DE2520753A1

DE2520753A1 - Fernmeldegeraet

Info

Publication number: DE2520753A1
Application number: DE19752520753
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Teleco Inc
Current assignee: Teleco Inc
Priority date: 1974-05-10
Filing date: 1975-05-09
Publication date: 1975-11-20
Also published as: FR2270437B3; US3958217A; FR2270437A1; CA1015442A

Description

Pa.i3ntanwä!ta Dipl. Ing. H. Hauck Dipl. Phys. W. Schmitz 2520753

Dipl. Ing. E. Graalfs Dipl. Ing. W. Wehnert Dipl. Phys. W. Carstens 8 München 2 Mozartstr. 23

Societe dite;TELECO INC.

Smith Street Middletown, Connecticut,USA

München, 9. Mai 1975

Aktenzeichen M-3482

Pernineldegerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fernmeldegerät zur Datenübermittlung vom Bohrlochtiefsten nach über Tage, und insbesondere auf ein Pernmeldegerät zur Übermittlung von im Bohrloch gemessenen Daten nach über Tage mit Hilfe von Druckimpulsen, die in einem im Bohrgestänge umgewälzten Spültrüben-Strom erzeugt werden.

Es ist bekannt, daß Bohrloch-Meßsysteme, bei denen die im Bohrloch ermittelten Informationen aufgrund einer Fernmeldung mit Hilfe von Druckimpulsen in der Spültrübe nach über Tage übermittelt werden, in vorteilhafter und wirksamer Weise arbeiten. Bei derartigen Systemen zur Pernmeldung mit Hilfe von Druckimpulsen in der Spültrübe ist der Bohrer an der Oberfläche mit einer Dekodiereinrichtung versehen, die verschiedenartige Informationen

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von der Bohrlochsohle rasch entschlüsselt, vor allem Informationen über die Lage und Richtung des Bohrgestänges am Bohrlochtiefsten.

Wegen der enormen Investitionskosten für bereits existierende Bohrgestänge und Anschlußmuffen sollte ein Bohrlochfernmeldesystem mit bereits vorhandenen Bohreinrichtungen kompatibel sein und, wenn überhaupt, nur geringe Änderungen am Bohrgestänge und den Anschlußmuffen erfordern. Es ist bekannt, daß eine Fernmeldung mit Hilfe von Druckimpulsen in der Spültrübe diese Forderung erfüllt, da hierdurch keine elektrischen Leiter, die nach über Tage führen, oder andere Einrichtungen benötigt werden, die Änderungen an bereits vorhandenen Ausrüstungsgegenständen erforderlich machen, und ein sehr rasches Übermittlungsglied nach über Tage gebildet wird, da die Druckimpulse die Spültrübe mit Schallgeschwindigkeit durchlaufen. Bei Fernmeldesystemen, die mit Spültrüben-Impulsen arbeiten, besteht das Fernmeldegerät üblicherweise aus einem Ventil, das den Spültrüben-Strom im Bohrlochgestänge intermittierend drosselt und In der Nähe der Bohrschneide angeordnet ist. Zum Absenken des Fernmeldegerätes kann ein in der Bohrlochanschlußmuffe angeordneter Draht dienen, jedoch ist das Fernmeldegerät zumeist ein einstückiges Bauteil einer speziellen Anschlußmuffe, die in das Bohrlochgestänge in

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der Nähe der Bohrschneide eingefügt ist. Derartige Fernmeldesysteme, die mit Spültrüb en- Impuls en arbeiten, sind beispielsweise in den US-PSn 2 677 790, 2 901 685,

2 973 505, 2 964 116, 3 309 656, 3 065 416, 3 693 428,

3 737 843, 3 764 970, 3 764 969, 3 764 968 und 3 770 006 beschrieben.

V/ährend des normalen Bohrvorgangs wird ständig eine bestimmte Spültrübenmenge im Bohrlochgestänge von der Oberfläche des Bohrlochs zur Bohrschneide an der Bohrlochsohle umgewälzt. Die Arbeitsweise einer Fernmeldung mit Spültrüben-Impulsen besteht darin, den Spültrüben-Strom beim Durchgang durch ein im Bereich der Bohrlochsohle angeordnetes Fernmeldeventil intermittierend zu drosseln, um dadurch im Spültrüben-Strom Druckimpulse zu erzeugen, die sich mit Schallgeschwindigkeit durch die Spültrübe nach über Tage fortpflanzen. Die an der Bohrlochsohle ermittelten, nach über Tage zu meldenden Daten dienen zur intermittierenden Betätigung des den Spültrüben-Strom drosselnden Ventils, so daß eine Datenübermittlung in Form von Impulsen oder Digitalsignalen erfolgt, wobei die Impulse an der Oberfläche empfangen und in elektrische oder andere Signale umgewandelt werden, die anschließend dekodiert und in lesbare Form gebracht werden.

Bei öl- und Erdgasbohrungen strömt die Spültrübe üblicher-

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weise in Mengen zwischen 1200 und 3800 l/min durch das Innere des Bohrgestänges. Das mit Druckimpulsen in der Spültrübe arbeitende Fernmeldegerät muß diesen Mengenstrom teilweise drosseln und benötigt zu seiner Steuerung daher größere Energiemengen. Außerdem muß das Fernmeldeventil zur Erzeugung eines Druckimpulses rasch ansprechen, und die intermittierende Mengenstromdrosselung muß ausreichen, einen Druckanstieg zu erzeugen, der auch unter Berücksichtigung der beim Durchlaufen der Spültrübe bis zum oberen Bohrlochende bewirkten Dämpfung noch an der Oberfläche zu empfangen ist. Infolge dieser üblicherweise hohen Durchflußmengen der Spültrübe werden zur Betätigung des Fernmeldeventils in der zur Erzeugung der erwünschten Druckimpulse erforderlichen Weise beträchtliche Stellkräfte und -leistungen benötigt.

Ein an der Bohrlochsohle angeordnetes Fernmeldegerät, das den Fernmelde-Ventilkörper zwangsweise entgegen dem Spültrüben-Strom zu verstellen vermag, muß mit einer für die erforderliche Leistung ausreichend großen Kraftquelle versehen sein. Es ist bekannt, diese Kraftquelle als vom Spültrüben-Strom angetriebene Turbine auszubilden, die einen elektrischen Generator oder eine andere Einrichtung zur Betätigung des impulsgebenden Fernmeldeventils betreibt. Dies ist jedoch einerseits wegen des hohen Energieverbrauchs und andererseits wegen konstruktiver

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Schwierigkeiten nachteilig, die sich daraus ergehen, daß sie h das gesamte Fernmeldesystem innerhalb der verhältnismäßig geringen Innenweite des Bohrlochgestänges verpacken lassen muß, damit es mit bereits vorhandenen Bohrausrüstungen kompatibel ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fernmeldesystem zu schaffen, das zur Durchführung der erforderlichen Funktionen mit weniger Steuerenergie auskommt und daher unter Verringerung seiner Abmessungen oder sogar in Miniaturbauweise herstellbar ist und sich ohne weiteres innerhalb bereits existierender Bohrgestänge und Anschlußmuffen unterbringen läßt.

Zu diesem Zweck schafft die Erfindung das in den Ansprüchen beschriebene Fernmeldegerät.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten, mit Spültrüben-Impulsen arbeitenden Fernmeldegerät wird das impulsgebende Fernmeldeventil durch ein Hilfssteuerventil betätigt, das seinerseits mit einer geringen Eingangsleistung betrieben wird« Das Hilfssteuerventil steuert Druckunterschiede in der Spültrübe an dem impulsgebenden Hauptventil und diese Druckunterschiede in der Spültrüben-Strömung selbst erzeugen die zum wirksamen Betrieb des Fernmeldegerätes erforderlichen, hohen Betätigungskräfte. Bei einer Be-

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tätigung des Hilfssteuerventils wird aufgrund dieser Druckunterschiede das druckimpulsgebende Hauptventil betätigt und dadurch werden die erwünschten, sich "bis nach über Tage fortpflanzenden Druckimpulse im Spültriiben-Strom erzeugt. Insgesamt schafft die Erfindung ein mit Druckimpulsen in der SpUltrübe arbeitendes Fernmeldesystem_zur Datenübermittlung von der Bohrlochsohle nach über Tage, welches als hilfsgesteuertes Ventil ausgebildet ist, das den Spültrüben-Durchfluß im Bohrgestänge drosselt und dadurch Druckwellen im Spültrüben-Strom erzeugt, die an der Oberfläche zu empfangen sind. Das hilfsgesteuerte Fernmeldegerät benötigt ein schwaches Eingangssignal, durch das das impiilsgebende Hauptventil mit Hilfe von in der Spültrüben-Strömung selbst erzeugten Druckunterschieden betätigt wird.

Das gesamte Fernmeldegerät ist hinsichtlich seiner Größe mit Bohrgestängen und Anschlußmuffen üblicher Größe voll kompatibel und läßt sich vollständig in einem Hohlrohrstrang unterbringen. Das erfindungsgemäße Gerät läßt sich ferner zwar auch mit Hilfe von durch den Spültrüben-Strom angetriebenen Turbinen herkömmlicher, mit Spültrüben-Impulsen arbeitender Fernmeldesysteme betreiben, jedoch ist der Leistungsbedarf zur Betätigung des hilfsgesteuerten Fernmeldeventils so gering, daß zum Betrieb auch

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Batterien anstelle der aufwendigeren Turbinen-Generator-Anordnung verwendbar sind.

V/eitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten Fernmeldegeräts;

und ''

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht des impuls- j

gebenden Hauptventils und Hilfssteuerven- ' tils gemäß Fig. 1.

Der Einfachheit halber wird anschließend lediglich derjenige Teil des Fernmeldesystems beschrieben, der an der Bohrlochsohle angeordnet ist und zur eigentlichen Erzeugung der nach über Tage zu übermxttelnden Spültrüben-Impulse dient. Zum Empfang dieser Impulssignale in der Spültrübe sind entsprechende Geräteteile üblicher Bauweise am oberen Ende des Bohrlochs angeordnet und ferner sind verschiedene Sensoren, die ebenfalls von üblicher, etwa in der US-PS 3 657 637 beschriebenen Bauart sein können, zur Abtastung der mit Hilfe der Spültrüben-Impulse zu übermittelnden Informationen vorgesehen.

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Gemäß Fig. 1 befindet sich eine AnschluiJmuffe oder ein Bohrgestängesegment 10 an" der Bohrlochsohle im Bereich der Bohrschneide. Das in den Bohrrohrstrang eingesetzte Gestängesegment 10 ist von "besonderer Ausbildung und enthält das Fernmeldegerät. Im Gestangesegment 10 ist mit Hilfe von Speichen 14 ein zylindrisches Gehäuse 12 zentrisch angeordnet, so daß ein Ringkanal 16 gebildet wird, der vom Gestängeabschnitt 18 stromaufwärts des Gehäuses sum Gestängeabschnitt 20 stromabwärts des Gehäuses 12 verläuft. Der obere Abschnitt des Bohrrohrstrangs befindet sich im Sinne der Pig. 1 links, während der untere Abschnitt im Sinne der Pig. 1 rechts liegt.

Im Gehäuse 12 sind eine Kraftquelle 22, ein von der Kraftquelle 22 mit Energie versorgtes Fühlerpaket 24 und eine Betätigungsvorrichtung 26 untergebracht, die ein Hilfssteuerventil betätigt und durch Signale vom Fühlerpaket 24 gesteuert wird. Die Kraftquelle 22 ist vorzugsweise eine Batterieanordnung, kann jedoch auch eine von der Spültrübe angetriebene Turbinen-Generator-Einheit oder eine andere Kraftquelle dieser Bauart sein. Die Fühler im Fühlerpaket 24 dienen in üblicher Weise zur Abtastung verschiedener Parameter an der Bohrlochsohle, üblicherweise zur Ermittlung von Parametern, die die Neigung und Richtung des Bohrrohrstrangs am Bohrlochtiefsteh angeben, und sind etwa von der in der US-PS 3 657 637 beschriebenen

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Bauart. Nachfolgend v/erden daher ebenfalls Fühler, die elektrische Signale zur Betätigung des impulsgebenden Hauptventils erzeugen, beschrieben. Die Betätigungsvorrichtung 26 für das Hilfssteuerventil empfängt die elektrischen Signale der Fühler und bewirkt ausgangsseitig eine lineare Verstellung des Hilfssteuerventils. Die Betätigungsvorrichtung 26 kann ein mit elektrischen Eingangssignalen beaufschlagtes Solenoid sein, das ausgangsseitig eine lineare Verschiebung des nachgeschalteten Hilfssteuerventils bewirkt.

Während des normalen Betriebs des Bohrrohrstrangs, d. h„ bei abgeschalteter Fernmeldung, wird die SpUltrübe unter Druck vom oberen Bohrlochende zum Gestängeabschnitt 18 stromaufwärts des Gehäuses 12 gefördert und strömt von dort in Richtung der Pfeile zum Ringkanal 16 und dann zum stromabwärtigen Gestängeabschnitt 20, von wo sie zur Bohrschneide gelangt. Ferner strömt die Spültrübe ins Innere eines Fernmelde-Hauptventils 28, das während des normalen Bohrvorgangs in der in Fig. 1 gezeigten Öffnungslage gehalten wird.

Wenn durch Fernmeldung mit Hilfe von Spültrüben-Impulsen Informationen nach über Tage übermittelt werden sollen, wird ein Hilfsventilkörper 30 durch die Betätigungseinrichtung 26 derart gesteuert, daß das Hauptventil 28

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zyklisch geschlossen und geöffnet wird, wobei durch das Schließen des Ventils 28 der Spültruben-Strom gedrosselt wird und somit Druckimpulse im Spültruben-Strom erzeugt werden.

In Fig. 2 sind das Fernmelde-Hauptventil 28 einschließlich des Hilfsventilkörpers 30 im einzelnen gezeigte Das Hauptventil 28 enthält einen ringförmigen, kolbenartigen Hauptventilkörper 32, der in Achsrichtung des Bohrrohrstrangs verschieblich ist. Der Hauptventilkörper 32 "besteht aus einem Kolbenabschnitt 34 mit einem von diesem stromaufwärts vorstehenden Druckfühler 36« In Längsrichtung des Druckfühlers 36 sind mehrere Zulaufkanäle 38 ausgebildet, die zu einem Innenkanal 40 führen, welcher mit der rechts (stromabwärts) des Kolbens 34 gelegenen Innenkammer 42 des Hauptventilkörpers 32 in Verbindung steht„ Die Innenkammer 42 ist durch eine an den Kolben 34 anschließende Ringbuchse 44 am Ventilkörper 32 begrenzt, welche mit einem stationären Ventilgehäuse 46 zusammenwirkt, das ins Innere der Buchse 44 verläuft und eine Führung für den Hauptventilkörper 32 bildet. Links vom Kolben 34 befindet sich ein Drosselelement 48, Das Drosselelement 48 weist einen ringförmigen Ventilsitz 50 auf, an den sich der Kolben 34 mit seiner linken Stirnseite anlegen kann, um den Spültrüben-Strom zwischen dem Ventilsitz und dem Kolben bei Erzeugung von Fernmeldeimpulsen zu drosseln (und auch

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im wesentlichen abzusperren). Da eine vollständige Absperrung des gesaraten Spültrüben-Stroms nachteilig ist, sind Hebenstromkanäle 52 im Drosselelement 48 angeordnet, die selbst bei Anlage des Ventilkörpers 32 am Ventilsitz 50 einen Spülmittelstrom zum Ringkanal 16 aufrechterhalten, Die Anordnung von Nebenstromkanälen ist eine Sicherheitsmaßnahme für den Fall einer Störung der Ventilanordnung in der Schließlage« Bei einer derartigen Störung wird der Spültrüben-Strom zum Ringkanal 16 nicht vollständig abgesperrt, so daß der Spültrüben-Zufluß und der Bohrvorgang - wenn auch mit einem etwas höheren Pumpendruck fortgesetzt werden kann, bis ein passender Zeitpunkt zum Hochziehen des Bohrrohrstrangs und zur Reparatur des Hilfssteuerventils gekommen ist.

Fig. 2 zeigt das Fernmelde-Hauptventil 28 in der Ruhestellung während des normalen Bohrvorgangs, wo keine Fernmeldung stattfindet. In diesem Zustand verläuft der Spültrüben-Strom in Pfeilrichtung vom oberen Gestängeabschnitt 18 über das Ventil 28 zum Ringkanal 16„ Bin Teil der Spültrübe gelangt über die Zulauföffnungen 38 zum Kanal 40 des Druckfühlers 36 und in die Innenkammer 42, von wo es an einem Hilfventilsitz 54 vorbei und über mehrere Kanäle 56 im Gehäuse 46 abströmt und sich wieder mit dem Hauptstrom im Ringkanal 16 vermischt. Eine O-Ringdichtung 58 verhindert eine Leckage der Spültrübe zwischen

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dem Gehäuse 46 und der Hülse 44.

Die zum raschen Umschalten des Hauptventils 28 in seine Schließlage erforderliche Kraft wird in erster Linie vom Spültrüben-Strom selbst aufgebracht. Diese Betätigungskraft wird durch ein kombiniertes Zusammenwirken des Hilfsventils und des Strömungsmusters erzielt, welches sich aufgrund einer bestimmten Ausbildung des Hauptventils 28 und dadurch bewirkter Druckunterschiede zwischen einzelnen Stellen der Fernmeldeeinrichtung ergibt. Diese Druckunterschiede sind von v/esentlicher Bedeutung für das beschriebene Fernmeldegerät, und zum besseren Verständnis sind verschiedene Stellen längs der Ventilanordnung in Strömungsrichtung mit 1, 2, 3 und 4 bezeichnet.

In der Abschaltlage gemäß Fig« 2 ist bei durchströmtem Bohrgestänge der Druck P^ an der Stelle 1 größer als der Druck P_? an der Stelle 2 stromabwärts des Ströraungsmitteldurchlasses zwischen dem Ventilsitz 50 und dem Kolben 34. Das Ventilgehäuse 46 enthält einen stromabwärt igen Teil 60 vergrößerten Durchmessers, durch den der Durchflußquerschnitt des Kanals 16 verringert und ein Druckabfall zwischen der Stelle 3 und der Stelle 4 erzeugt wird. Der Druck P₇, an der Stelle 3 unmittelbar stromaufwärts der Drosselstelle 60 ist demgemäß im wesentlichen gleich dem Druck P₂ an der Stelle 2, während

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der Druck P. an der Stelle 4 stromabwärts der Drosselstelle 60 kleiner als P^ ist. In der in Fig. 2 gezeigten Ventilstellung steht die Ventilinnenkammer 42 über die Kanäle 56 und den Strömungsmitteldurchlaß zwischen dem Kilfsventilkörper 30 und dem Hilfsventilsitz 54 in Strömungsmittelverbindung mit dem Kanal 16 stromabwärts der Drosselstelle 60. Der Druck P. ist niedriger als der Druck P¹ρ in der Innenkammer 42, und der Druck P¹ρ auf der rechten Stirnseite des Kolbens 34 ist kleiner als der Druck P ρ auf der linken Stirnseite des Kolbens 34· Dieser Druckunterschied zwischen Pp und !"2» ^der durch die Drosselstelle 60 aufgrund des vergrößerten G-ehäusedurchmessers zwischen den Stellen 3 und 4 erzeugt wird, wird so groß bemessen, daß der Ventilkörper 32 mit Sicherheit in die in Fig. 2 gezeigte Öffnungslage verstellt wird, wenn sich der Hilfsventilkörper 30 in der in Fig. 2 gezeigten Öffnungslage befindet.

Rechnerisch lassen sich die am Hauptventilkörper 32 angreifenden Kräfte in der Öffnungslage des Hilfssteuerventils unter Zugrundelegung der Durchmesser D₁ bis D, gemäß den Fign. wie folgt bestimmen:

(1): (P₁ - P'₂) JL (D₁ ² - D₂ ²)

plus

(2): (Pp- P'p) JL (D₃ ² - D₁ ²)

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Die aus diesen Ausdrucken gebildete Gesamtkraft ist nach, rechts gerichtet, da sowohl P^ als auch p„ größer als P^f ₂ sind. In der Öffnungslage des Hilfsventilkörpers wird somit der Hauptventilkörper 32 in seine volle Öffnungslage getrieben oder in dieser Lage gehalten» Die den obigen Gleichungen zugrunde liegenden Näherungen basieren auf der Annahme, daß:

(1) der Druck Pp an der linken Stirnseite des Kolbens 34 den Mittelwert des an dieser Kolbenstirnseite tatsächlich vorhandenen Druckgradienten darstellt; und

(2) die Hülse 44 dünnwandig ausgebildet ist, so daß ihre Querschnittsfläche wesentlich, kleiner als die durch D~ gebildete Druckangriffsfläche ist und die an den Enden der Hülse 44 angreifenden Druckkräfte somit vernachlässigt werden können.

Der Hilfsventilkörper 30 wird unter dem Einfluß von durch die Betätigungsvorrichtung 26 erzeugten Betätigungssignalen in seine volle Schließlage gebracht, in der er am Ventilsitz 54 anliegt. Wenn der Hilfsventilkörper 30 auf dem Ventilsitz 54 sitzt, wird der Spültrüben-Strom von der Innenkammer 42 über die Kanäle 56 gesperrt und der Druck P'p steigt dann auf den Wert von P. an, da die Trübe in der Innenkammer 42 in unmittelbarer Strömungsmittelverbindung mit der Trübe unter dem Druck P₁

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steht. Mit dem Schließen des Hilfsventilkörpers 30 wird somit Pp¹ größer als P₂, wodurch eine nach links gerichtete Gesamtkraft entsteht, die den Hauptventilkörper 32 nach links in Richtung seiner Schließlage an den Ventilsitz 50drückt. Wenn sich der Ventilkörper 32 nach links verschiebt, wird der Hauptstrom vom G-estängeabschnitt 18 zum Ringkanal 16 zunehmend gedrosselt, und es erfolgt ein entsprechender Druckaufbau im Druck P₁ (wodurch auch der nach über Ta.ge zu übermittelnde Druckimpuls entsteht) und somit auch eine Erhöhung des Drucks P'₂. Mit anderen Worten bewirkt bei einem Anstieg des Drucks P'_? in der Innenkammer 42, durch den der Hauptventilkörper. 32 nach links verschoben wird, die kontinuierliche Verschiebung nach links eine weitere Erhöhung des Drucks P'~ und somit eine sich selbsttätig verstärkende ibhTießbewegung des Hauptventilkörpers 32, wodurch ein rasches und sicheres Verschließen des Ventilkörpers 32 erreicht wird. Wenn der Hilfsventilkörper 32 voll auf seinem Sitz 54 anliegt, sind die auf den Hauptventilkörper 32 einwirkenden Kräfte wie folgt:

(1): (P₁ - P'₂) JT_ (D₁ ² - D₂ ²) = 0, da

und

(2): (P₂ - P»₂) -^- (D₃ ² - D₁ ²)

/da Die G-esamtkraft ist somit nach links gerichtet, P¹

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größer als P₂ ist, und der Hauptventilkörper 32 wird in die Schließlage getrieben", wenn das Hilfssteuerventil geschlossen wird. Beim Öffnen des Hilfssteuerventils sinkt der Druck P' da die Spültrübe wieder von der Innenkammer 42 am Hilfssteuerventil vorbei und über die Kanäle 56 zur Stelle 4 in den Kanal 16 strömt, und die am Ventil angreifenden G-esamtkräfte sind wieder nach rechts, also in Öffnungsrichtung des Hauptventilkörpers 32 gerichtet»

Wie bereits erwähnt, wird mit dem Hilfssteuerventil der Spültrüben-Strom aus der Innenkammer 42 gesteuert. Es ist wichtig, daß ein bestimmtes Verhältnis zwischen dem Durchflußquerschnitt oder Mengenstrom im Druckfühler 36 und dem Durchflußquerschnitt oder Mengenstrom des die Innenkammer 42 verlassenden Strömungsmittels aufrechterhalten wird. Dieses Verhältnis muß so gewählt werden, daß der Durchflußquerschnitt und somit der Mengenstrom durch den Druckfühler 36 kleiner als der Durchflußquerschnitt und somit der Mengenstrom am Auslaß der Innenkammer 42 ist. Wie Fig. 2 zeigt, wird dieses Verhältnis durch einen Auslaßkanal 62 aus der Innenkammer 42 über den Durchlaß des Hilfssteuerventils reguliert, wobei die Querschnittsfläche A^ des Auslaßkanals 62 größer als die Querschnittsfläche A₂ des Druckfühlers 36 ist»

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Pur das Strömungsbild im Bereich zwischen dem Drosseleleraent 48 und dem Hauptventilkörper 32 sind hohe Strömungsgeschwindigkeiten und rasche Änderungen in der Strömungsrichtung charakteristisch. In diesem Bereich besteht daher eine Tendenz zu Turbulenz und Wirbelbildung und eine damit einhergehende Erosionsgefahr, insbesondere wenn die Trübe große Mengen umgewälzter, beim Bohren entstehender Feststoffteilchen enthält. Um einen Schutz gegen mögliche Erosionsschäden zu erzielen, können die Strömungskanäle 52, der Ventilsitz 50 und die Wand 64 stromabwärts der Tentilöffnung aus Hartmetall oder einem anderen abriebfesten Material hergestellt oder mit diesem überzogen sein. In ähnlicher Weise kann die stromaufwärtige Stirnfläche des Kolbens 34 mit einem elastomeren Einsatz 66 versehen sein, um an dieser Stelle der Kolbenstirnseite, die zur Umlenkung des Spültrüben-Stroms dient, eine Erosion zu verhindern„

Somit wird,'wenn das Hilfssteuerventil in Abhängigkeit von den an der Bohrlochsohle ermittelten Parametern betätigt wird, der Hauptventilkörper 32 in Abhängigkeit von der Stellbewegung des Hilfssteuerventils betätigt und erzeugt Impulse in der Spültrübe (d.tu Druckerhöhungen des Drucks P₁), die sich nach über Tage fortpflanzen« Die Druckimpulse in der Spültrübe werden durch aufeinander folgende Schließ- und Öffnungsbewegungen des Hauptventilkörpers 32 erzeugt, da die Schließbewegung des Hauptventilkörpers zu einem

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Druckanstieg oder einer Druckwelle im Hauptstrom der Spultrübe führt.

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Claims

252U7S3 Patentanwälte Dipl. Ing. H. Hauck Dipl. Phys. W. Schmitz - 19 - Dipl. Ing. E. Graalfs Dipl. Ing. W. Wehnert Dipl. Phys. W. Carstens 8 München 2 Societe dite : TELECO INC. Mozartstr. 23 Smith Street Middletown, Connecticut,USA München, 9. Mai 1975 Anwaltsakte M-3482 Patentansprüche

1. iFernmeldegerät zur Datenübermittlung nach über Tage mit Hilfe von in der Bohrflüssigkeit in einem Bohrgestänge erzeugten Druckimpulsen während des Bohrvorgangs an einem Bohrloch, gekennzeichnet durch ein hilfsgesteuertes Ventil (26, 28, 30) zur Druckimpulserzeugung, das enthält:

einen in einem von der Bohrflüssigkeit durchströmten G-estängesegment (1ü) angeordneten Hauptventilkörper (32), der zwischen einer ersten, einem Maximalstrom der Bohrflüssigkeit entsprechenden Sehaltstellung und einer zweiten, den Bohrflüssigkeitsstrom drosselnden Schaltstellung bewegbar ist,

einen dem Hauptventilkörper (32) zugeordneten Ventilsitz (50), der gemeinsam mit dem Hauptventilkörper einen ersten veränderlichen Strömungsmitteldurchlaß für den Bohrflüssigkeitsstrom von einem stromaufwärtigen zu einem st romabwärt igen' G-estängeabschnitt (18, 20) bildet,
einen dem Strömungsmitteldurchlaß nachgeschalteten

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Arbeitskanal (16) zur Zufuhr von Bohrflüssigkeit zu einem abströmseitig des hilfsgesteuerten Ventils (26, 28, 30) angeordneten Verbraucher, eine Drosseleinrichtung (60) in dem Arbeitskanal (16),

eine Innenkammer (42) im Hauptventilkörper (32), einen vom Hauptventilkörper (32) zu dem stromaufwärts des veränderlichen Strömungsmitteldurchlasses angeordneten Gestängeabschnitt (18) verlaufenden Druckfühler (36),

einen im Druckfühler (36) ausgebildeten Druckkanal (40), der zwecks Ströinungsmittelverbindung des stromaufwärtigen Gestängeabschnitts (18) mit der Innenkammer (42) einerseits über einen Zulauf (38) an den stromaufwärtigen Gestängeabschnitt und andererseits an die Innenkammer (42) angeschlossen ist,

und einen zweiten, die Innenkammer (42) mit dem Arbeitskanal (16) stromabwärts der Drosseleinrichtung (60) verbindenden, veränderlichen Strömungsmitteldurchlaß (30, 54, 56) mit einem Hilfsventilkörper (30) zur Querschnitt sveränderung des zweiten Strömungsmitteldurchlas-•ses zwischen einer ersten, der ersten Schaltstellung des Hauptventilkörpers (32) entsprechenden Stellung und einer zweiten, der zweiten Schaltstellung des Hauptventilkörpers entsprechenden Ventilstellung.

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2. -Fernmeldegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenlcainmer (42) einen zum zweiten veränderlichen Strömungsmitteldurchlaß (30, 54, 56) führenden Auslaßkanal (62) aufweist, dessen Durchflußquerschnitt (A^) größer als der Durchflußquerschnitt (A„) des Druckkanals (40) im Druckfühler (36) ist»

3ο Pernmeldegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptventilkörper (32) zwecks Erzeugung der Druckimpulse durch Druckunterschiede in der Bohrflüssigkeit betätigbar ist.

4. Fernmeldegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkammer (42) des Hauptventilkörpers (32) in der ersten Stellung des Hilfsventilkörpers (30) eine maximale Strömungsmittelverbindung zum Arbeitskanal (16) aufweist und in der j

j zweiten Stellung des Hilfsventilkörpers (30) zum Ar- ₍

beitskanal (16) im wesentlichen abgesperrt ist und der Hauptventilkörper (32) unter dem Einfluß der Druckunterschiede in der Bohrflüssigkeit in der ersten Stellung des Hilfsventilkörpers (30) in seine erste und in der zweiten Stellung des Hilfsventilkörpers in seine zweite Sehaltstellung gedruckt wird.

5. Fernmeldegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

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dadurch, gekennzeichnet, daß zur Sicherstellung eines Mindestzustroms von Bohrflüssigkeit zum Arbeitskanal (16) Nebenstromkanäle (52) im Ventilsitz (50) ausgebildet sind.

6. Fernmeldegerät nach einem der vorhergehenden An-.

Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptventilkörper (32) einen einerseits dem Ventilsitz (50) und andererseits der Innenkammer (42) zugekehrten Ventilkolben (34) bildet und in der ersten Stellung des Hilfsventilkörpers (30) der auf der einen Kölbenseite anliegende Bohrflüssigkeitsdruck größer als der Bohrflüssigkeitsdruck in der Innenkammer (42) ist, während in der zweiten Stellung des Hilfsventilkörpers (30) der Bohrflüssigkeitsdruck in der Innenkammer (42) den an der einen Kolbenseite angreifenden Bohrflüssigkeitsdruck übersteigt.

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