1970 aus der französischen Patentanmeldung Nr. 70/44 559
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulisch betriebene Vorrichtung zur Übertragung von Signalen an die Oberflächenatation, wobei diese Signale auf Messungen zurückzuführen sind, die in der Schachtsohle durchgeführt werden.
Bei einer Schachtbohrung erweist es sich als sehr nützlich, zahlreiche Parameter zu kennen, die für die durchdrungenen Schichten und für die Arbeitsbedingungen des Werkzeuges charakteristisch sind, wobei diese Informationen im allgemeinen zur Beurteilung und Bestimmung der bei der Bohrung zu erfüllenden Voraus setzungen dienen. Die Übertragung dieser Informationen von der Schachtsohle an die Oberflache erfolgt gewöhnlich mit Hilfe von Flüssigkeits-Impulsfolgen, die in Höhe der Schachtsohle in der Bohrflüssigkeit entstehen und ohne Beeinträchtigung des normalen Bohrvorganges an die Oberfläche übertragen werden.
Es wurden bereits zahlreiche Versuche unternommen, einfache Vorrichtungen zu schaffen, die unabhängig von den in Höhe der Schachtsohle herrschenden, ungünstigen Umgebungsbedingungen starke Flüssigkeitsimpulse bei hohem Sicherheitsfaktor entstehen lassen. Insbesondere haben hierbei hydraulisch betriebene Vorrich tungen inbezug auf ihre Betriebssicherheit und ihr hohes Leistungsgewicht das Interesse der mit diesem Problem befaßten Personen erregt. In diesem Zusammenhang hat die Anmelderin in ihrer franzö-
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sischen Patentanmeldung Nr. 70 26213 eine selbständig arbeitende und hydraulisch betriebene Vorrichtung beschrieben, die insbesondere dadurch gekennzeichnet ist, daß der Hydraulikkreis mit einer Pumpe arbeitet, die eine unter Druck stehende Flüssigkeit über ein Steuerorgan wie z.B. ein Schieb er ventil oder ein Magnetventil auf die eine oder andere Seite eines Kolbens eines doppeltwirkenden Hydraulikzylinders fördert, der mechanisch mit einem Drosselorgan für den Bohrflüssigkeitsfluß verbunden ist.
Diese Vorrichtung sowie andere, frühere Systeme mit Hydraulikkreisen und getrenntem Steuermedium sind mit einem Steuerorgan ausgerüstet, das durch elektrische Impulse betätigt wird, die von den Meßsignalen abhängen, wobei es sich hier um ein Schieberventil handeln kann, das über eine oder zwei Spulen oder durch eine Kombination von Magnetventilen gesteuert wird.
Dieser Typ eines Steuerorgans für Drosselvorrichtungen des Bohrflüssigkeitsflusses weist zahlreiche Nachteile auf. Einmal läßt sich der Platzbedarf oft nicht mit den geringen Abmessungen des im Innern der Bohrstange zur Verfügung stehenden Raumes vereinbaren. Zum anderen hat der für eine bestimmte elektrische Erregerleistung gegebene schwache Flüssigkeitsdurchlauf eine verzögerte Betriebsgeschwindigkeit der Drosselorgane zur Folge, wodurch wiederum die Anzahl der pro Zeiteinheit übertragenen Informationen begrenzt wird. Ein weiterer Nachteil, der auf die Aufbauformen der bekannten Steuerorgane zurückzuführen ist, liegt in dem Umstand begründet, daß sich die durch Betätigung des bekannten Drosselorgans erzielte Amplitude der Druckimpulse mit dem Durchfluß und der Dichte des Schlammes ändert, von dem genanntes Organ durchflossen wird und daß zur Erreichung von Impulsen gleichbleibender Stärke in den bei unterschiedlichen Durchflußleistungen und Schlammdichten bearbeiteten Schächten ein Korrektursystem erforderlich wäre, das bei jeder Änderung der Zusammensetzung des Bohrraediums ansprechen würde.
In der Zielsetzung der Erfindung liegt demnach die Schaffung einer hydraulisch betriebenen Vorrichtung, die in der Lage ist, das Drosselorgan schnell zu betätigen. Ferner bezweckt wird die Schaffung eines solchen nachgesteuerten, hydraulisch betriebenen Systems, das das Drosselorgan in bestimmten Amplituden betäti-
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gen kann, die unabhängig von den Umlaufbedingungen des Bohrmediums eingestellt werden können. Außerdem soll eine Modulation des gesamten Schlammdurchflusses innerhalb von Frequenzen vorgenommen werden können, die im Bereich zwischen einigen Zehntel Hz und einigen Zehn Hz wählbar sind. Die erfindungsgemäß aufgebaute Vorrichtung ermöglicht somit ohne weiteres eine Übertragung einer beachtlichen Informationsmenge unter Verwendung von Modulationsfrequenzen, die sich deutlich von unerwünschten und gewöhnlich durch Bohrschlamm-Pumpen hervorgerufenen Frequenzen abheben=
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein© hydraulisch betriebene Vorrichtung zur Übertragung von Schachtsohlen-MeSsignalen an die Oberflächen-Station erfüllt und swap handelt es sich hier um Druckänderungen, die durch periodisch auftretende Druckdrosselungen des Bohrflüssigkeitsstromes hervorgerufen werden, wobei Drosselorgane für den Bohrflüssigkeitsflwfö «sid ein Drossel-Steuerorgan für diesen Durchlauf vorgesehen sinds das durch elektrische Signale betätigt wird, die von Me&signalen abhängen, wobei ferner ein Hydraulikkreis vorgesehen ist, üb es1 den das Steuerorgan die Dross el Vorrichtungen für der» Bohrflüssigkeitsflufö betätigt und eine Turbines die durch die Bohrflüssigkeit angetrieben wird und eine Hydraulikdruckpampe auf des? gleichen Welle montiert sind9 dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan für» die periodisch auftretenden Drosselungen des Bohrflüssigkeitsflwsses ctaffch ein Servoventil gebildet wird., dessen Hydraulikfluß-Steue^dOTchsatz sich ständig in Stärke und Richtung proportional zur Stromstärke verhält, die seine Spule durchfließt. Das Drosselorgan9 das -dazu verwendet wird, dem Bohraiedium Impulse aufzuprägen und an die Oberflächen-Station Signale in Form von Druckveränder>ungen zu übertragen, kann durch ein Ventil bzw. durch eine Kontaktspitze gebildet werden, die mechanisch mit einem hydraulische« Empfänger z.B. mit einem Hydraulikzylinder oder mit ein©m Hydraulikmotor mit Verzahnung oder mit Kolben verbunden ist „ der» einsn gleichmäs-» sigen Steuerdurchsatz erhält.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform betätigt das Servoventil über einen Steuerfluftkreis einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder, mit dem mechanisch eine Kontaktpitze verbunden ist, die wiederum fest mit dem Kolben des Zylinders verbunden XSt5
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der mit einer feststehenden Auflage zusammenarbeitet. Bei dieser Ausführungsform wird der Hub des Zylinders zwischen zwei Stellungen begrenzt, die durch zwei mechanische Anschläge festgelegt sind und jeweils der Mindest- und Maximal-Öffnung des Drosselorgans für den Bohrflilssigkeitsstrom entsprechen, wobei sich die Maximalöffnung dadurch ergibt, daß in der Spule des Servoventils ein elektrischer Strom fließt, der einer hohen Bewegungsgeschwindigkeit des Zylinders in der Durchgangs-öffnungsrichtung entspricht, während sich die Mindestöffnung durch Richtungsumkehr des elektrischen Stromes einstellt.
Der entstehende Vorteil besteht in der Geschwindigkeit,
mit der das Drosselorgan betätigt wird. Durch Verwendung einer solchen Vorrichtung in der Schachtsohle und während des Bohrvorgangs zur Informationsübertragung an die Oberfläche können Signale in Form von schnellen Druckänderungen zwischen 5 und 30 Bar übertragen werden, die in Intervallen zwischen 1 und 30 Sekunden aufeinanderfolgen, wobei jedes Signal durch eine Umkehr des elektrischen Stromes entsteht, der die Spule des Servoventils durchfließt.
Entsprechend einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt die Übertragung eines Betriebsmerkmals vom Drosselorgan zu eine» elektrischen Signal, das sich nach einem vorher bekannten Gesetz ändert, Ober das Servoventil, auf dessen Spule ein Strom übertragen wird, der die Differenzgröße der beiden Signale darstellt, wobei das eine vom Signalgeber des Drosselorgans und das andere von einem Generator für elektrische Signale geliefert wird, die von den jeweiligen Meßsignalen abhängen.
Die Betriebsmerkmale des Drosselorgans können sich entweder in der Stellung dieses Organs oder im Druckabfall ausdrücken, der durch dieses Organ am durchfließenden Bohrflüssigkeitsstrom verursacht wird.
Durch die Umsetzung der augenblicklichen Lage des Drosselorgans durch elektrische Steuersignale, vorzugsweise in Verbindung mit den Meßsignalen, ergibt sich eine Funktionsweise dieses Organs, die sich zeitabhängig nach dem gleichen Gesetz ändert, nach dem sich auch die Änderungen der elektrischen Steuersignale richten. Durch die Umsetzung des augenblicklichen Druckabfalls im Drosselorgan durch elektrische Steuersignale, vorzugsweise in Verbin-
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dung mit den Meßsignalen, ergibt sich eine Rnktionsweise des Drosselorgans, wobei insbesondere die Amplitude der in Form von Druckänderungen übertragenen Signale unabhängig vom Durchfluß, der Art und Dichte der verwendeten Bohrflüssigkeit und des Druckes des Steuermediums ermittelt wird.
Die Verwendung des Servoventils zur Funktionssteuerung des Drosselorgans ermöglicht den Einsatz eines breiten Frequenzbereiches von einigen Zehntel Hz bis zu einigen zehn Hz8 wobei jede Bewegungsgeschwxndxgkext des Drosselorgans einer bestimmten Frequenzgruppe entspricht. Die innerhalb dieser Frequenzen mögliche Auswahl gewährleistet ohne weiteres eine Übertragung einer beträchtlichen Menge von Informationen unter Verwendung von Modulationsfrequenzen, die sich von unerwünschten Frequenzen, die gewöhnlich durch Bohrpurapen hervorgerufen werden, einwandfrei unterscheiden
Das erfindungsgemäß aufgebaute, nachgeführte Hydrauliksystem ermöglicht die Übertragung von Daten über den Bohrflüssigkeitsstrom und zwar mit Hilfe von Signalen, die durch ständige oder unterbrochene Bohrflüssigkeitε-Druckänderungen in Form von sinusartigen Druckänderungen zwischen 0,1 und 100 Hz ausgedrückt werden. Die beispielsweise im Ruhezustand den Wert Null besitzende elektrische Steuerspannung entsteht während der Signalübertragung durch Oberlagerung einer sxnusförmigen Wechselspannung einer Frequenz zwischen 0,1 und 100 Hz und einer Gleichspannung, wonach durch Steuerung des Drosselorgans in seine Stellung bzw. auf den entstehenden Druckabfall ein Wert für den durchschnittlichen Druckabfall des das Organ durchfließenden Bohrflüssigkeitsstromes zwischen 5 und 15 Bar erzielt werden kann.
Weiter· Ausführungsformen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
- Figur 1 - ein· besondere Stangenanordnung, die das nachgeführte hydraulische System zur Modulation des Schlammstromes enthält
Äußerlich unterscheidet sich diese nicht von den gewöhnlich für Bohrungen verwendeten Ausrüstungsteilen. Diese ist mit Außengewindeführung«n nach der API-Horn versehen, die ein Zusammenschrauben an
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eine« beliebigen Punkt des Bohrgestänges, vorzugsweise in Nähe des Werkzeuges, ermöglichen.
- Figur 2 - die elektrische Nachführeteuerung für die Lage des
Hydraulikzylinders entsprechend einem elektrischen Steuersignal beliebiger Form;
- Figur 3- die elektrische Nachführsteuerung für den Druckabfall
über das Drosselorgan entsprechend einem elektrischen Steuersignal beliebiger Form.
Die in Figur 1 dargestellte Stangenanordnung 1 mit dem nachgeftthrten Hydrauliksystem umfaßt die Abschnitte 2 mit genormten GewindefÜhrungen zum Zusammenbau im Bohrgestänge und eine überdimensionierte Gewindeführung an der Seite der Eingangshülse, die mit den anderen Gewindeführungen vereinbar ist und zur Aufnahme der inneren und auf einer Auskragung 3 liegenden Teile dient.
Die inneren Ausrüstungsteile bestehen aus einem. Regelventil, das den oberen Teil der überdimensionierten Bohrung voll ausfüllt und die gesamte umlaufende Flüssigkeit zwischen die feststehende Auflage 12 und das bewegliche Kontaktstück 13 drückt. Der Umfang der Erfindung beschränkt sich nicht nur auf den Einsatz dieses Ventiltyps, wonach andere Typen von Drosselorganen wie z.B. Drosselventile oder Ausgleichventile mit Mehrfachauflage zur Veränderung des Schlammflusses eingesetzt werden können.
Unterhalb des Regelventiles befindet sich ein dichtes Rohr, das das hydraulische Ventilsteuersystem, die elektrischen Nachführsteuerungen, die nicht dargestellten Meßwertgeber sowie autonome Vorrichtungen zur elektrischen Energieversorgung enthält.
Der untere Teil des Rohres 15 ist fest mit der Turbine verbunden, die über den Schlammstrom Energie liefert. Der ringförmige freie Raum zwischen zwischen der Ausbohrung der Stangenanordnung 1 und dem dichten Rohr 15 dient dem Bohrflüssigkeitsdurchgang zwischen dem Regelventil 11 und der Turbine 16. Die feststehenden Schaufeln 17 und die beweglichen Schaufeln 18 der Turbine 16 einer bekannten Bauart sind jeweils mit Muttern 19 und 20 in der Turbine 16 bzw. auf der Welle 14 befestigt, die mit entsprechenden Auskragungen versehen sind. Die Bohrflüssigkeit dringt in die feststehen-
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den Schaufeln durch eine Reihe von öffnungen 21 am oberen Teil des Turbinenkörpers 16 ein und tritt axial am unteren Teil des Turbinenkörpers wieder aus, um somit normalerweise das Bohrwerkzeug zu versorgen. Die beweglichen Schaufeln 18 und die Welle IU sind an einem Anschlag 22 aufgehängt, der sich im Innern des dichten Rohres 15 befindet. Die Durchführung der Welle des Turbinenkörpers 16 in das Innere des dichten Rohres erfolgt über eine Abdichtung 23, bei der es sich um eine Stopfbuchse bekannter Form handeln kann, die durch eine Mutter 2U angezogen wird. Die Aufgabe des Anschlages 22 besteht darüber hinaus in der Aufnahme des hydraulischen Axialdruckes, der auf die beweglichen Schaufeln wirkt. Der Vorteil der innenliegenden Anordnung dieses Anschlages liegt in der vereinfachten Schmierung des Anschlages durch das Füllmedium des dichten Rohres 15, bei dem es sich um ein mineralisches öl handeln kann, daß seine Schmiereigenschaften gegenüber den in Schachtsohlen auftretenden Druck- und Temperatureinwirkungen beibehält.
Ober eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung kann der statische Druck des Bohrmediums auf die Füll- und Kontrollmedien innerhalb des dichten Rohres 15 wirken.
Das Druckgefälle zwischen den beiden Seiten der Abdichtung 23 bleibt somit gering und trägt zu einem einfachen Aufbau und zu einem guten Betriebsverhalten der Ausrüstungsteile bei.
Die Welle IU treibt ein Stromaggregat 5 und einen in der Zeichnung nicht detaillierten, geregelten Hydraulikdruckgenerator 7 an.
Die Wahl eines geregelten Hydraulikdruckgenerators kann
ohne Berücksichtigung irgendwelcher Kriterien erfolgen. Dem hier vorliegenden Fall entsprechend kann dieser eine feststehende Zylinderpumpe, einen Regler und eine Speicherreserve mit unter Druck stehendem öl oder eine selbstregelnde, bewegliche Zylinderpumpe und eine Druckreserve umfassen.
Der Umfang der Erfindung beschränkt sich nicht auf den Einsatz der erwähnten Ausrüstungsteile, da sämtliche anderen geregelten Pumpen und Reserveanordnungen für unter Druck stehendes öl mit ausreichendem Durchsatz bei konstantem Druck zur Erzielung einer kräftigen Steuerung, des Drosselorgans ebenfalls verwendet werden können, ohne den Rahmen des Schutzumfanges der Erfindung zu
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überschreiten, vorausgesetzt, daß die Abmessungen dieser Teile mit dem innerhalb dee dichten Rohres 15 verfügbaren Raum vereinbar
Oberhalb des Druckgenerators 7 befindet sich das Servoventil 50, dessen Aufgabe darin liegt, das vom Generator 7 mit gleichbleibendem Druck abgegebene Steuermedium zu verändern. Zur Ausführung dieser Funktion empfängt das Servoventil das unter Druck stehende Medium über die Rohrleitung H9 und leitet es ohne Druck über die Rohrleitung ·*8 an den Generator. Auf der entgegenliegenden Seite ist das Servoventil 50 über die Rohrleitungen 51 und 52 mit den beiden Seiten des Kolbens 56 verbunden. Dieser Kolben 56 stellt das Hauptteil eines doppeltwirkenden Zylinders dar, der mechanisch mit dem Drosselorgan verbunden ist. Der Kolben 56 bewegt sich in einem Zylinder 55 und betätigt eine Stange 57, die fest mit dem beweglichen Kontaktstück 13 verbunden ist, das entsprechend der Veränderung des Bohrflüssigkeitsstromes mit der feststehenden Auflage 12 zusammenarbeitet. Die Bewegung des Kolbens kann entweder von unten nach oben oder von oben nach unten erfolgen, je nachdem, ob das unter Druck stehende Medium Über die Rohrleitung 51 auf den ansteigenden Teil oder über die Rohrleitung 52 auf den abfallenden Teil geleitet wird.
Im oberen Teil des dichten Rohres 15 liegen um die Steuerstange 57 in einem Raum 35 verteilt die Steuerfühler und elektronischen Stromregel- und Steuerschaltungen für das Servoventil 50. In bestimmten Fällen können die Meßfühler, die die Signale entsprechend den in der Schachtsohle herrschenden Parametern liefern, ebenfalls in diesem Raum angeordnet werden. Unabhängige Kanäle der Hydraulikleitung sind im Zylinder 55 und im Generator 7 vorgesehen, um die Durchführung der elektrischen Leiter 58 und 6 zu ermöglichen» die jeweils das Servoventil 50 und das Stromaggregat 5 mit den im Raum 35 enthaltenen Leitungen verbinden.
Das Servoventil 50 ist mit einer Spule bzw. einer Steuerwicklung ausgerüstet, die von einem elektrischen Strom durchflossen wird, der von den Leitungen des Raumes 35 geliefert wird. Liegt kein Erregerstrom vor, so besteht keine hydraulische Verbindung und der Kolben 56 kann sich nicht bewegen. Die wesentlichste Besonderheit des Servoventils liegt darin, daß es sämtliche Verbin-
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dungsstellungen zwischen dem vollständigen Schließen und den direkten Verbindungen des unter Druck stehenden Öles mit der einen oder anderen Seite des Kolbens des Zylinders 56 durch Anlegen eines elektrischen Stromes ausführen kann, dessen Richtung und Stärke sich jeweils nach der Steuerspule richten. Mit anderen Worten ausgedrückt verhält sich der Flüssigkeitsdurchfluß eines Servoventils in Größe und Richtung ständig proportional zur Stärke des elektrischen Stromes, der seine Steuerspule durchfließt.
Bei den Steuerfühlern handelt es sich um Aufnahmeelemente für ein beliebiges Funktionsmerkmal des Drosselorgans, deren jeweiliger Einsatz insbesondere aus den Darstellungen der Figuren 2 und 3 hervorgeht.
Die in Figur 2 dargestellte Stellungsnachführung arbeitet mit einem Verschiebungsdetektor 33* dessen Stange 32 mit der Bewegung des Zylinderkolbens 56 verbunden ist. Die Stellung der Stange 57, die den Kolben 56 mit dem Kontaktstück 13 verbindet, hängt von einem gleichbleibenden oder sich verändernden elektrischen Signal ab und zwar in Abhängigkeit von der Zeit, so daß wiederum eine zeitabhängige feststehende oder sich verändernde Drosselung gewährleistet wird.
Die nach diesem Prinzip arbeitende Funktion ist in Figur 2 schematisch dargestellt.
Ein mechanisch mit der Stange 57 verbundener Verschiebungsdetektor 33 liefert ein elektrisches Signal, das die Stellung des Kontaktstücks 13 fortlaufend und gleichmäßig ausdrückt. Der Kodierzusatz 59 liefert ein elektrisches Bezugssignal bzw. ein gleichbleibendes oder veränderliches Steuersignal nach ©iner Gesetzmäßigkeit, die vorzugsweise mit der Messung einer Größe in der Schachtsohle in Verbindung steht und das dazu vorgesehen ist, im Bohrflüssigkeitsetrom eine Druckänderung vorherbestimmter Form hervorzurufen. Diese beiden elektrischen Signale werden in einem Fehlerdetektor 60 verglichen, der gleichzeitig einen Verstärker darstellt. Der Abweichungswert der beiden Signale wird der Spule des Servoventils über die Leiter 58 zugeführt. Unter Berücksichtigung des Funktionsprinzips des Servoventils bewegt sich der Kolben 56 in einer Richtung, die dazu führt, den Abweichungswert aufzuheben.
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Handelt es sich um ein gleichbleibendes Bezugssignal,so nimmt der Kolben 56 eine Ruhestellung ein» die ausschließlich vom Wert des elektrischen Bezugssignals abhängt und unabhängig vom Druck des Steueröle, von der Geschwindigkeit und dem Durchfluß der Bohrflüssigkeit usw. ist. Ändert sich das Bszugssignal in Abhängigkeit von der Zeit» so ändert sich die Stellung des Kolbens 56 gleichfalls zeitabhängig und nach dem gleichen Gesetz. Somit ergibt sich eine Stellungsnachführung des Kontaktstücks des Drosselorgans für den Bohrflüssigkeitsatrom entsprechend einem Bezugssignal, das beispielsweise die aufeinanderfolgend kodierten bzw. nicht kodierten Werte einer während des Bohrvorganges in der Schachtsohle gemessenen Größe ausdrückt. Die für den Betrieb der Meß- und Steuerfühler sowie der elektronischen Schaltungen 59 und 60 erforderliche elektrische Energie wird von einem Stromaggregat 5 über eine ebenfalls im Raum 35 angeordnete Stromvarsorgungseinheit 31 geliefert.
Eine interessante Möglichkeit dar nachgesteuerten hydraulischen Vorrichtung ist schematisch χ?* Figur 3 dargestellt. Aus der Darstellung der Figur 2 ging die Möglichkeit der Stellungsnachführung des Kontaktstücks 13 des Drosselorgans nach einem gleichbleibenden oder sich verändernden Bezugssignal hervor. Ändert sich der Durchfluß bzw. die Dichte des Bohrmediumss so reicht es nicht aus, die Stellung des Kontaktstücks des Drosselorgans festzulegen, um einen Abweichungswert für den Druck auf beiden Seiten des Drosselorgans zu erhalten. Bei einer gegebenen Drosselstellung ändert sich der Druckabfall mit der Dichte und verhält sich proportional zum Quadrat des Durchflusses. Die in Figur 3 schematisch dargestellte Vorrichtung hebt diesen Nachteil auf und führt innerhalb eines bestimmten Durchflußbereiches dazu, eine Druckabweichung infolge der gleichbleibenden Drosselung zu erhalten und zwar unabhängig vom Durchfluß oder Veränderlicher gemäß einer Beziehung, die unabhängig vom Durchflußwert des Bohrmediums gilt.
Hierzu liefert ein Differenzdruckgeber 36, der über die Rohrleitung 38 mit dem oberen Druckteil und über die Rohrleitung 37 mit dem unteren Druckteil verbunden ist, ein elektrisches Signal, das den Wert der Druckabweichung vor und hinter dem Drosselorgan ausdrückt bzw. den Druckabfall angibt, der auf das Drosselorgan zurückzuführen iet.
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Das den Druckabfall darstellende Signal wird mit einem Bezugssignal verglichen, das von einem Kodierzusatz 59 in einem Fehlerdetektor/Verstärker 60 geliefert wird.
Der Abweichungswert der beiden Signale wird in Form eines elektrischen FeHersignals der Spule des Servoventils 50 über die Leiter 58 übertragen. Handelt es sich um ein gleichbleibendes Bezugssignal, so stellt sich der durch die Drosselung entstandene Druckabfall bei einem Verhältnis ein, das ausschließlich vom Wert des Bezugssignals abhängt, wobei dieses Verhältnis so gewählt ist, daß das Signal, das den Differenzbetrag zwischen den Druckwerten vor und hinter dem Drosselorgan ausdrückt, genau dem Bezugssignal entspricht.
Somit wurde eine Steuerung für die durch das Drosselorgan verursachte Druckdifferenz nach einem Bezugssignal erzielt, die unabhängig von den Viskositäts-, Dichte- oder Durchflußbedingungen des Bohrmediums arbeitet. Wird das Bezugssignal nach einer bestimmten Zeitfunktion verändert, die mit den Messungen der zu übertragenen Bohr-Parameter in Verbindung steht, so ergibt sich hierdurch gleichzeitig die Möglichkeit, nach der gleichen Zeitfunktion Druckänderungen bzw. Übertragungssignale in der Bohrflüssigkeitssäule zu erzielen. Dieses Verfahren ermöglicht insbesondere die Vornahme einer Drosselung mit veränderlicher Frequenz, die mit dem in der Schachtsohle zu messenden Parameter bei guter Informations-Übertragungskapazität in Verbindung steht.
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Claims (1)

  1. DtpUtncr. D5p!. oec-P«bt O 1 CJ A O C ->
    DIETRICH IPWiMSiCV ^ Ib UOJ
    PATEi1SrAKVvALT
    Münden 21 - GotiJiötdstr. 81 {$
    Telefon 561762
    10. Dezember 1971 6857
    Sooiete Nationale des Petroles d'Aquitaine, Tour Aquitaine
    Courbevoie (Frankreich)
    Patentansprüche :
    Hydraulisch betriebene Vorrichtung zur Übertragung von Schachtsohlen-Meßsignalen an die Oberflächen-Station und zwar in For» von Druckänderungen» die durch periodisch auftretende Drosselungen des Bohrflüssigkeitsstromes hervorgerufen werden» wobei Drosselorgane für den Bohrflüssigkeitsstrom und ein Drossel-Steuerorgan für diesen Durchlauf vorgesehen sind, das durch elektrische Signale betätigt wird, die von den Meßsignalen abhängen, wobei ferner ein Hydraulikkreis vorgesehen ist, über den das Steuerorgan die Drosselvorrichtungen für den Bohrflüssigkeitsstrom betätigt und eine Turbine, die durch die Bohrflüssigkeit angetrieben wird und eine Hydraulikpumpe auf der gleichen Welle montiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan für die periodisch auftretenden Drosselungen des Bohrflüssigkeitsstromes durch ein Servoventil (SO) gebildet wird, dessen Hydraulikfluß-Steuerdurchsatζ sich ständig in Stärke und Richtung proportional zur Stromstärke verhält, die seine Spule durchfließt.
    Hydraulisch betriebene Vorrichtung zur Übertragung von Schachtsohlen-Meßsignalen nach Anspruch i, bei der das Drosselorgan durch ein bewegliches Kontaktstück bzw. Verschlußstück (13) gebildet wird, das mit einer feststehenden Auflage zusammenarbeitet und fest mit einem Kolben eines doppeltwirkenden Hydraulikzylinders verbunden ist,dadurch gekennzeichnet,daß Anschläge vorgesehen sind,die den Hub des Kolbens (55,56) zwischen zwei Stellungen begrenzen, von denen die eine der Maximalen öffnung des Drosselorgans für den Durchfluß entspricht, der durch Be-
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    tätigung des Servoventil« (SO) über einen in dessen Spule ge- ^ leiteten Strom zustande kommt und einer hohen Bewegungsgeschwindigkeit des Kolbens entspricht» während die andere Stellung der Mindestöffnung des Drosselorgans für den Durchfluß entspricht, die sich bei Betätigung des Servoventils (50) durch Umkehr des elektrischen Stromes einstellt.
    Hydraulisch betriebene Vorrichtung nach Anspruch 1 mit Steuerschaltungen für ein Funktionemerkmal des Drosselorgans nach •inen elektrischen Signal, das sich nach einer vorher festgelegten Beziehung ändert, dadurch gekennzeichnet, daß diese Schaltungen einen Detektor für ein funktionsbezogenes Merkmal des Drosselorgans, einen von den Meßsignalen abhängigen Generator für elektrische Signale und einen Fehlerdetektor bzw. Konparator (60) aufweisen, der den Abweichungswert der beiden Signale ermittelt, und eine Differenzgröße liefert, wobei eine Spule zur Steuerung des Servoventils (SO) vorgesehen ist, der diese Differenzgröße übertragen wird.
    Hydraulisch betriebene Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Detektor für ein funktionsbezogenes Merkmal des Drosselorgans um einen Verschiebungsdetektor (33) handelt.
    Hydraulisch betriebene Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Detektor für ein funktionsbezogenes Merkmal des Drosselorgans um einen Differenzdruckgeber (36) handelt, der den Druckabfall vor und hinter dem Drosselorgan mißt.
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DE2161353A 1970-12-10 1971-12-10 Vorrichtung zur Übertragung von Meßwerten aus einem Bohrloch mittels der Bohrspülung Expired DE2161353C2 (de)

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