DE2224699A1 - Device for preventing inward seepage of liquids on seals for shaft drills - Google Patents
Device for preventing inward seepage of liquids on seals for shaft drillsInfo
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Description
DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KÖHLER DIPL-SNG. C. GERNHARDTDR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KÖHLER DIPL-SNG. C. GERNHARDT
19. Mai 1972May 19, 1972
W 41 078/72 Zi/SchW 41 078/72 Zi / Sch
MoMl Oil Corporation Uew York (Y.St.A.)MoMl Oil Corporation Uew York (Y.St.A.)
Einrichtung zur Verhinderung eines nach innen gerichteten Durchsickerns von Flüssigkeiten an Dichtungen für SehachtbohrerInward Leakage Prevention Device of liquids on seals for sight drills
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, mit welcher verhindert werden soll, daß eine Flüssigkeit an einer Dichtung in einem Gehäuse durchsickert und in das Innere des Gehäuses eindringt. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Werkzeug, das während der Bohrung eine Bohrlochmessung erlaubt und mit einer Einrichtung versehen ist, die verhindert, daß eine außerhalb des Werkzeuges befindliche Flüssigkeit an der Dichtung des Werkzeuges durchsickert und in das Werkzeug eindringt.The invention relates to a device with which to prevent a liquid from seeping through a seal in a housing and into the interior penetrates the housing. In particular, the invention relates to a tool that measures a borehole while drilling allowed and provided with a device that prevents an outside of the tool Liquid seeps through the tool's seal and enters the tool.
Es bestand schon.= lange der Wunsch nach einem System,, das in der Lage ist, die Parameter für das Vortreiben einesBohrloches und/oder die Eigenschaften der Erdforma-It already existed. = Long the desire for a system, that is capable of setting the parameters for driving a borehole and / or the properties of the earth forma-
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tionen zu messen und an die Oberfläche zu übertragen, während das Bohrloch bzw. der Schacht gerade gebohrt wird. Es wurden bereits mehrere derartige Systeme vorgeschlagen, die allgemein als Systeme bezeichnet werderi, die während der Bohrung eine Bohrlochmessung gestatten ("loggingwhile-drilling systems"). Eines der größeren Probleme bei den Systemen, die während der Bohrung eine Bohrlochmessung gestatten, liegt darin, daß eine Einrichtung gefunden werden muß, welche die Information des gewünschten Parameters an einer Stelle unten im Bohrloch mißt und an die Oberfläche bringt und dafür sorgt, daß die Information in einer verständlichen Form oben ankommt.measurements and transferring them to the surface while the borehole or shaft is being drilled. Several such systems have already been proposed which are commonly referred to as systems that allow a borehole to be measured while drilling ("loggingwhile drilling systems "). One of the major problems with the systems that log a borehole while drilling permit, is that a device must be found which the information of the desired parameter at one point down in the borehole and brings it to the surface and ensures that the information arrives at the top in an understandable form.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die gewünschte Information mit Hilfe eines Druckwellensignals zu messen, das im Schlammsystem erzeugt und durch das Schlammsystem übertragen wird, das normalerweise beim Drehbohren vorhanden ist. Das Druckwellens.ignal, das für einen bestimmten Parameter kennzeichnend ist, wird iin Schlamm in der Nähe der Bohrspitze durch eine Erzeugungseinrichtung oder ein entsprechendes Werkzeug erzeugt. Die Welle wandert dann im Bohrloch durch den Schlamm nach oben bis zu einem an der Oberfläche angeordneten Signaldetektor. Ein System das während der Bohrung eine Bohrlochmessung gestattet und die Technik der Fernmessung anwendet, ist in der JJS-Patentschrift 5 3o9 656 beschrieben.It has already been proposed to measure the desired information with the aid of a pressure wave signal which generated in the sludge system and transmitted through the sludge system that is normally present in rotary drilling. The pressure wave signal that corresponds to a given parameter is characteristic, iin mud in the vicinity of the drill bit by a generating device or equivalent Tool generated. The wave then travels up the borehole through the mud to one of the Surface arranged signal detector. A system that allows a borehole measurement while drilling and using the telemetry technique is disclosed in the JJS patent 5 3o9 656.
Derartige Systeme erfordern jedoch ein ein Signal erzeugendes Werkzeug, das direkt im fließenden Schlammsticom angeordnet sein muß. Da der Bohrschlamm normalerweise hocherosiv ist und in der Nähe des Werkzeuges unter großem Druck steht, greift der fließende Schlammstrom die verwundbaren Stellen des Werkzeuges leicht an. Es besteht daher die Gefahr, daß der Bohrschlamm in das Innere des Werkzeuges eintritt und auf den Betrieb des WerkzeugesSuch systems, however, require one to generate a signal Tool that must be placed directly in the flowing mud sticom. As the drilling mud normally is highly erosive and is under great pressure in the vicinity of the tool, the flowing stream of mud attacks the vulnerable Adjusting the tool easily. There is therefore a risk that the drilling mud into the interior of the Tool occurs and on the operation of the tool
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nachteilig einwirkt, wenn nicht Einrichtungen vorgesehen werden, die dieses verhindern. Die am meisten verwundbaren Stellen.der ein Signal erzeugenden Werkzeuge sind die Dichtungen, welche die verschiedenen Öffnungen ■ iin Gehäuse des Werkzeuges abdichten..Das in der US-Patentschrift 3 3o9 656 beschriebene Werkzeug zur Erzeugung eines Signals enthält ein von einem Motor betätigtes Drehventil in der Form einer Turbine, das periodisch einen Teil des Schlammstromes in Abhängigkeif einer im Bohrloch gemessenen Bedingung unterbricht, wodurch dem Schlammstrom eine kennzeichnende Druckwelle erteilt wird. Der Motor, ein kompliziertes Getriebe, und die erforderlichen elektronischen Einrichtungen sind in einem Schutzgehäuse untergebracht. Die Welle des Motors steht jedoch aus dem Gehäuse vor, um das Ventil anzutreiben, das im Schlammstrom angeordnet ist. Die Abdichtungseinrichtung um die sich drehende Welle ist direkt dem Druck und den erosiven Einwirkungen des Schlammes ausgesetzt. Wenn daher die Abdichtungseinrichtung bis zu dem Punkt verschlissen ist, in welchem der Schlamm an der Abdichtung durchsickern und in das Innere des Werkzeuges eindringen kann, kann das Werkzeug schwer beschädigt oder sogar vollkommen vernichtet werden. Die gleichen Voraussetzungen liegen in den Fällen vor, in denen eine auf dem Werkzeug angeordnete Turbine vom Schlammstrom angetrieben wird, um einen im Werkzeug angeordneten Generator in Umdrehung zu versetzen, der den für den Betrieb des Werkzeuges erforderlichen elektrischen Strom liefert.has a disadvantageous effect if devices are not provided to prevent this. The most vulnerable The tools that generate a signal are the Seals covering the various openings in the housing The tool for generating a signal described in US Pat. No. 3 3o9 656 contains a motor-operated rotary valve in the form of a turbine that periodically rotates part of the Mud flow interrupts depending on a condition measured in the borehole, whereby the mud flow a characteristic pressure wave is issued. The engine, a complicated gearbox, and the necessary electronics Facilities are housed in a protective housing. However, the shaft of the motor stands out from the housing to drive the valve located in the mud stream. The sealing device around the rotating Wave is directly exposed to the pressure and erosive effects of the mud. Therefore, when the sealing device is worn to the point where the sludge can seep through the seal and penetrate into the interior of the tool, the tool can badly damaged or even completely destroyed. The same conditions apply in the cases in which a turbine arranged on the tool is driven by the sludge flow, around one arranged in the tool To set generator in rotation, the electrical required for the operation of the tool Electricity supplies.
Die Erfindung schafft eine Einrichtung für ein während der Bohrung eine Bohrlochmessung erlaubendes Werkzeug, mit welcher die Drücke außerhalb und innerhalb des Werkzeugs ausgeglichen werden können und ein Durchsickern von Schlamm in das Gehäuse des Werkzeuges an den Dichtun-The invention provides a device for a during The drilling a borehole measurement allowing tool with which the pressures outside and inside the Tool can be compensated and a seepage of sludge into the housing of the tool at the sealing
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gen verhindert werden kann.gen can be prevented.
Das während der Bohrung eine Messung erlaubende Werkzeug, das zur Erläuterung der Erfindung verwendet wird, weist ein Gehäuse auf, das in drei Kammern unterteilt ist. Das Gehäuse kann in einer Schwerstange untergebracht werden, die mit dem Bohrgestänge in der Nähe der Bohrspitze verbunden ist. Der beim Bohren verwendete Schlamm fließt im Bohrgestänge nach unten, durch die Schwerstange und um das Werkzeuggehäuse, aus der Bohrspitze und zurück an die Oberfläche.The tool which allows a measurement during the drilling and is used to explain the invention, has a housing which is divided into three chambers. The housing can be placed in a drill collar, which is connected to the drill pipe near the drill bit. The mud used in drilling flows down the drill pipe, through the drill collar and around the tool housing, out of the drill bit and back to the Surface.
Der elektronische Teil des Werkzeuges ist in der Mittelkammer des Gehäuses dicht untergebracht. Ein Elektromotor, der zum Antreiben eines ein Signal erzeugenden Ventils verwendet wird, ist in der Kammer am oberen Ende des Gehäuses untergebracht. Die Welle des Motors tritt am oberen Ende der oberen Kammer aus und ist mit dem Rotor des turbinenartigen Ventils verbunden. Eine Dichtung umgibt die Welle an der Stelle, an der sie aus dem Gehäuse austritt, um zu verhindern, daß der Schlamm in die obere Kammer eindringt.The electronic part of the tool is tightly housed in the central chamber of the housing. An electric motor, that for driving a signal generating valve used is housed in the chamber at the top of the housing. The shaft of the motor occurs at the top End of the upper chamber and is connected to the rotor of the turbine-type valve. A seal surrounds the shaft where it emerges from the housing to prevent the sludge from entering the upper chamber penetrates.
Ein Generator zur Erzeugung von Strom für den Betrieb des Werkzeuges ist in der Kammer am unteren Ende des Gehäuses untergebracht. Eine Welle des Generators tritt ,aus dem unteren Ende der unteren Kammer aus und ist mit dem Rotor einer Turbine verbunden. Die Turbine wird durch den umlaufenden Schlammstrom angetrieben, so daß der Generator ebenfalls angetrieben wird. Eine Dichtung umgibt die Generatorwelle an der Stelle, an der sie aus dem Gehäuse austritt, um zu verhindern, daß der Schlamm in die untere Kammer eindringt.A generator to generate electricity to run the tool is located in the chamber at the bottom of the housing housed. A wave of the generator emerges from the lower end of the lower chamber and is connected to the Rotor connected to a turbine. The turbine is driven by the circulating sludge flow, so that the generator is also driven. A seal surrounds the generator shaft at the point where it emerges from the housing, to prevent the sludge from entering the lower chamber.
Die Erfindung schafft eine Einrichtung, mit welcherThe invention provides a device with which
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verhindert werden soll, daß der Schlamm an den vorstehend genannten Dichtungen in das Werkzeug eindringt. Die Erfindung besitzt ein druckempfindliches Element, das an den wichtigen Punkten des Werkzeuges vor der -Dichtung angeordnet ist, mit welcher das druckempfindliche Element zusammenarbeitet. Das druckempfindliche Element dichtet eine im Werkzeug vorgesehene öffnung ab, welche den Raum außerhalb des Werkzeuges mit der entprechenden Kammer im Innern des . Werkzeuges verbindet. Die oberen und unteren Kammern des Werkzeuges sind mit einer inkompressiblen Flüssigkeit, wie beispielsweise Schmieröl, gefüllt. Da der Druck des Schlammes auf die Außenfläche des druckempfindlichen Elementes aufgebracht wird und daher auch auf das Öl in der Kammer einwirkt, ist der Druck innerhalb der mit dem Öl in Berührung stehenden Dichtung im wesentlichen gleich dem, Druck, den der Schlamm auf die Außenfläche des druckempfindlichen Elementes ausübt.the aim is to prevent the sludge from penetrating the above-mentioned seals into the tool. The invention has a pressure sensitive element that is attached to the important points of the tool is arranged in front of the seal with which the pressure-sensitive element cooperates. The pressure-sensitive element seals an opening provided in the tool, which opens the space outside of the tool with the corresponding chamber inside the. Tool connects. The upper and lower chambers of the Tools are filled with an incompressible fluid such as lubricating oil. Since the pressure of the Sludge is applied to the outer surface of the pressure sensitive element and therefore also to the oil in the Chamber acts, the pressure within the seal in contact with the oil is essentially equal to that Pressure exerted by the slurry on the outer surface of the pressure sensitive element.
Aufgrund der Konstruktion des Werkzeuges muß der Schlamm durch Verengungen im Rotor des Ventils und durch Verengungen im Stator der Turbine hindurchlaufen, bevor er die Außenseiten der entsprechenden Abdichtungseinrichtungen der oberen und unteren Kammer erreicht. Aufgrund des Druckverlustes im Schlammstrom, der beim Durchfluß des Schlammes durch die Verengungen auftritt, ist der auf die Innenflächen der Abdichtungseinrichtungen einwirkende Öldruck, der gleich dem Schlammdruck vor den entsprechenden Verengungen ist, größer als der auf die Außenflächen der Abdichtungseinrichtungen einwirkende Schlammdruck nach den- entsprechenden Verengungen. Wenn die Abdichtungseinrichtungen bis zu dem Punkt verschlissen sind, bei welchem die Flüssigkeit oder der Schlamm an den Dichtungen durchsickert, tritt aufgrund des Druckunterschiedes an den Abdichtungseinrichtungen öl aus dem V/erkzeug aus und kein Schlamm in das Werkzeug ein. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen EinrichtungDue to the design of the tool, the sludge must pass through constrictions in the rotor of the valve and through Constrictions in the stator of the turbine run through it before the outsides of the corresponding sealing devices reached the upper and lower chambers. Due to the pressure loss in the sludge flow when the sludge flows through occurs through the constrictions, the oil pressure acting on the inner surfaces of the sealing devices is the is equal to the sludge pressure in front of the corresponding constrictions, greater than the sludge pressure acting on the outer surfaces of the sealing devices after the corresponding constrictions Constrictions. When the sealing devices are worn to the point where the liquid or the sludge seeping through the seals occurs due to the pressure difference on the sealing devices oil out of the tool and no sludge in the tool. With the help of the device according to the invention
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wird daher der Innenraum des Werkzeuges gegen schädigende Einwirkungen des erosiven Schlammes geschützt, wenn ein Verschleiß der Abdichtungseinrichtungen eintritt.the interior of the tool is therefore protected against the damaging effects of the erosive sludge if a Wear of the sealing devices occurs.
Ein Ausführungsbeispiel, die Arbeitsweise und die Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung werden im Nachstehenden anhand· von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:An embodiment, the mode of operation and the advantages of the device according to the invention are described below explained in more detail with reference to drawings. In the drawings show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Drehbohrvorrichtung mit einem in ein Bohrloch abgesenkten Bohrgestänge mit der erfindungsgemäßen Einrichtung1 shows a schematic representation of a rotary drilling device with one lowered into a borehole Drill rods with the device according to the invention
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch einenFig. 2 is a schematic cross section through a
Teil des in Fig. 1 dargestellten Bohrgestänges mit einem während der Bohrung eine Messung erlaubenden Werkzeug mit der erfindungsgemäßen EinrichtungPart of the drill rod shown in Fig. 1 with a measurement allowing a measurement during drilling Tool with the device according to the invention
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des oberen Teiles der Fig. 2FIG. 3 shows an enlarged illustration of the upper part of FIG. 2
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des unteren Teiles der Fig. 2 undFIG. 4 shows an enlarged illustration of the lower part of FIGS. 2 and
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung einer Abwandlungsform der im oberen Abschnitt der Fig. 2 dargestellten Einrichtung.FIG. 5 shows an enlarged illustration of a modification of that shown in the upper section of FIG. 2 Furnishings.
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen. In Fig. 1 wird die Erfindung anhand eines Systems erläutert, das während der Bohrung eine Bohrlochmessung gestattet und in eine Drehbohrvorrichtung eingebaut ist. Ein Bohrturm 21 ist über einem Bohrloch bzw. Schacht 22 angeordnet, der durch Drehbohren im Erdreich 23 ausgebildet wurde. EinReference is now made to the drawings. In Fig. 1, the invention is explained using a system, which allows a borehole measurement during drilling and is built into a rotary drilling device. A derrick 21 is arranged above a borehole or shaft 22 which was formed in the ground 23 by rotary drilling. A
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Bohrgestänge 24 befindet sich im Schacht 22. Das Bohrgestänge 24 weist an seinem unteren Ende eine Bohrspitze 27 und an seinem oberen Ende eine Mitnehmerstange 28 auf. Ein Drehtisch 29 arbeitet mit der Mitnehmerstange 28 zusammen, um das Bohrgestänge 24 und die Bohrspitze 27 zu drehen. Ein Drehzapfen 33 ist am oberen Ende der Mitnehmerstange 28 befestigt, die. an einem Haken 32 aufgehängt ist, der mit einem nicht dargestellten Laufblock verbunden ist. Diese Anordnung hält nicht nur das Bohrgestänge 24 im Schacht 22 in Betriebsstellung, sondern stellt auch gleichzeitig eine Drehverbindung zwischen dem Bohrgestänge 24 und der Quelle der umlaufenden Bohrflüssigkeit, d.h. dem Bohrschlamm her, Mit dem Ausdruck Schlamm werden im Nachstehenden Flüssigkeiten bezeichnet, die normalerweise beim Drehbohren verwendet werden*Drill rod 24 is located in shaft 22. The drill rod 24 has a drill bit 27 at its lower end and a driver rod 28 at its upper end. A turntable 29 cooperates with the driver rod 28 in order to close the drill rod 24 and the drill bit 27 turn. A pivot 33 is attached to the upper end of the drive rod 28, the. suspended on a hook 32 which is connected to a barrel block, not shown. This arrangement not only holds the drill pipe in place 24 in the shaft 22 in the operating position, but also provides a rotary connection between the drill rods 24 and the source of the circulating drilling fluid, i.e. the drilling mud, with the term mud are referred to below as fluids that are normally used in rotary drilling *
Die Pumpe 36 fördert den Bohrschlamm von einer Grube 34 über einen Dämpfer 37 in eine Schlammleitung 38. Der Dämpfer 37 vermindert die pulsierende Wirkung der Pumpe 36, wie dies allgemein bekannt ist. Der Schlamm fließt durch die Schlammleitung 38, den biegsamen Schlauch 39» den Schwenkzapfen 33» das Bohrgestänge 24 und tritt durch nicht dargestellte Öffnungen in der Bohrspitze 27 hin-idurch, um nach außen in den Schacht 22 auszutreten* Der Schlamm fließt dann nach oben durch den Ringraum zwischen dem Schacht und dem Bohrgestänge 24 an die Oberfläche des Erdreiches 23 und nimmt, hierbei das abgeschrämte Erd*- reich mit. An der Oberfläche ist ein Schachtkopf 41-an einem Gehäuse 39 befestigt, das in den Schacht 22 einzementiert ist. Eine leitung 42 ist mit dem Gehäuse 39 verbunden, um den Schlamm in die Grube 34 zurückzuführen.The pump 36 conveys the drilling mud from a pit 34 via a damper 37 into a mud line 38. The damper 37 reduces the pulsating effect of the pump 36, as is generally known. The mud flows through the mud line 38, the flexible tube 39 'of the pivot pin 33' the drill pipe 24 and passes through not illustrated openings in the drill bit 27 back i through to emerge outwardly in the slot 22 * The mud then flows upwardly through the annular space between the shaft and the drill pipe 24 to the surface of the soil 23 and takes the cut-off soil with it. On the surface, a shaft head 41 is attached to a housing 39 which is cemented into the shaft 22. A line 42 is connected to the housing 39 to return the sludge to the pit 34.
Wie in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellt ist, ist eine Einrichtung oder ein Werkzeug 46 zum Messen und Erzeugen von Signalen in einer Schwerstange 46 unter-As shown schematically in Figures 1 and 2, there is a device or tool 46 for measuring and generating signals in a drill collar 46 below
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gebracht, die einen Teil des unteren Endes des Bohrgestänges 24 in der Nähe der Bohrspitze 27 darstellt. Das Werkzeug 46 hat vorzugsweise den allgemeinen Aufbau, der in der US-Patentschrift 3 3o9 656 beschrieben worden ist. Obgleich die Einzelheiten der Elektronik des Werkzeuges nicht Bestandteil dieser Erfindung sind, erscheint eine kurze Beschreibung der gesamten Einrichtung 46 zweckmäßig, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern.brought, which represents a part of the lower end of the drill string 24 in the vicinity of the drill bit 27. The tool 46 is preferably of the general structure described in U.S. Patent 3,309,656. Although the details of the electronics of the tool do not form part of this invention, one appears Brief description of the entire device 46 is useful to facilitate understanding of the invention.
Eine schematisch dargestellte Energieumwandlungseinrichtung 47 (Pig. ·2) tastet eine Bedingung im Bohrloch ab und wandelt sie in ein entsprechendes elektrisches Signal um. Die Energieumwandlungseinrichtung kann beispielsweise ein Dehnungsmesser sein, welcher das auf die Bohrspitze 27 ausgeübte Gewicht abtastet. Das elektrische Signal steuert eine Schaltung, die in einer Kammer 48 des Werkzeuges 46 dicht untergebracht ist. Die Schaltung läßt Strom von einer Stromquelle, wie einem Generator 49, zu einem Elektromotor 5o fließen, der mit unterschiedlicher Geschwindigkeit antreibbar ist und dessen Geschwindigkeit durch den Wert des elektrischen Signals bestimmt wird. Der Motor 5o ist über ein Getriebe 53 mit einem Drehventil 52 verbunden, so daß sich das Drehventil 52 mit einer festgesetzten Geschwindigkeit dreht, die durch die Geschwindigkeit des Motors 5o bestimmt wird. Das Drehventil 52, das einen Stator 54 und einen Rotor 55 aufweist, unterbricht den Schlammstrom in der Weise, daß ein Druckwellensignal, das für· die abgetastete Bedingung kennzeichnend ist, im Schlamm erzeugt wird. Dieses Signal wandert dann durch den Schlamm im Bohrgestänge 24 nach oben (Mg. 1) und wird an der Oberfläche durch eine Abtasteinrichtung 3o angezeigt. Die Abtasteinrichtung 3o ist mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 31 verbunden. Eine Turbine 57 mit einem Stator 58 und einem Rotor 59 wird verwendet, um den Generator 49 anzutreiben.An energy conversion device 47 (Pig. X 2), shown schematically, senses a condition in the borehole and converts it into a corresponding electrical signal. The energy conversion device can, for example be a strain gauge which senses the weight exerted on the drill bit 27. The electrical signal controls a circuit which is housed in a chamber 48 of the tool 46 in a sealed manner. The circuit lets current from one Power source, such as a generator 49, flow to an electric motor 5o, which at different speeds can be driven and its speed is determined by the value of the electrical signal. The engine 5o is connected via a gear 53 with a rotary valve 52, so that the rotary valve 52 with a fixed Rotates speed, which is determined by the speed of the motor 5o. The rotary valve 52, which is a stator 54 and a rotor 55, interrupts the flow of sludge in such a way that a pressure wave signal, the is characteristic of the sensed condition is generated in the mud. This signal then travels through the Mud in the drill pipe 24 upwards (Mg. 1) and is displayed on the surface by a scanner 3o. The scanning device 3o is connected to a signal processing device 31. A turbine 57 with a Stator 58 and a rotor 59 are used to drive generator 49.
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_ ο —_ ο -
Bei dem vorstehend "beschriebenen System wird das Werkzeug 46 zur Erzeugung des Signals ständig dem fließenden Schlamm ausgesetzt, der im Inneren des Bohrgestänges 24 nach unten, durch das Ventil 52, durch den Ringraum 7o zwischen der Einrichtung 46 und der Schiverstange 26 hindurch und aus der Turbine 57 hinaus. Der Schlamm, der normalerweise hocherosiv ist und unter hohem Druck steht, greift die verletzbaren Stellen im Werkzeug 46 leicht an. · Die am meisten verletzbaren Stellen sind die Dichtungen 6o und 61, welche die sich drehende Welle 51 des Ventils 52 bzw. die sich drehende Welle 56 der Turbine 57 umgeben. Wenn diese Dichtungen durch Erosion angefressen werden, dringt der Schlamm in das Innere des Werkzeuges 46 ein, wo er rasch die inneren Teile, wie beispielsweise Lager, Zahnräder und dergl. des Werkzeuges zerstört. Die Erfindung verhindert derartige Schaden.In the system described above, the tool 46 for generating the signal is continuously exposed to the flowing mud flowing down inside the drill pipe 24, through the valve 52, through the annulus 7o between the device 46 and the Schiver rod 26 and out of the Turbine 57. The sludge , which is normally highly erosive and under high pressure, easily attacks the vulnerable areas in the tool 46. The most vulnerable areas are the seals 6o and 61, which the rotating shaft 51 of the valve 52 and 52, respectively surround the rotating shaft 56 of the turbine 57. If these seals are eroded, the sludge will penetrate the interior of the tool 46, where it will quickly destroy the internal parts such as bearings, gears and the like of the tool Invention prevents such damage.
Gemäß der Erfindung werden die Kammern 62 und.63 des Werkzeuges 46, in denen die Wellen 51 und 56 gelagert sind, mit einer inkompressiblen Flüssigkeit, wie beispielsweise. Schmieröl, angefüllt. Druckempfindliche Einrichtungen 64 und 65 sind an den wichtigen Punkten des Werkzeuges 46 vorgesehen, so daß der Druck in einer mit Öl angefüllten Kammer an der Dichtung größer ist als der Druck des außerhalb der Kammer fließenden Schlammes an der Dichtung. Es wird nun zum besseren Verständnis der Erfindung auf die Figuren 3 und 4 Bezug genommen.According to the invention, the chambers 62 and 63 des Tool 46, in which the shafts 51 and 56 are mounted, with an incompressible fluid, such as. Lubricating oil, filled. Pressure sensitive devices 64 and 65 are at the important points of the Tool 46 is provided so that the pressure in an oil-filled chamber at the seal is greater than that Pressure of the sludge flowing outside the chamber at the Poetry. Reference is now made to FIGS. 3 and 4 for a better understanding of the invention.
Fig. 3 zeigt den oberen Teil des Werkzeuges 46 mit dem oberen Ende der Kammer 62, der sich drehenden Welle 51, der Abdichteinrichtung 6o und der druckempfindlichen Einrichtung 64. Ein Gehäuse 46a ist im Inneren der Schwerstange 26 angeordnet und befestigt. Der Stator 54 des Ventils 52 auf dem Gehäuse 46a ist mit Hilfe von Befesti- . gungsschrauben 54a oder ähnlichem gegen Drehung gesichert.Fig. 3 shows the upper part of the tool 46 with the upper end of the chamber 62, the rotating shaft 51, the sealing device 6o and the pressure sensitive device 64. A housing 46a is inside the drill collar 26 arranged and fastened. The stator 54 of the valve 52 on the housing 46a is by means of fastening. movement screws 54a or the like secured against rotation.
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Der Stator 54 hat eine Vielzahl von Längsschlitzen, die in Fig. 3 nicht dargestellt sind. Die Welle 51 ist im Gehäuse 46a mit Hilfe von Lagern 71 gelagert. Der Rotor 55 weist Längsschlitze 55a auf und ist mit der Welle 51 mittels einer konischen Büchse 72, eines Keiles 73 und einer Schraube 74 verbunden. Die druckempfindliche Einrichtung 64 weist einen biegsamen faltenbalg aus einem geeigneten Material, wie Acrylnitrilkautschuk, auf. Die druckempfindliche Einrichtung 64 ist an einem aufrecht stehenden Plansch 75 des Rotors 55 befestigt und dreht sich zusammen mit dem Rotor.The stator 54 has a plurality of longitudinal slots, which are not shown in FIG. 3. The shaft 51 is in the housing 46a stored with the aid of bearings 71. The rotor 55 has longitudinal slots 55 a and is connected to the shaft 51 by means of a conical sleeve 72, a wedge 73 and a screw 74 connected. The pressure sensitive device 64 has a flexible bellows made of a suitable material such as acrylonitrile rubber. The pressure sensitive device 64 is attached to an upright flange 75 of the rotor 55 and rotates together with the rotor.
Ein ringförmiger Dichtblock 6oa aus einem geeigneten Material, wie Wolframkarbid, sitzt mit Preßsitz oder in anderer V/eise i,n einer Ausdrehung 76 des Rotors 55. Der drehförmige Dichtblock. 6oa arbeitet mit einem ringförmigen Dichtblock 6ob zusammen, der in einer Ausnehmung 77 des Gehäuses 46a gleitend geführt ist. Eine in einem Federkorb 79 untergebrachte· Feder 78 spannt den Dichtblock 6ob nach außen vor und drückt ihn gegen den DichtblQck 6oa, so daß die Dichtfläche der Abdichteinrichtung.6o entsteht. Der Innendurchmesser der Dichtblöcke 6oa und 6ob sowie des Federkorbes 79 sind alle größer als der Durchmesser der Welle 51 j so daß ein Kanal 8o zwischen den vorstehend genannten Elementen und der Welle 51 entsteht. Kanäle 81 im Rotor 55 verbinden den Innenraum des Faltenbalges 64 über den Kanal 8o mit der Kammer 62. Der Innenraum des Faltenbalges 64 kann auch auf die in Fig. 5 dargestellte Weise mit der Kammer 62 verbunden sein. In der Welle 51a ist ein Kanal 81a vorgesehen, dessen eines Ende in den Innenraum des Faltenbalges 64 und dessen anderes Ende in die Kammer 62 endet.An annular sealing block 6oa made of a suitable material, such as tungsten carbide, is seated with a press fit or in some other way in a recess 76 of the rotor 55. The rotary sealing block. 6oa cooperates with an annular sealing block 6ob which is slidably guided in a recess 77 of the housing 46a. A spring 78 accommodated in a spring cage 79 biases the sealing block 6ob outwards and presses it against the sealing block 6oa, so that the sealing surface of the sealing device.6o is created. The inner diameter of the sealing blocks 6oa and 6ob and of the spring cage 79 are all larger than the diameter of the shaft 51j so that a channel 8o is created between the aforementioned elements and the shaft 51. Channels 81 in the rotor 55 connect the interior of the bellows 64 to the chamber 62 via the channel 8o. The interior of the bellows 64 can also be connected to the chamber 62 in the manner shown in FIG. A channel 81a is provided in the shaft 51a, one end of which ends in the interior of the bellows 64 and the other end of which ends in the chamber 62.
Im Nachstehenden wird die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Abschnittes der Erfindung beschrieben. Die Kammer 62 wird mit einer inkompressiblen FlüssigkeitThe operation of the above-described portion of the invention will now be described. The chamber 62 is filled with an incompressible liquid
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wie "beispielsweise Schmieröl oder ähnlichem, durch die Öffnung 82 (Fig. 2) gefüllt, wobei der Stopfen 83 von der Entlüftungsleitung.84 im Faltenbalg 64 (Fig. 3) entfernt ist. Das Schmieröl dient vorzugsweise auch- zum Schmieren der Lager, Zahnräder, Dichtungen usw. sowie als Wärmeübertragungsmedium für verschiedene Elemente. Wenn die Kammer 62 und der Faltenbalg 64 voll sind, werden die Öffnung 82 und die Luftleitung 84 geschlossen". Eine Schutzkappe 85 mit Öffnungen 86 ist mit Hilfe von Schrauben 87 über dem Faltenbalg 64 befestigt. Wenn das Werkzeug 46 zur Erzeugung des Signals in seiner Betriebsstellung ist, fließt der Bohrschlamm nach unten durch das Bohrgestänge 24» durch die Schwerstange 26 und um das-Gehäuse 46a. Der Schlamm tritt durch die Öffnungen 86 in der Schutzkappe hindurch und übt einen Druck P-j auf die Außenfläche des Faltenbalges 64 aus. Durch die Schlammsäule, d.h. durch das Gewicht des Schlammes, erreicht der Druck P^ einen wesentlichen Wert. Da der Faltenbalg und die Kammer 62 mit Öl angefüllt sind, erreicht der Druck Pp innerhalb der Abdichtungseinribhtung 6o annähernd den Druck P^, wodurch die Drücke über dem Werkzeug im Gleichgewicht stehen. Wenn der Schlamm weiter nach unten fließt, tritt er durch die Schlitze 55a d'es Rotors 55 hindurch, was zu einem Druckverlust im Schlamm über die sen Punkten führt. Der Druck Ρ·*, der außen an der Abdichtungseinrichtung 6o herrscht, wird daher geringer sein als der Druck P1, der innen an der Abdichtungseinrichtung 6o herrscht. Dieser Druckunterschied bewirkt, daß bei.Auftreten irgendeines Lecke an der Abdichtung 6o das Öl nach außen in den 'Schlamm und nicht der Schlamm in das Innere der Einrichtung 46a fließt.such as "for example lubricating oil or the like, filled through the opening 82 (FIG. 2), the plug 83 being removed from the vent line 84 in the bellows 64 (FIG. 3). The lubricating oil is preferably also used to lubricate the bearings, gears , Seals, etc. as well as heat transfer medium for various elements. When the chamber 62 and bellows 64 are full, the opening 82 and the air duct 84 are closed ". A protective cap 85 with openings 86 is fastened over the bellows 64 with the aid of screws 87. When the signal generating tool 46 is in its operative position, the drilling mud flows down through the drill pipe 24 'through the drill collar 26 and around the housing 46a. The sludge passes through the openings 86 in the protective cap and exerts a pressure Pj on the outer surface of the bellows 64. Due to the sludge column, ie due to the weight of the sludge, the pressure P ^ reaches a substantial value. Since the bellows and the chamber 62 are filled with oil, the pressure Pp within the sealing device 6o approximately reaches the pressure P ^, as a result of which the pressures above the tool are in equilibrium. As the mud continues to flow down, it passes through the slots 55a d'es rotor 55, resulting in a loss of pressure in the mud above these points. The pressure Ρ · * that prevails on the outside of the sealing device 6o will therefore be lower than the pressure P 1 that prevails on the inside of the sealing device 6o. This pressure differential causes the oil to flow outwardly into the sludge, rather than the sludge into the interior of the device 46a, if any leakage occurs at the seal 6o.
Fig. 4 zeigt eine leichte Abwandlungsform der Erfindung, die im unteren Teil des Werkzeuges 46 Anwendung4 shows a slight modification of the invention which is used in the lower part of the tool 46
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findet. Dae Gehäuse 46a ist in der Schwerstange 26 mittels eines Drehkreuzes 9o befestigt, das Längsschlitze 9oa aufweist. Die sich drehende Welle 56 ist im Gehäuse 46a mit Hilfe von Lagern 92 und einer Distanzbüchse 93 gelagert. Der Rotor.59 der Turbine 57 ist mit der Welle 56 mittels eines Keiles 94, einer Schraube 94a, einer Kappe 95 und ei-. ner Schraube 96 fest verbunden, während der Stator 58 der Turbine 57 am Gehäuse 46a mittels Schrauben 97 befestigt ist. Ein Abdichtungsblock 61a aus geeignetem Material wie Wolframkarbid ist am Rotor 59 verbolzt oder mit ihm in anderer Weise verbunden, so daß der Abdichtungsblock 61a mit dem Rotor 59 umläuft. Ein gleitender Abdichtungsblock 61b aus geeignetem Material, wie Graphit, ist in einer Ausdrehung 98 im Gehäuse 46a gleitbar gelagert. Der gleitende Abdichtungsblock 61b wird nach außen durch eine Feder 99 vorgespannt und gegen den Abdichtungsblock 61a gedrückt, so daß die Dichtfläche der Abdichtungseinrichtung 61 entsteht . ·. ,·'■■' finds. The housing 46a is in the drill collar 26 by means of a turnstile 9o attached, which has longitudinal slots 9oa. The rotating shaft 56 is supported in the housing 46a with the aid of bearings 92 and a spacer sleeve 93. The rotor.59 of the turbine 57 is connected to the shaft 56 by means of a wedge 94, a screw 94a, a cap 95 and egg. ner screw 96 firmly connected, while the stator 58 of the turbine 57 is fastened to the housing 46a by means of screws 97. A sealing block 61a made of a suitable material such as tungsten carbide is bolted to the rotor 59 or otherwise connected to it, so that the sealing block 61a with the rotor 59 rotates. A sliding seal block 61b made of a suitable material such as graphite is in a recess 98 slidably mounted in housing 46a. The sliding seal block 61b is opened to the outside by a spring 99 biased and pressed against the sealing block 61a, so that the sealing surface of the sealing device 61 is formed. ·. , · '■■'
Das Gehäuse 46a hat in seiner Außenwand eine Ausnehmung 1oo, die über Durchtrittsöffnungen 1o1 mit dem Innenraum der Kammer 63 in Verbindung steht. Die Zwischenräume zwischen der Distanzbüchse 93 und dem Gehäuse 46a und der Welle 56, die Durchtrittsöffnungen 1o2.in der Distanzbüchse 93, die Zwischenräume in den Lagern 92 und der Zwischenraum zwischen dem Federkorb 1o3 und der Welle 96 bilden einen Kanal von der Ausnehmung loo bis zur Innenseite der Abdichtungseinrichtung 61. Eine biegsame Membrane 65 ist in der Ausnehmung 1oo in der Weise befestigt, daß sie über den Durchtrittsöffnungen 1oT liegt und die Durchtrittsöffnungen 1o1 gegen den Raum außerhalb des Werkzeuges 46 abdichtet.The housing 46a has a recess 1oo in its outer wall, which is connected to the interior via passage openings 1o1 the chamber 63 is in communication. The spaces between the spacer sleeve 93 and the housing 46a and the Shaft 56, the passage openings 1o2.in the spacer sleeve 93, the spaces in the bearings 92 and the space between the spring cage 1o3 and the shaft 96 form a channel from the recess 10o to the inside the sealing device 61. A flexible membrane 65 is fixed in the recess 1oo in such a way that it above the passage openings 1oT and the passage openings 1o1 seals off from the space outside the tool 46.
Im Nachstehenden wird die Wirkungsweise des unterenThe following is the operation of the lower
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Abschnittes der erfindungsgemäßen Einrichtung näher erläutert ► Die Kammer 65 wird durch die Öffnung 1o7 mit Schmieröl oder ähnlichem angefüllt. V/enn das Werkzeug 46 zur,Erzeugung des Signals in seiner Betriebsstellung ist, fließt der Bohrschlamm nach unten durch das Bohrgestänge 24, durch die Schwerstange 26 und um das Gehäuse 46a herum. Der Schlamm tritt in die Ausnehmung I00 ein und übt auf die Membrane 65 einen Druck p.. Da eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Innenseite der Membrane 65 und der Innenseite der Abdichtungseinrichtung 61 besteht und die Kammer 63 mit einem inkompressiblen öl angefüllt is.t, wird der Druck P^ auf der Innenseite der Abdichtungse'inrichtung 61 im wesentlichen gleich dem Druck P, sein. Der nach unten fließende Schlamm tritt durch die Schlitze 9oa des Drehkreuzes 9o und durch die nicht dargestellten Schlitze des Stators 58 hindurch. Hierdurch entsteht ein Druckverlust im Schlammstrom über diesen Punkten» Der Druck Pg, der an der Außenseite der Abdichtungseinrichtung 61 herrscht, ist daher geringer als der Druck Pc, der an der Innenseite der Abdichtungseinrichtung 61 vorliegt. Dieser Druckunterschied bewirkt, daß bei Auftreten irgendeines Lecks an der Abdichtungseinrichtung 61 das öl nach außen in den Schlamm und nicht der Schlamm in das Innere der Einrichtung 46 fließt.Section of the device according to the invention explained in more detail ► Chamber 65 is opened through opening 1o7 with Filled with lubricating oil or the like. When the tool 46 for generating the signal is in its operating position, the drilling mud flows down through the drill pipe 24, through the drill collar 26, and around the housing 46a. The sludge enters the recess 100 and exerts a pressure p .. Da on the membrane 65, a fluid connection exists between the inside of the membrane 65 and the inside of the sealing device 61 and the chamber 63 is filled with an incompressible oil is.t, the pressure is P ^ on the inside of the sealing device 61 be substantially equal to the pressure P i. The downward flowing mud passes through the slits 9oa of the turnstile 9o and through the not shown slots of the stator 58. This creates a pressure drop in the sludge flow above these points »The Pressure Pg on the outside of the sealing device 61 prevails, is therefore lower than the pressure Pc, which is present on the inside of the sealing device 61. This pressure difference causes when any leak at the sealing device 61 the oil flows outward into the mud and not the mud into the interior of the device 46.
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Claims (9)
aufweist, aus welcher eine^Welle vorsteht, die von einer Dichtung umgeben ist, gekennzeichnet durch Einrichtungen (64»' 65), mit welchen auf die Dichtung (6o, 61) von der
Innenseite1' des mit einer inkompressiblen Flüssigkeit angefüllten Gehäuses her ein größerer Druck aufbringbar ist
als von der Außenseite des Gehäuses (46a) her.1. A device for introducing into a fluid stream, in particular into a drilling mud flowing in a borehole, with a housing which has an inner chamber
has, from which a ^ shaft protrudes, which is surrounded by a seal, characterized by means (64 »'65), with which on the seal (6o, 61) from the
Inside 1 'of the housing filled with an incompressible liquid, a greater pressure can be applied
than from the outside of the housing (46a).
größeren Druckes auf der Innenseite der Dichtung (6o, 61) ein druckempf indli ches· Element stromauf der Dichtung
(6o, 61) aufweisen und daß die Außenseite des druckempfindlichen Elementes'-'dem Flüssigkeitsstrom ausgesetzt ist und die Innenseite des druckempfindlichen Elementes mit
der Innenseite der Dichtung (6o, 61) verbunden ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the devices (64, 65) for applying the
greater pressure on the inside of the seal (6o, 61), a pressure-sensitive element upstream of the seal
(6o, 61) and that the outside of the pressure-sensitive element '-' is exposed to the flow of liquid and the inside of the pressure-sensitive element with it
the inside of the seal (6o, 61) is connected.
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