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In einem Bohrstrang zu verwendendes Arbeitsgerät zur
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Erfassung und Übertragung von Bohrloch-Meßdaten Die Erfindung betrifft
ein in einem Bohrstrang zu verwendendes bzw. in diesen einzugliederndes Arbeitsgerät
zur Bildung eines Signals von Bohrloch-Meßdaten.
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Im Verlauf von Tiefbohrungen werden eine ganze Anzahl von Meßvorgängen
ausgeführt. Jede Tiefbohrung muß ein Schlammströmungssystem haben, wobei Schlamm
im Bohrstrang abwärts gepumpt wird, der in dem Ringraum zwischen Außenwand des Bohrstranges
und Bohrlochwandung zurückkehrt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meß- und Übertragungsgerät
für Bohrloch-Meßdaten, das in einen Bohrstrang einzugliedern ist, zu schaffen, welches
bemerkenswerte Vorteile gegenüber bekannten Geräten zum selben Zweck aufweist.
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ErfindungsgemäB wird zur Lösung der gestellten Aufgabe ein in sich
geschlossenes, d.h. unabhängiges Arbeitsgerät geschaffen, das Ausgangssignale bildet,
die
in die Schlammströmung moduliert werden. Das Gerät erzeugt seine
elektrische Energie für den Betrieb von Wandlern selbst, die Signale werden an ein
Zweistellungs-Vierwegeventil gelegt, und dieses wird geöffnet sowie geschlossen,
d.h., es schaltet zwischen seinen beiden Stellungen, und dabei bildet es ein Ausgangssignal.
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Das Gerät ist als länglicher, rohrförmiger Körper ausgebildet, der
als Schwerstange in einem Bohrstrang arbeitet. Es kommt ein vom Schlamm getriebener
motorischer Antrieb zur Anwendung, während der Schlamm durch die Schwerstange fließt
und an deren unterem Ende austritt. Der motorische Antrieb erzeugt elektrische Energie,
die zum Betreiben von ausgewählten Wandlern verwendet wird. Die Wandler geben Meßdaten
ab, die kodiert werden.
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Im Kodierteil des Geräts werden ein Ölspeicher, eine vom motorischen
Antrieb, d.h. eigentlich vom Schlamm, getriebene Pumpe und ein Ventil, das bl zurück
zum Speicher führt, wenn kein Signal vorliegt, und im anderen Fall Öl zu einem Zweistellungs-Vierwegeventil
führt, das einen modulierten Signalerzeuger betätigt, verwendet. Letzterer moduliert
den Gegendruck in der Schlammströmung, indem er diese einengt oder beschränkt, wobei
ein Signal gebildet wird, das im Schlammströmungsweg erfaßt wird.
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Der Erfindungsgegenstand wird anhand seiner in den Zeichnungen dargestellten
bevorzugten Ausführungsform erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen lotrechten Schnitt
durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, die in einen Bohrstrang als Arbeitsgerät
gerade oberhalb des Bohrmeißels in die Schwerstangen eingegliedert ist; Fig. 2 das
hydraulische Schema, aus dem zu ersehen ist, in welcher Weise die Variablen in einem
Schlammströmungsmodulatorsystem kodiert werden; Fig. 3 in den zusammengehörenden
Teilen 3A bis 3H den Aufbau der Vorrichtung im einzelnen.
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Das Arbeitsgerät 1o gemäß der Erfindung, das als Meßgerät bezeichnet
werden kann, arbeitet als eine Schwerstange. Es besteht aus dem starkwandigen Körper
11, dessen oberes Ende 12 in Ubereinstimmung mit den Vorschriften des American Petroleum
Institute (API) ausgebildet ist, um ihn mit einem Bohrstrang verbinden zu können.
In einem zwischen dem Körper 11 und einem in
diesem zentral angeordneten,
über dessen Länge sich erstreckenden hülsen-oder rohrförmigen Bauteil, das die Pigentliche
Meßvorrichtung aufnimmt, gebildeten Ringraum 13 liegt eine Schlammströmung vor.
Der Ringraum 13 hat einen Gesamtquerschnitt, der eine Strömung des Schlamms in geeigneter
Menge ohne ungebührliche Einschnürung oder Beschränkung zuläßt. Es sind allerdings
Einschnürungen vorhanden, worauf noch eingegangen werden wird; hier handelt es sich
um kontrollierte Einschnürungen, und der Ringraum 13 ist ausreichend groß, um ein
Blockieren der Schlammströmung zu vermeiden.
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Anhand der Fig. 3 wird das Arbeitsgerät beschrieben, wobei von oben
nach unten, d.h. mit Fig. 3A beginnend, vorgegangen wird. Der starkwandige Körper
11 erstreckt sich über die gesamte Länge des Geräts und besteht in typischer Weise
aus Monelmetall oder anderen unmagnetischen Metallen, um Einflüsse auf einen üblicherweise
in der Meßvorrichtung enthaltenen Kompaß auszuschalten.
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Nahe dem oberen Ende des Körpers 11 ist in diesen eine Hülse 15 mit
Paßsitz eingebaut. Diese ist an ihrem oberen Ende mit Gewinde versehen und nimmt
ein hohles Formstück 16 mit einem trichterförmigen Einlaßteil 17 auf, wobei der
Trichter unmittelbar am oberen Ende des Formstücks 16 beginnt, mit dem das Einlaßteil
17 durch das Gewinde 18 verbunden ist. Der gesamte Schlamm, der durch die Vorrichtung
strömt, muß durch den axialen Einlaßkanal 19 fließen, und zwar in Abwärtsrichtung.
Das hohle, trichterförmige Einlaßteil 17 endet an einem Bundring 20, der einem weiteren
Bundring 21 unmittelbar benachbart ist, diesen aber nicht berührt. Der Bundring
21 ist frei drehbar; er ist ein kreisförmiges Teil aus gewöhnlichem, geeigneten
Material von rechteckigem Querschnitt und ruht auf dem oberen Ende eines nach außen
sich erweiternden Ubergangsteils 22, dessen Erweiterung in seinem unteren Bereich
liegt, welcher mit einer Tragplatte 23 verschraubt ist. Diese Platte 23 trägt an
ihrer Bodenfläche eine zentrale Welle 24, die die Tragplatte 23 zentriert und ihre
Drehung ermöglicht.
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Die Zeichnung 2eigt einen einzigen, mit einer Neigung angeordneten
Ausströmkanal 25, der in die Tragplatte 23 gebohrt und mit einer ausbaubaren Düse
26 versehen sowie zur Kante der Platte 23 hin gerichtet ist. Die Winkelneigung entspricht
im großen und ganzen der gezeichneten, und vorzugsweise sind zwei oder sogar drei
solcher Kanäle vorgesehen. Eine Draufsicht auf die Tragplatte 23 zeigt in diesem
Fall drei ovale Öffnungen, die rund um den Umfang der Platte 23 liegen und alle
diese winkelig durchsetzen. Die Ausströmkanäle 25 arbeiten gemeinsam als eine Turbine,
und der durch die Anordnung strömende Schlamm ruft aufgrund der Reaktionskraft an
der Düse 26
eine Drehkraft hervor. Die Tragplatte 23 dreht sich
somit, und damit werden auch das Übergangsstück 22 sowie dessen oberer Bundring
21 gedreht. Es ist klar, daß beide Seiten des Ubergangsstücks 22 von Schlamm umgeben
sind. Der die Rückseite des ttbergangsstücks umschließende Schlamm unterliegt keiner
Einschnürung. Die dynamische Bewegung des Schlamms durch die beschriebene Anordnung
führt, wie gesagt, zu einer Drehung der Tragplatte 23 und damit der Welle 24.
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An der Welle 24 ist eine Schlammdichtung 27 angebracht, und eine Ringdichtung
28 befindet sich unmittelbar unterhalb von jener. Die Ringdichtung 28 ist in einem
ortsfesten, rohrförmigen Gehäuse 29 (erstes rohrförmiges Bauteil) gelagert, das
im starkwandigen Körper 11 der Schwerstange zentriert ist. Das Gehäuse 29 ist an
seinem oberen Ende mit einer Verjüngung versehen, um den Schlamm nach außen hin
abzulenken. Die Hülse 15 innerhalb des Schwerstangenkörpers 11 trägt zwei, drei
oder vier Ausrichtrippen 30, die eine Manschette 31 mit Innengewinde (drittes rohrförmiges
Bauteil), die auf das Gehäuse 29 geschraubt ist und dieses auf seinem Platz verankert,
abstützen.
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Das Gehäuse 29 ist ortsfest, die Welle 24 erstreckt sich durch dieses
abwärts; sie weist eine Durchmesserverminderung 33 auf, an welcher sie in einer
Kugellagergruppe 34 geführt ist. Diese Lagergruppe liegt zwischen einem oberen Anschlag
35 und einem unteren Anschlag 36, welcher durch das obere Ende einer innen in das
Gehäuse 29 eingeschraubten Verbindungsmuffe 37 bestimmt ist. Wenn die Vorrichtung
ausgezogen wird, kann die Kugellagergruppe aufwärts gegen die Schulter 35 zur leichteren
Montage gleiten; ferner dienen die Schultern an der Welle dazu, diese auf der Kugellagergruppe
abzustützen.
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Wie bereits erwähnt wurde, ist das rohrförmige Gehäuse 29 verankert.
Es nimmt die aufrechte, abgestufte, rohrartige Verbindungsmuffe 37 auf, die das
obere Ende des zweiten rohrförmigen Bauteils 39 bildet, welches einen Außendurchmesser
hat, der annähernd dem Außendurchmesser der kurzen Manschette 31 am ersten rohrförmigen
Bauteil 29 gleich ist. Die drei rohrförmigen Bauteile 29, 31, 39 sind teleskopartig
angeordnet und miteinander verschraubt. Das rohrförmige Bauteil 39 trägt seine obere
Verbindungsmuffe 38 und ein Unterteil 40, welches ein Außengewinde 41 zur Aufnahme
eines relativ langen, hohlen, zylindrischen Hüllrohres 42 hat, das, wie gezeigt
ist, aufgeschraubt und abgedichtet ist.
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Alle diese Teile sind ortsfest. In ihrem Inneren nehmen sie einen
ortsfesten Innenzylinder 44 tragend auf, der den Wellenteil 45 umschließt, welcher
seinerseits eine Verlängerung der Welle 24 bildet und zum Innenzylinder 44 einen
geringen Abstand hat. Der gesamte Innenraum ist mit Schmieröl gefüllt, wobei das
Schmiersystem unter Druck - jedoch nicht unter Pumpendruck - steht, und zwar wird
es unter Druck gesetzt, indem ein Dichtungsring 43 (siehe Fig. 3B oben) zum Einsatz
kommt. Dieser Dichtungsring umfaßt den Innenzylinder 44. Oberhalb des Ringes 43
befindet sich ein Leerraum 46, der mit Schmieröl gefüllt werden kann, und damit
erhält auch der Dichtungsring 43 eine Schmierölfüllung, der insofern oben dem Schmieröl
und unten dem Bohrschlamm ausgesetzt ist, denn das äußere Hüllrohr 42 hat eine Zugangsöffnung
47, durch die Bohrschlamm in das Innere gelangen kann.
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Der Dichtungsring 43 steht, wie gesagt, unter Druck. Er weist eine
Vorratskammer 48 für Hochleistungsdichtungsfett auf. Diese Kammer hat die Form eines
inneren, freien Kanals, der den Ring 43 als Kreis umgibt. Der Dichtungsring 43 ist
mit einer oberen Dichtung 49 an seinem oberen Ende und mit einer gleichartigen Dichtung
50 am unteren Ende ausgestattet, und zwischen beiden Ringen befindet sich eine eingedrehte
Fläche 51 mit vermindertem Durchmesser. Ein Fettpreßnippel 52 steht durch die Bohrung
53 mit der Vorratskammer zu deren Füllung mit Dichtungsfett in Verbindung, das durch
den Stopfen 54 unter Druck gesetzt wird. Dieser Stopfen 54 wird von einer Schraubenfeder
55 gegen das Fett gedrückt. Wenn Fett eingeführt wird, so wird die Feder 55 zusanrmengedrückt.
Das Fett wird aus der Kammer 48 in Berührung mit den Flächen, gegen die die Dichtung
anliegt, gedrückt und dient dazu, den Dichtungsring abzudichten und abzusperren.
Für den Fall, daß irgendwelches Fett verlorengeht, hält die Schraubenfeder 55 einen
konstanten Druck an dem System aufrecht, so daß eine wirksame Abdichtung erhalten
bleibt, solange ein Druck vorhanden ist. Es ist zu bemerken, daß der Dichtungsring
sowohl an seiner Innenfläche wie an seinen konzentrischen Außenflächen abdichtet.
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Der Dichtungsring 43 ist an einer Abwärtsbewegung durch einen auswärts
gerichteten Kragen 57 an einem Buchsring 58 gehindert; letzterer hat einen erweiterten
Teil 59, in dem eine geschichtete Schraubenfeder 60 aufgenommen ist, die die Dichtungsanordnung
aufwärts drückt. Der Buchsring 58 kann sich nicht abwärts bewegen, weil der ortsfeste
Innenzylinder 44 mit einem Ansatz 61, der eine Bewegung des Buchsringes begrenzt,
ausgestattet ist.
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Die Schraubenfeder 60 wird bei ihrem Einbau zusammengedrückt; sie
liefert eine aufwärts gerichtete Kraft, die zusätzlich das Öl im Leerraum 46 regelbar
unter Druck setzt und damit auch das Schmieröl in den oberen Teilen des Arbeitsgeräts.
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Die Schraubenfeder 60 ist rund um den langen Innenzylinder 44 zentriert,
der seinerseits die drehbare Welle 45 umgibt. Das äußere zylindrische Hüllrohr 42,
das konzentrisch zur Welle 45 bzw. Schraubenfeder 60 angeordnet ist, erstreckt sich
abwärts zu einem mit Gewinde versehenen rohrförmigen Anschlußstück 63, das mit einem
Außengewinde 64 an der Innenwand des Hüllrohres 42 angeschraubt ist. Das Anschlußstück
63 hat einen nach oben gerichteten Absatz 65, auf dem die Schraubenfeder 60 abgestützt
ist. Der ortsfeste Innenzylinder 44 ist über die Gewindeverbindung 66 zusätzlich
mit dem Anschlußstück 63 verschraubt, wobei die Gewindeverbindung 66 die beiden
Zylinder 42, 44 konzentrisch zueinander hält.
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Die Welle 45 wird von einem Lauflager 67, das gegen eine Schulter
im Anschlußstück 63 nach oben gedrückt wird, ausgerichtet geführt. Das Lauflager
67 wird durch einen Schraubring 68 mit Außengewinde 69 an seinem Platz gehalten.
Der Schraubring 68 hat eine einwärts gerichtete untere Schulter 70, die eine Dichtungsanordnung
festhält. Wie erwähnt wurde, dreht sich die Welle 45, und an dieser befindet sich
eine Büchse 71, die mit der Welle dreht und am inneren Laufring des Lagers 67 anliegt.
Die Büchse 71 ist mit der Welle verschraubt und trägt eine drehende Dichtung 72,
die ihrerseits ein mit ihr zusammenwirkendes eingesetztes Dichtungsglied 73 trägt,
wobei diese beiden Teile von einem Abschlußring 74 zusammengepreßt werden, welcher
oben auf der Schulter 70 gelagert ist. Der Abschlußring 74 und die beiden Dichtungsglieder
72, 73 bestimmen die untere Grenze für einen Schmierölfluß aus dem Leerraum 46.
Das Schmieröl fließt entlang der Welle 45, um das Lager 67 zu schmieren, und es
fließt auch abwärts bis zum Abschlußring 74, jedoch kann es nicht weiter vordringen.
Der Abschlußring 74 hat einen gewissen Spielraum rundum zur Welle 45, um die Reibung
mit der auf der Welle verschraubten sowie mit dieser drehenden Büchse 71 zu vermindern.
Das Schmieröl für die Welle 45 kann somit lediglich bis zur Oberseite des Abschlußringes
74 abwärts fließen.
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Das Lauflager 67 ist, wie erwähnt wurde, in dem rohrförmigen Anschlußstück
63 festgelegt, das nahe einem vorspringenden Rand 75 an bzw. in einem langen Rohrstück
77 endet. Das Rohrstück 77 hat einen Außendurchmesser, der gleich demjenigen des
zylindrischen Hüllrohres 42 ist, und
es ist mit dem Anschlußstück
63 verbunden, das als eine Art Kupplung dient.
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Die Welle 45 endet in einer Kupplung 78, mit der sie durch einen in
eine Nut greifenden Keil 79 verbunden ist. Die Kupplung 78 ist rund um das untere
Ende der Welle 45 angebracht und mit einem Unterteil zum Anschluß an eine weitere
Welle 80 versehen, wobei ein in einer Nut liegender Keil 81 die Verbindung zur Welle
80 herstellt, die somit von der Welle 45 gedreht wird. Die Welle 80 erstreckt sich
in einen (käuflichen) Wechselstromerzeuger 82, aus dem die Welle 80 herausragt und
der mit Paßsitz in das lange Rohrstück 77 eingebaut ist. Das Innere des Geräts wird
mit Schmieröl durch ein Stopfenloch 83, das auch als Inspektionsöffnung dient, gefüllt,
und das Schmieröl umgibt die Kupplung 78.
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Der Wechsel stromerzeuger 82 (siehe Fig. 3C oben) gibt auf zwei elektrischen
Leitern 85, 86 seine Ausgangsenergie ab und hat eine über seine ganze Länge sich
erstreckende, an seinem unteren Ende herausragende Welle, die an einer unteren Kupplung
87 angreift, welche mit der Antriebswelle einer Zahnradpumpe 88 in Eingriff ist.
Diese Pumpe ist ein in sich geschlossenes Bauteil, das axial mit dem Wechselstromerzeuger
82 ausgerichtet und kurz unterhalb von diesem angeordnet ist.
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Die Pumpe 88 ist auf einem kompakten Trag- und Verbindungskörper 90
gelagert, welcher über ein Gewinde 91 mit dem langen Rohrstück 77 verschraubt ist.
Der Trag- und Verbindungskörper 9o stellt den Anschluß für ein dem Rohrstück 77
ähnliches, gleichen Außendurchmesser aufweisendes Außenrohr 92 her; in erster Linie
dient er jedoch als mechanisches Lager für die Zahnradpumpe 88, die mit ihm über
geeignete, im Körper 90 starr befestigte Rohre verbunden ist. Die elektrischen Leiter
85, 86 sind zusätzlich durch Isolierhülsen 93, 94 in abgedichtete Bohrungen geführt.
Der Fig. 3C ist zu entnehmen, daß die Leiter 85, 86 zu den Isolierhülsen 93, 94
geführt sind, welche ihrerseits mit abgedichteten Schraub-Anschlußstücken 95, 96
verbunden sind, die dann mit axialen Bohrungen 97 und 98, die der Aufnahme der elektrischen
Leiter dienen, in Verbindung sind. Die Leiter 85, 86 durchsetzen den Körper 90,
unter dem sie in einer einzigen Bohrung 1o6 verlaufen.
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Ein Schmierölkanal 99 zieht sich vollständig durch den Tragkörper
90; wenn er auch aus Gründen der Klarheit in der Zeichnung als unterbrochen dargestellt
ist, so führt er dennoch von der Bodenfläche zur Oberseite des
Körpers
9o, um den die Zahnradpumpe 88, die Kupplung 87 und die anderen Bauteile oberhalb
des Körpers 90 aufnehmenden Raum mit Schmieröl zu versorgen. Der Wechselstromerzeuger
82 muß tatsächlich nicht das Rohrstück 77 vollständig versperren, so daß dem Schmieröl
die Möglichkeit gegeben ist, an seiner Außenseite zu dem über ihm befindlichen Raum
zu fließen. Es wird in diesem Zusammenhang daran erinnert, daß das Stopfenloch 83
kurz oberhalb des Wechselstromerzeugers 82 zur Zufuhr von Schmieröl vorgesehen ist,
und dieser ist zu seiner Schmierung und Kühlung von einem Ölbad durchflossen. Tatsächlich
ist ein einheitliches Schmiersystem vorzuziehen, und zu diesem Zweck läßt der Wechselstromerzeuger
82 einen Ölfluß zu allen Bereichen des Geräts zu.
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Die Pumpe 88 hat eine Niederdruck-Einlaß- und eine Hochdruck-Auslaßseite.
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Theoretisch ist es gleichgültig, welche Leitung die HD- oder die ND-Seite
ist; die Pumpe 88 ist mit Zahnrädern ausgestattet, die das ihr zugeführte Hydrauliköl
fördern. In Fig. 3C hat die Pumpe aber die HD-Auslaßseite loo und die ND-Einlaßseite
lol. Die ND-Leitung 102 erstreckt sich abwärts zu einer inneren ringförmigen Aussparung
103 innerhalb des Trag- und Verbindungskörpers 9o. Die HD- oder Auslaßseite loo
steht mit einem Durchfluß 104 in Verbindung, der an einer inneren Ringkehle 105
im Körper 9o endet.
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Der Tragkörper 9o ist von seiner Unterseite her ausgebohrt, so daß
drei eigene Bohrungen gebildet werden. Die Bohrung 106 hat den kleinsten Durchmesser,
ist mittig gelegen und kann die beiden Leiter 85, 86 aufnehmen, die durch die Axialdurchgänge
97, 98 in abgewinkelte Durchgänge und dann in die mittige axiale Bohrung 106 geführt
werden. Die beiden Leiter bilden ein Kabelpaar und sind im Innern einer zentralen
Röhre 110, die den geringsten Durchmesser von drei Röhren hat, angeordnet. Die nächst
weitere Röhre 111 erstreckt sich nach oben in den Tragkörper 9o bis kurz vor die
innere Ringkehle 105, wodurch sie mit der HD-Leitung 104 Verbindung hat.
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Das von dieser Leitung 104 zugeführte Öl fließt somit in einem konzentrischen
Kanal rund um die zentrale Röhre silo, begrenzt von der Zwischenröhre 111.
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Die nächst weitere Röhre 112 - dritte Röhre - begrenzt einen mit der
ringförmigen Aussparung 103 in Verbindung stehenden Ringkanal 103, der mit der ND-Leitung
102 verbunden ist. Damit ist die HD-Strömung im Gerät nach unten gerichtet und von
der nach oben zur Pumpe 88 hin gerichteten ND-Strömung außen umgeben.
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Der freie Raum 113 bildet einen Vorratsraum für Schmieröl, der, wie
schon erläutert wurde, über den Kanal 99 mit oberhalb des Körpers 9o befindlichen
Stellen Verbindung hat. Durch einen Dichtungsring 114, der dem Dichtungsring 43
(Fig. 3B) gleichartig ist und gleich diesem arbeitet, wird der Raum 113 unter Druck
gesetzt.
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Der Dichtungsring 114 ruht auf einer losen Buchse 115, die an ihrem
oberen Ende einen vorra-genden Bund 116 hat, der gegen den Dichtungsring 114 drückt.
Die Buchse 115 hat eine Erweiterung 117 (siehe Fig. 3D oben), mit welcher sie gegen
Windungen einer geschichteten Schraubenfeder 118 anliegt, die auf der äußeren Röhre
112 sitzt. Es ist zu bemerken, daß das Außenrohr 92 ein Fenster hat, so daß der
Fettpreßnippel am Dichtungsring 114 zugänglich ist. An dieser Stelle sind keine
außenliegenden, zum Schlamm hin freie bewegliche Teile vorhanden.
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Wie Fig. 3D zeigt, erstreckt sich das Außenrohr 92 zu einem stopfenartigen
Verbindungsglied 120. Beide Teile sind über das Gewinde 121 miteinander verbunden,
wobei geeignete O-Ring-Dichtungen oberhalb und unterhalb der Gewindeverbindung vorhanden
sind. Das Verbindungsglied 120 weist eine nach oben gerichtete Schulter 122 zur
Abstützung der Feder 118 auf. Die Schulter 122 liegt konzentrisch und einwärts von
der Gewindeverbindung 121. Auf der Innenseite der Schulter 122 befindet sich eine
konzentrische innere Gewindeverbindung 123 zum Anschluß an die konzentrische Röhre
112, die an der Gewindeverbindung 123 endet. Die ND-Strömung ist an der Innenwand
der Röhre 112 vorhanden und wird in diese Röhre durch einen Ringraum 124 eingeführt,
der seinerseits von einem Zuflußkanal 125 im Verbindungsglied 120 gespeist wird.
Der Zuflußkanal 125 ist eine Verlängerung eines in das Verbindungsglied 120 eingeschraubten
Einsatzes 126 von kleinem Durchmesser, der seinerseits mit einer benachbarten Öffnung
zu einem Ringkanal 127 Verbindung hat, um den Übergang zwischen einer Rohrleitung,
die sich an einer elektronischen Baugruppe, die noch zu erläutern sein wird, vorbei
erstreckt, und dem Einsatz 126 herzustellen.
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Die von der äußeren Röhre 112 umgebene Zwischenröhre 111 endet an
einer Gewindeverbindung 128, die sich unmittelbar oberhalb einer Ringvertiefung
129 befindet. Eine im Innern der Röhre 111 vorhandene Strömung wird zu der Ringvertiefung
129 geführt, von der aus sie durch eine kleine Bohrung 130 im Verbindungsglied 120
zu einem eingeschraubten Einsatz 131 gelangt, der dem Einsatz 126 gleichartig ist.
Der Einsatz 131 ist axial hohl, im Verbindungsglied
120 abgedichtet
und steht mit einem Ringkanal 132 in Verbindung, um einen Übergang vom eingeschraubten
Einsatz 131 zu einer Rohrleitung 133 zu bewerkstelligen, die sich nach abwärts an
der elektronischen Baugruppe vorbei erstreckt.
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Die hermetisch abgedichtete, kompakte elektronische Baugruppe 135
ist innerhalb des Rohres 136 angeordnet, das über das Gewinde 137 mit dem Unterteil
des stopfenartigen Verbindungsglieds 120 verbunden ist und als Verlängerung des
Außenrohres 92 dient; vorzugsweise hat es denselben Außendurchmesser wie dieses
Rohr 92. Die elektronische Baugruppe 135 ist nicht rund; sie füllt im wesentlichen
den gesamten Querschnitt des Außenrohres 136 aus, läßt jedoch ausreichenden Raum
für die beiden Rohrleitungen frei, die an ihr vorbei das HD- und ND-Hytauliköl führen.
Die elektronische Baugruppe wird mit elektrischer Energie versorgt, und zu diesem
Zweck enthält die in der Röhre 111 mittig angeordnete Röhre 11o das elektrische
Leiterpaar. Die Röhre 11o ist mit dem Verbindungsglied 120 kurz unterhalb der Ringvertiefung
129 durch das Gewinde 138 verschraubt. Die Leiter enden in Bajonettsteckern und
sind in einer Steckfassung 140 aufgenommen, die durch eine Schraubenfeder 141 aufwärts
gegen die Bajonettstecker gedrückt wird. Von der Fassung 140 führen geeignete Drähte
in die Elektronik 135, um diese mit der zu ihrem Betrieb notwendigen Energie zu
versorgen.
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Die exakte Art der elektronischen Baugruppe wird hier nicht spezifisch
angegeben, solche Baugruppen für die Erdformationsmessung sind bekannt. Es gibt
eine Vielzahl von Variablen, die durch elektronisch betriebene Wandler kodiert werden
können, die in der Baugruppe 135 untergebracht sind. Elezehnte dieser Baugruppe
geben Ausgangssignale ab, die durch zwei Paare von elektrischen Leitern, die sich
von der Baugruppe 135 nach unten erstrecken, übertragen werden. Die diese Signale
führenden Leiter gehen vom Boden der Baugruppe 135 (siehe Fig. 3E oben) aus, durchsetzen
eine Schraubenfeder 144, eine Steckdose 145 und einen in diese eingesetzten Stecker
146. Dann erstrecken sich die Leiter abwärts durch einen Hohlraum 147 in einem Stützkörper
148 und gehen durch eine kleine Öffnung 149 weiter nach unten. Ein Zweistellungsventil
150 entlastet augenblicklich Druck über einer bestimmten Höhe von der Leitung 155
in den das Ventil 150 umgebenden Bereich.
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Die elektronische Baugruppe 135 wird vom Stützkörper 148 getragen,
der mit dem Außenrohr 136 verschraubt ist und ferner einen axialen Strömungskanal
151 enthält, welcher in axialer Richtung mit einem Schraubverbindungsstück 152 in
Verbindung steht, um einen Weg für Hochdruck-1wdrauliköl zu schaffen. Das Hydrauliköl
wird über eine Rohrleitung an der elektronischen Baugruppe 135 vorbei in einen dem
Schraubverbindungsstück 152 benachbarten Einsatzkörper geführt, und diese beiden
Teile sind miteinander über eine ringförmige Ausnehmung 153 in Verbindung. Das Schraubverbindungsstück
hat in die Ausnehmung 153 mündende Öffnungen, so daß dem axialen Kanal 151 eine
Strömung zugeführt werden kann. Der Strömungsweg enthält ferner noch die Leitungen
155 durch das Ventil 150.
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Die Fig. 3D zeigte, daß die Rohrleitung 133 sich bis in die Nachbarschaft
der elektronischen Baugruppe 135 erstreckt. Diese Rohrleitung 133 öffnet in eine
ringförmige Ausnehmung 157, die unmittelbar an ein Einschraub-Rohrstück 158 angrenzt,
das in axialer Richtung hohl ist und radiale Kanäle aufweist, so daß eine Strömungsbahn
durch es hindurch in einen Strömungskanal 160 bestimmt ist. Die beiden Strömungskanäle
151 und 160 sind zueinander parallel und bilden zwei Wege für eine Überführung von
Öl unter Druck. Der eine Weg führt zur Pumpe, der andere kommt von dieser. Ein Weg
ist mit dem Entlastungsventil 150 verbunden; die HD-Leitung wird nach Wahl entleert,
wenn ein Ausgangssignal nicht vorliegt.
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Es ist hier zu beachten, daß der Strömungskanal 151 für das Öl durch
die Leitung 155 und das Ventil 150 zum Ausströmkanal 162 führt. Der Strömungskanal
160 des Stützkörpers 148 öffnet in das Innere des Geräts, bei dem hier eine weitere
Rohrhülle 164 zur Anwendung kommt, die mit dem Stützkörper 148 verschraubt ist.
Die Rohrhülle 164 hat den gleichen Außendurchmesser wie das Außenrohr 136, das ebenfalls
mit dem Stützkörper verschraubt ist, so daß beide sich in Längsrichtung des Arbeitsgeräts
erstrecken. Der Strömungskanal 160 öffnet in eine Leerkammer 165, die noch Teil
des Strömungsweges ist, der sich von dieser Kammer aus fortsetzt und darüber hinaus
ein Bad für die Bauteile im Innern des Geräts bildet. Hierbei handelt es sich auch
um eine Technik zur Stabilisierung der Temperatur, um die Entstehung von heißen
Stellen im Gerät zu verhindern.
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Der Ausströmkanal 162 (siehe Fig. 3E unten), der die Form eines Rohres,
das mit dem Ventil 150 verbunden ist, hat, ist in einen größeren Verbindungskörper
167 mit einer axialen Bohrung 168 eingeschraubt. Das ist der innere Strömungsweg.
Der äußere Strömungsweg führt von der Leerkammer 165 zur Außenseite
des
Verbindungskörpers 167, in dessen axialer Bohrung 168 eine Innenröhre 170 aufgenommen
ist, die durch ihren Hohlraum den inneren Strömungsweg fortsetzt. Die Innenröhre
170 ist in der Bohrung 168 verschiebbar. Der Verbindungskörper 167 weist einen abwärts
gerichteten Anschlag 171 auf, der einen Sitz für eine Schraubenfeder 172 bildet,
die die Innenröhre 170 außen umgibt. Die Feder 172 liegt innerhalb eines zur Röhre
170 konzentrischen Rohres 173, das mit dem Verbindungskörper 167 verschraubt ist.
Alle diese Teile sind in der Rohrhülle 164 eingeschlossen, die sich nach abwärts
fortsetzt und an ihrer Außenseite zusammen mit dem starkwandigen Schwerstangenkörper
11 einen Schlammströmungsweg begrenzt.
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Die beiden Strömungswege für Öl sind der zentrale Weg durch die Innenröhre
170 und der äußere Weg an der Außenseite dieser Röhre 170 und an beiden Seiten des
Rohres 173.
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Wie Fig. 3F als Fortsetzung des unteren Teils von Fig. 3E zeigt, endet
die Innenröhre 170 in einem erweiterten Bund 175, der am Rohr 173 anliegt und ausreichend
groß ist, um die Schraubenfeder 172 zu stützen. Diese Feder drückt somit den Bund
175 nach unten und vom Verbindungskörper 167 an ihrem oberen Ende weg. Das Rohr
173 ist mit einem Verschlußstopfen 180 verschraubt, der für eine Fortsetzung des
inneren Strömungsweges mit Hilfe eines von seiner Oberseite zu seinem Unterteil
hin gerichteten Durchlasses 181 sorgt. Der Durchlaß hat seine Fortsetzung in einem
rohrförmigen Bauteil 182. Der äußere Strömungsweg verläuft im Ringkanal 183, der
von der Innenwand der Rohrhülle 164 begrenzt wird, die den Verschlußstopfen 180
umschließt. Abstandsleisten 185 legen den Verschlußstopfen 181 fest, so daß der
äußere Strömungsweg an ihm vorbei verläuft. Im unteren Teil von Fig. 3F sind die
Strömungswege durch das rohrförmige Bauteil 182 und den übrigen Teil des Hohlraumes
bestimmt; die Kammer 188 ist ein Teil des Strömungsweges.
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Nach Fig. 3G ist das rohrförmige Bauteil 182 der Eingang zu einem
Zweistellungs-Vierwegeventil 195 (siehe auch Fig. 2), dessen Ventilgehäuse 190 den
erwähnten Flüssigkeitseingang 182 und den Flüssigkeitsauslaß 191 aufweist, der mit
der Kammer 188 in Verbindung steht. Das Ventilgehäuse 190 ist von Rippen 192, 193
gehalten, so daß der äußere Strömungsweg an ihm vorbeiführt, und es weist die beiden
Strömungskanäle 188 sowie 191 auf.
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Der Durchfluß wird von dem Magnetventil 195 geschaltet, das an das
vorher erwähnte Leiterpaar angeschlossen ist, die ein Schalten des Ventils zwischen
seinen beiden Arbeitsstellungen auslösen. Die beiden elektrischen
Leiter
sind in das Ventilgehäuse durch geeignete Dichtungen eingeführt, die sie isolieren.
Das Ventil hat zwei Ausgänge. Der eine davon ist der Ausströmkanal 198. Zwischen
beiden Ausgängen kann der Hochdruck nach Wahl geschaltet werden. Es ist zu bemerken,
daß die Ventilausgänge in konzentrischen Leitungen 197 und 199 vorhanden sind.
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Das Ventil 195 schaltet das HD-Hydrauliköl zu den Ausströmkanälen
196 und 198, wobei der eine die Hochdruckseite, der andere die Niederdruckseite
ist. Der Leerraum 200 ist auf niedrigem Druck und steht mit der Kammer 188 sowie
der ND-Durchtrittsöffnung 191 des Ventilgehäuses 19o in Verbindung.
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Eine Dichtungsringanordnung 201, die den Dichtungsringen 43 (Fig.
3B) sowie 144 (Fig. 3C) ähnlich ist, schließt den Leerraum 200 ab, indem sie zwischen
dem inneren rohrförmigen Leitkörper 199 und der äußeren Rohrhülle 164 abdichtet.
Schlamm fließt auch hier entlang der Innenseite der Schwerstange 11.
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Die Dichtungsringanordnung 201 setzt das Hydrauliköl im Raum 200 unter
Druck und bestimmt folglich den minimalen Druck im Sumpf des Hydrauliksystems. Der
Dichtung 201 wird durch Schmierfett Energie vermittelt, das durch einen Fettpreßnippel
zugeführt wird, wie oben geschildert wurde. Darüber hinaus wird der Dichtungsring
201 an einer bestimmten Stelle durch die Schulter 202, auf der sich der Ringträger
203 abstützt, gehalten.
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Der Ringträger 203 arbeitet mit der Schraubenfeder 204 zusammen, die
aufwärts gegen ihn drückt und, wie Fig. 3H zeigt, auf dem bodenseitigen Ubergangsstück
205 ruht. Letzteres ist mit der äußeren Rohrhülle 164 verschraubt und weist eine
Anschlagfläche 206 zur Abstützung der Feder 204 auf. Zusätzlich ist das Übergangsstück
205 mit den inneren rohrförmigen Leitkörpern 197, 199 verschraubt, die das Hydrauliköl
für den Betrieb eines unteren Kolbens führen.
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Der Leitkörper 197 mündet demzufolge in einen Innenkanal 21o, der
seinerseits in einen Ausflußkanal 211 übergeht, welcher sich durch den im Ubergangsstück
205 aufgenommenen Kolben 212 erstreckt. Unterhalb des Kolbens geht der Ausflußkanal
211 in einen beidseits offenen Querkanal 213 ein, welcher Öl unter Druck zuführt,
um den Kolben aufwärts zu drücken.
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Der äußere rohrförmige Leitkörper 199 ist zu einem Druchfluß 214 hin
offen, der oberhalb des Kolbens 212 mündet, welcher in einer zylindrischen Bohrung
216 aufgenommen ist. Diese Bohrung läßt einen Hub des Kolbens um eine ganz bestimmte
Strecke zu. Der Kolben 212 hat an seiner Oberseite einen Fortsatz 217 mit einer
außen liegenden Dichtung, so daß vom Innenkanal 21o Öl unter
Druck
am Kolben vorbeigeführt werden kann, öl aber nicht vom Kanal 21o auf dessen Stirnfläche
gelangt. Der in der Mitte des Kopfes des Kolbens befindliche Fortsatz 217 ist somit
abgedichtet und hält eine gleitende Dichtung in dem darüber befindlichen Innenkanal
21o aufrecht.
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Der Kolben 212 weist einen unteren, länglichen, zylindrischen Körper
220 auf, der eine axiale Höhlung 221 hat, welche einen Behälter für Dichtungsfett
bildet. Die Höhlung 221 ist von einem federbelasteten Stopfen 222 verschlossen,
der unter dem Aufwärtsdruck der Feder 223 steht, die von einer Kappe 224 in der
Höhlung festgehalten wird. Die Schraubenfeder 223 hält einen Druck am Stopfen 222
aufrecht, der seinerseits das Dichtungsfett in der Höhlung 221 unter Druck Setzt,
welches die Außenseite des unteren zylindrischen Kolbenkörpers 220 schmiert, indem
es durch einen Durchtritt 225 zur Außenseite hin zwischen einen oberen und unteren
O-Dichtungsring gelangt. Diese Dichtungsringe liegen an oder in einem mit Gewinde
versehenen Einsatzkörper 230, der in das bodenseitige Übergangsstück 205 eingeschraubt
ist. Wie zu bemerken ist, weist der Einsatzkörper 230 ein rohrförmiges, hohles,
konzentrisches Hemd auf, das sich aufwärts um den zylindrischen Körper 220 des Kolbens
erstreckt und eine Schulter zur Abstützung einer Schraubenfeder 233 hat, die den
Kolben aufwärts drückt. Der Einsatzkörper 230 ist mit Flügeln 235 versehen, die
das bodenseitige Übergangsstück 205 abstützen und mittig ausrichten sowie Strömungswege
236 bestimmen, durch die Schlamm zu einer mittigen Einschnürung 240 hin fließt.
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Diese Einschnürung hat eine ausreichende Größe, um das Schlammvolumen
transportieren zu können, und sie stellt eine enge Kehle aus verstärktem, hochbelastbaren,
abriebfesten Metall in Form eines Einsatzes dar, der durch einen Schnappring 241
in einer axialen Öffnung 242, die in einen Bodenring 243 gebohrt ist, festgehalten
ist. Die Strömungswege 236 laufen nach der Einschnürung 240 hin zusammen. Wenn der
Kolben 212 abwärts gedrückt wird, so wird sein zylindrischer, nach unten ragender
Körper 220 in die Einschnürung 240 hinein verschoben und begrenzt dort den Durchfluß
durch diese.
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Als Ergebnis dessen wird der Schlammfluß durch das Arbeitsgerät 1o
moduliert, um ein Signal zu bilden, das für die Variablen von Interesse kennzeichnend
ist.
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Es gibt im wesentlichen keine Beschränkungen hinsichtlich der Variablen,
die mit dem Gegenstand der Erfindung untersucht werden können. Das prillkire Erfordernis
ist, daß ein auf die Variable ansprechender Wandler eingebaut wird, um ein elektrisches,
die Variable in einer Signallänge kodierendes Signal zu bilden.
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Eine interessierende Variable ist beispielsweise die Ablenkung vom
vertikalen Winkel, und um diese Ablenkung oder Abweichung zu bestimmen, kann eine
Einrichtung nach Art eines Pendels zur Anwendung kommen. Das Ausgangssignal wird
in eine Impulslänge umgewandelt, die an das Ventil 195 gelegt wird, womit ein Druckimpuls
an den Kolben 212 zu dessen Arbeiten abgegeben wird. Da das Hydrauliköl in einer
geschlossenen Schleife vom Ventil 195 zum Kolben 212 fließt, ist ein sehr schnelles
Ansprechen gegeben. Ein stromaufwärtiger Speicher, der die Strömung über die von
der Pumpe allein gelieferte verstärkt, kann das schnelle Ansprechen noch unterstützen.
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Das Gerät arbeitet in der folgenden Weise: Schlamm wird durch das
Gerät gepumpt, so daß die Tragplatte 23 (Fig. 3A) und damit die Welle 45 gedreht
werden; letztere ist mit der Pumpe 88 verbunden, wie Fig. 2 zeigt.
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Die Pumpe 88 pumpt Öl unter Druck durch das Entlastungs- oder Uberströmventil
150, welches überflüssiges Öl abströmen läßt, um einen Gegendruck herabzumindern.
Öl, das benötigt wird, wird nicht abgelassen, sondern vielmehr durch das Ventil
15o zum Speicher und dann zum Zweistellungs-Vierwegeventil 195 gepumpt. Es ist klar,
daß tatsächlich in dem System ein Speicher arbeitet, wie das Hydraulikschema von
Fig. 2 zeigt. Das Ventil 195 betätigt den Kolben 212, um die Schlammströmung am
Boden des Geräts zu modulieren, wie Fig. 3H zeigt. Der Rücklauf erfolgt durch das
Zweistellungs-Vierwegeventil 195 zurück zum Speicher oder Sumpf, der symbolisch
in Fig. 2 dargestellt ist.