Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bohrlochwerkzeuge bzw. im
Bohrloch anzuordnende Werkzeuge und genauer auf Stabilisatoren für Bohrstränge, insbesondere
Meißelstabilisatoren.The
The present invention relates to downhole tools
Borehole to be arranged tools and more particularly to stabilizers for drill strings, in particular
Chisel stabilizers.
Richtbohren
beziehungsweise gerichtetes Bohren ist entweder kompliziert, teuer
und unzuverlässig
oder einfach, zuverlässig
aber eher beschränkt.
Zum größten Teil
erfüllt
die letztere Art alle Anforderungen. Diese Art beruht vollständig auf
Gravitation und kann nur die Neigung eines Lochs einstellen anstatt
seiner horizontalen Richtung.directional drilling
Directed drilling is either complicated or expensive
and unreliable
or simply, reliably
but rather limited.
Mostly
Fulfills
the latter kind all requirements. This species is completely based on
Gravity and can only adjust the inclination of a hole instead
its horizontal direction.
Ein
einstellbarer Stabilisator hat einen Basisdurchmesser, der größer als
der Bohrstrang ist, aber nicht zu groß wie das Bohrloch, das gebohrt
wird. Er verhindert, dass der Bohrstrang in die Seiten der Bohrung
berührt.
Wenn er aktiviert wird, nimmt sein Durchmesser jedoch zu und so
ist der Bohrstrang darauf beschränkt,
konzentrisch mit dem Loch zu verlaufen, das gebohrt wird. Somit
steuert ein einstellbarer Stabilisator in der Nähe des Bohrkopfes beziehungsweise
der Bohrmeißel
die Bohrmeißel
in Abhängigkeit
von seiner Aktivierung.One
adjustable stabilizer has a base diameter larger than
the drill string is, but not too big, like the hole drilled
becomes. He prevents the drill string in the sides of the hole
touched.
When activated, however, its diameter increases and so does
the drill string is limited to
to run concentrically with the hole being drilled. Consequently
controls an adjustable stabilizer near the drill head or
the drill bit
the drill bits
dependent on
from his activation.
Meißeldirektantriebe
beziehungsweise Bohrmotoren werden häufig beim Bohren benutzt. Der Strang
selbst wird nicht gedreht. Stattdessen dreht der Motor in der Nähe des Endes
des Strangs nur die Meißel
beziehungsweise den Kopf an dem Ende. Der Motor wird hydraulisch
durch Bohrschlamm angetrieben, der von der Oberfläche gepumpt
wird. Der Bohrmotor sollte sich so dicht wie möglich an der Meißel befinden,
aber ein Stabilisator kann zwischen ihnen angeordnet sein, um Steuerung
bereitzustellen.A direct bit drives
or drilling motors are often used in drilling. The strand
itself is not turned. Instead, the engine turns near the end
of the strand only the chisels
or the head at the end. The engine becomes hydraulic
Driven by drilling mud pumped from the surface
becomes. The drill motor should be as close as possible to the bit,
but a stabilizer can be arranged between them to control
provide.
Somit
wird ein kurzer Stabilisator gefordert. Bohrlochstabilisatoren sind
auf eine Anzahl unterschiedlicher Weisen aktiviert beziehungsweise
betätigt
worden.Consequently
a short stabilizer is required. Borehole stabilizers are
activated in a number of different ways, respectively
actuated
Service.
In EP-A-0251543 ist
ein einigermaßen
kurzer Stabilisator offenbart, aber er umfasst die Verwendung mechanischer
Druckkräfte
auf den Bohrstrang, um ihn zu fixieren und zu lösen.In EP-A-0251543 For example, a reasonably short stabilizer is disclosed, but includes the use of mechanical compressive forces on the drill string to fix and loosen it.
In US-A-4951760 wird
ein Stabilisator hydraulisch betrieben, wobei Fluiddruck von Unterdruck gesetztem
Bohrschlamm eingesetzt wird, um den Stabilisator durch einen Kolbendorn
zu aktivieren, der sich axial in einer Bohrung des Körpers des
Stabilisators bewegt und Rampen oder Nockenelemente hat, die eine
Stabilisatorstange radial nach außen bewegen. Eine lange und
starke Feder bewegt den Stabilisator in eine deaktivierte Position
zurück,
wenn der Fluiddruck abgelassen wird.In US-A-4951760 For example, a stabilizer is hydraulically operated using fluid pressure from pressurized drilling mud to activate the stabilizer by a piston mandrel that moves axially within a bore of the body of the stabilizer and has ramps or cam members that move a stabilizer bar radially outward. A long and strong spring returns the stabilizer to a deactivated position when the fluid pressure is released.
In
demselben Patent erhöht
ein Drosselelement den Druckabfall über dem Werkzeug, was sowohl
dazu dient, die Bewegung des Dorns zur Betätigung des Werkzeugs zu beschleunigen,
als auch, um der Oberfläche
den Zustand der Aktivierung beziehungsweise Betätigung des Werkzeugs anzuzeigen.In
the same patent
a throttle element reduces the pressure drop across the tool, resulting in both
serves to accelerate the movement of the mandrel to operate the tool,
as well as to the surface
indicate the state of activation or actuation of the tool.
In GB-A-2346443 dreht
ein Steuerkolben, der hydraulisch betätigt wird, eine Hülse, die
in einer Position eine Bewegung eines Dorns ermöglicht, um das Werkzeug zu
aktivieren, und in einer anderen Position eine solche Bewegung verhindert,
obwohl in jedem Fall dieselben hydraulischen Kräfte auf den Dorn ausgeübt werden.In GB-A-2346443 For example, a control piston which is hydraulically actuated rotates a sleeve which, in one position, permits movement of a mandrel to activate the tool and in such other position prevents such movement, although in each case the same hydraulic forces are exerted on the mandrel ,
Es
ist zumindest in einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Aufgabe,
ein Bohrwerkzeug bereitzustellen, das relativ kurz ist und nicht
die Nachteile des Standes der Technik aufweist oder zumindest ihre
Effekte verringert.It
is at least in one aspect of the present invention a task
to provide a drilling tool that is relatively short and not
has the disadvantages of the prior art or at least their
Reduced effects.
In
einem anderen Aspekt ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Bohrwerkzeug bereitzustellen, das mechanischen Kontakt zwischen Komponenten
minimiert, um die Möglichkeit
zur Verklemmung sowie Verschleiß zu
verringern.In
In another aspect, it is an object of the present invention
to provide a drilling tool, the mechanical contact between components
minimized the opportunity
to jamming as well as wear too
reduce.
US-A-3974886 offenbart
ein Bohrwerkzeug, das aufweist:
einen Körper mit einer Durchgangsbohrung,
einen
Dorn mit einer Durchgangsbohrung, der in der Körperbohrung axial verschiebbar
ist, um das Werkzeug zu aktivieren und zu deaktivieren, und
ein
Ventil mit einer Aktivierungs- und einer Deaktivierungsposition,
wobei in der Aktivierungsposition unter Druck entlang der Körperbohrung
gepumpter Bohrschlamm das Werkzeug aktiviert und in der Deaktivierungsposition
unter Druck entlang der Körperbohrung
gepumpter Bohrschlamm das Werkzeug nicht aktiviert. US-A-3974886 discloses a drilling tool comprising:
a body with a through hole,
a mandrel having a through bore axially slidable in the body bore to activate and deactivate the tool, and
a valve having an activation and a deactivation position wherein drilling mud pumped under pressure along the body bore in the activation position activates the tool and the tool does not activate the tool in the deactivation position under pressure along the body bore.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Bohrmotor, wie er oben definiert ist, bereitgestellt,
der dadurch gekennzeichnet ist, dass:
das Ventil durch eine Änderung
in dem Druck des Bohrschlamms schaltbar ist, um dadurch die Bewegung
des Dorns hydraulisch zu steuern,
wobei das Ventil einen Steuerkolben
aufweist, der in der Dornbohrung gegen die Kraft einer Rückstellfeder
durch Bohrschlammdruck aus einer Niederdruckposition in eine Druckposition
verschiebbar ist.According to the present invention, there is provided a drilling motor as defined above, characterized in that:
the valve is switchable by a change in the pressure of the drilling mud to thereby hydraulically control the movement of the mandrel,
wherein the valve has a control piston which is displaceable in the mandrel bore against the force of a return spring by Bohrschlammdruck from a low pressure position to a printing position.
Bevorzugt
steuert das Ventil den Bohrschlamm, um den Dorn hydraulisch anzutreiben,
um das Werkzeug sowohl zu aktivieren als auch zu deaktivieren. Auf
diese Weise wird durch hydraulisches Antreiben des Dorns in beide
Richtungen die Notwendigkeit einer starken Rückstellfeder vermieden.Prefers
the valve controls the drilling mud to hydraulically drive the mandrel
to both activate and deactivate the tool. On
This is done by hydraulically driving the mandrel into both
Directions avoided the need for a strong return spring.
Die
Druckposition kann abwechselnd eine von der Aktivierungsposition
und der Deaktivierungsposition sein, die axial entlang der Dornbohrung
von der Aktivierungsposition beabstandet ist, wobei das Werkzeug
durch Schlammdruck aktiviert wird, wobei das Werkzeug durch Schlammdruck
aktiviert wird, wenn der Kolben in der Aktivierungsposition ist,
und deaktiviert wird, wenn er in der Deaktivierungsposition ist.
Die Aktivierungsposition kann sich zwischen der Deaktivierungsposition
und der Niederdruckposition des Kolbens befinden.The print position can alternately a from the activating position and the deactivating position spaced axially along the mandrel bore from the activating position, the tool being activated by mud pressure, the tool being activated by mud pressure when the piston is in the activating position and being deactivated when in is the deactivation position. The activation position may be between the deactivation position and the low pressure position of the piston.
Bevorzugt
ist eine Rückführstufe
in dem Körper
und dem Dorn ausgebildet, um ringförmige Kammern zwischen ihnen
auf jeder Seite der Rückführstufe
zu bilden, wobei eine Kammer dazu dient, das Werkzeug zu aktivieren,
wenn sie mit Schlamm unter Druck gesetzt ist, während die andere dazu dient, das
Werkzeug zu deaktivieren.Prefers
is a recycling stage
in the body
and the mandrel is formed to form annular chambers between them
on each side of the recycling stage
with a chamber serving to activate the tool,
when it is pressurized with mud while the other one serves that
Disable tool.
Der
Steuerkolben kann einen axial angeordneten Kanal und eine Dichtung
gegen den Dorn an beiden Enden des Kanals haben, wobei der Dorn zwei
Durchlassöffnungen,
die jede der ringförmigen Kammern
mit der Dornbohrung verbinden, und eine dazwischen liegende Durchlassöffnung aufweist,
die zum Druckausgleich des Kanals dient, wobei der Kolben in der
Aktivierungsposition eine Kammer mit dem Kanal und die andere Kammer
mit der Kolbenbohrung jenseits der Dichtungen verbindet, und umgekehrt
in der Deaktivierungsposition.Of the
Control piston can have an axially arranged channel and a seal
against the spike at both ends of the channel, the spike being two
Passage openings,
each of the annular chambers
connect to the mandrel bore, and has an intermediate passage opening,
which serves to equalize the pressure of the channel, wherein the piston in the
Activation position one chamber with the channel and the other chamber
connects with the piston bore beyond the seals, and vice versa
in the deactivation position.
Die
Dornbohrung und der Kolben sind bevorzugter gestuft, wobei die durch
die Stufe zwischen ihnen gebildete ringförmige Kolbenkammer mit einem Druckausgleichsmittel
versehen ist, so dass ein Druck von Bohrschlamm in dem Körper den
Kolben entlang des Dorns bewegt, um die Kolbenkammer zu schließen.The
Spindle bore and the piston are more preferably stepped, with the through
the step between them formed annular piston chamber with a pressure compensation means
is provided so that a pressure of drilling mud in the body the
Piston moves along the mandrel to close the piston chamber.
Der
Kolben und der Dorn bilden bevorzugt zwischen sich eine Mantelkurve
(barrel cam), so dass sich der Kolben bei einer axialen Bewegung
von ihm in Bezug auf den Dorn dreht, wobei die Kurve in Abhängigkeit
von der Winkelposition des Kolbens in dem Dorn unterschiedliche
Hübe des
Kolbens zulässt.Of the
Piston and the mandrel preferably form between them a mantle curve
(barrel cam), so that the piston during an axial movement
turns from him in relation to the thorn, with the curve depending
different from the angular position of the piston in the mandrel
Strokes of the
Piston allows.
Der
Kolben und der Dorn können
ineinander greifende Verzahnungen aufweisen, die, wenn sie einander
in einer ersten Winkelposition des Kolbens in Bezug auf den Dorn
gegenüberstehen,
wie es durch die Mantelkurve festgelegt wird, dem Kolben erlauben,
sich in eine von der Aktivierungs- und der Deaktivierungsposition
zu bewegen, und, wenn sie ineinander greifen, dem Kolben erlauben,
sich in die andere von der Aktivierungs- und der Deaktivierungsposition zu bewegen.Of the
Piston and the spike can
have interlocking teeth, which, when they are each other
in a first angular position of the piston with respect to the mandrel
face,
as determined by the mantle curve, allow the piston
into one of the activation and deactivation positions
to move, and, when they mesh, allow the piston,
to move to the other of the activation and deactivation positions.
Die
Mantelkurve kann einen Stift in einer Bahn aufweisen, und die Bahn
ist so angeordnet, dass eine Drehung des Kolbens in Bezug auf den Dorn
vollendet ist, bevor die Verzahnungen aneinander angreifen. Die
Bahn kann sich an dem Kolben und der Stift an dem Dorn befindet.The
Sheath curve may include a pin in a track, and the track
is arranged so that rotation of the piston with respect to the mandrel
is completed before the gears attack each other. The
The web can be on the piston and the pin on the mandrel.
Die
Bahn ist bevorzugt so angeordnet, dass die Verzahnungen in entweder
der Aktivierungs- oder der Deaktivierungsposition aneinander stoßen und axiale
hydraulische Kräfte
zwischen dem Kolben und dem Dorn übertragen, bevor der Stift
das Ende der Bahn erreicht.The
Web is preferably arranged so that the gears in either
the activation or deactivation position abut each other and axial
hydraulic forces
transferred between the piston and the mandrel before the pin
reached the end of the train.
Bevorzugt
befindet sich die Rückführstufe
in Bezug auf den Körper
innen und weist zwei Ringe auf, die verbunden sind und zwischen
ihnen Ringsektoren fangen, die in einer ringförmigen Vertiefung in dem Körper aufgenommen
sind.Prefers
is the return stage
in relation to the body
inside and has two rings that are connected and between
catch them ring sectors, which are received in an annular recess in the body
are.
Ein
Kanal durch die Rückführstufe
kann mit einem Druckausgleichsmittel versehen sein und mit der Zwischen-Durchlassöffnung des
Dorns in Verbindung stehen, wobei der Dorn gegen die Rückführstufe
auf jeder Seite des Kanals und der Zwischen-Durchlassöffnung abgedichtet ist.One
Channel through the feedback stage
can be provided with a pressure compensation means and with the intermediate passage opening of the
Dorns communicate with the mandrel against the return stage
is sealed on each side of the channel and the intermediate passage opening.
Der
Durchmesser der Kammern ist bevorzugt unterschiedlich, wobei die
Kammer, die dazu dient, das Werkzeug zu aktivieren, wenn sie unter Druck
gesetzt ist, den größeren Durchmesser
hat.Of the
Diameter of the chambers is preferably different, the
Chamber, which serves to activate the tool when under pressure
is set, the larger diameter
Has.
Zusätzlich oder
alternativ ist der Durchmesser des Dorns in dem Körper auf
den Seiten der Kammern entfernt von der Rückführstufe auf der Seite größer, auf
der hydraulischer Druck den Dorn bewegt, um das Werkzeug zu aktivieren.Additionally or
alternatively, the diameter of the mandrel is in the body
the sides of the chambers away from the recirculation step on the side larger, on
the hydraulic pressure moves the mandrel to activate the tool.
Diese
beiden Unterschiede dienen dazu, die Kraft zu erhöhen, mit
der das Werkzeug aktiviert wird, was in dem Falle eines Stabilisators
notwendig sein kann, wenn sich der Bohrstrang nicht bereits zentral in
dem Loch befindet, das gebohrt wird.These
both differences serve to increase the power with
the tool is activated, which in the case of a stabilizer
may be necessary if the drill string is not already centrally located in
the hole is being drilled.
Ein
Drosselventil kann betätigt
werden, wenn das Werkzeug aktiviert wird, wobei eine solche Betätigung dazu
dient, den Druckabfall des Bohrschlamms über das Werkzeug zu ändern, um
die Zustände
der Aktivierung des Werkzeugs anzuzeigen. Der Kolben kann eine Kolbendrosselplatte über die Kolbenbohrung
in Berührung
Fläche
an Fläche
mit einer Kolbendrosselplatte tragen, wobei die Drosselplatten in
Bezug auf den Kolben beziehungsweise den Dorn winkelmäßig fixiert
sind und einen Schlammfluss durch das Werkzeug in Abhängigkeit von
ihrer relativen Winkelposition drosseln.One
Throttle valve can be actuated
be when the tool is activated, with such an operation to do so
serves to change the pressure drop of the drilling mud over the tool to
the conditions
the activation of the tool. The piston may have a piston throttle plate via the piston bore
in touch
area
on area
wear with a piston throttle plate, the throttle plates in
Fixed angularly relative to the piston or the mandrel
are and a mud flow through the tool depending on
throttle their relative angular position.
Die
Dorndrosselplatte ist bevorzugt winkelmäßig in Bezug auf den Körper fixiert,
wobei der Körper
in Bezug auf den Dorn winkelmäßig fixiert
ist.The
Mandrel throttle plate is preferably angularly fixed with respect to the body,
being the body
angularly fixed with respect to the mandrel
is.
Die
Drosselplatten habe bevorzugt eine zentrale Öffnung in Ausrichtung miteinander
und abwechselnde Sektorräume
und Sektorvorsprünge,
so dass dann, wenn die Vorsprünge
an den Platten des Kolbens und des Dorns in Ausrichtung miteinander sind,
Schlamm durch sowohl die zentrale Öffnung als auch die Räume fließt, und
dann, wenn die Vorsprünge
und Räume
in Ausrichtung sind, Schlamm durch die zentrale Öffnung fließt.The throttle plates preferably have a zen and, when the protrusions on the plates of the piston and the mandrel are in alignment with each other, sludge flows through both the central opening and the spaces, and then when the protrusions and Spaces are in alignment, mud flows through the central opening.
In
einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Dorn zur
Betätigung
des Werkzeugs durch hydraulischen Druck des Bohrschlamms bewegt,
wenn das Ventil ein Auslassen einer Auslasskammer zulässt. Bevorzugt
wird in diesem Fall der Dorn zur Deaktivierung des Werkzeugs bei
einer Entlastung des hydraulischen Drucks durch eine Dornrückstellfeder
bewegt.In
In another aspect of the present invention, the mandrel is used for
activity
of the tool moved by hydraulic pressure of the drilling mud,
when the valve allows a discharge of an outlet chamber. Prefers
In this case, the mandrel for deactivating the tool at
a relief of the hydraulic pressure by a mandrel return spring
emotional.
Die
Auslasskammer kann durch eine Stufe zwischen dem Dorn und dem Körper gebildet
werden.The
Outlet chamber may be formed by a step between the mandrel and the body
become.
Der
Kolben kann dazu dienen, um eine Durchlassöffnung zwischen der Auslasskammer
und der Körperbohrung
zu öffnen
und zu schließen.
Bevorzugt öffnet
der Kolben dann, wenn er sich von der Niederdruckposition in die
Druckposition bewegt, die Durchlassöffnung nur, wenn er sich in
die Aktivierungsposition bewegt.Of the
Piston may serve to provide a passageway between the outlet chamber
and the body bore
to open
and close.
Preferably opens
the piston then, when moving from the low pressure position into the
Print position moves, the passage opening only when he is in
moves the activation position.
Bevorzugt
bildet der Körper
mit den Enden des Kolbens und des Dorns eine Ventilkammer, wobei
das Drosselventil einen Weg zwischen dem Kolben und dem Körper aufweist,
der geöffnet
ist, wenn sich der Kolben in die Aktivierungsposition bewegt und
sich der Dorn bewegt, um das Werkzeug zu aktivieren, und der Verengung
wird, wenn sich der Kolben in die Deaktivierungsposition bewegt.Prefers
forms the body
with the ends of the piston and the mandrel a valve chamber, wherein
the throttle valve has a path between the piston and the body,
the opened
is when the piston moves to the activation position and
the mandrel moves to activate the tool and the constriction
when the piston moves to the deactivation position.
In
einer Anwendung der vorliegenden Erfindung ist das Werkzeug ein
Stabilisator und weist Komponenten auf, die in dem Körper radial
angeordnet sind und während
der Aktivierung des Werkzeugs nach außen gedrückt werden, um den effektiven Durchmesser
des Stabilisators zu erhöhen.In
One application of the present invention is the tool
Stabilizer and has components that are radial in the body
are arranged and while
Activation of the tool can be pushed outward to the effective diameter
of the stabilizer.
Tatsächlich stellt
die Erfindung einen Bohrstrang bereit, der eine Bohrmeißel und
einen in der Nähe
der Meißel
angeordneten Stabilisator aufweist, wie er oben definiert wurde.Actually
the invention provides a drill string having a drill bit and
one nearby
the chisel
having arranged stabilizer, as defined above.
Die
Erfindung wird hierin weiter beispielhaft unter Bezugnahme auf die
angefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:The
Invention will be further exemplified herein with reference to FIGS
appended
Drawings in which:
1a und 1b ein
Längsschnitt
durch einen Stabilisator gemäß der vorliegenden
Erfindung sind, wenn sie Ende an Ende entlang der Linien X-X in
jeder Zeichnung zusammengefügt
werden, 1a and 1b a longitudinal section through a stabilizer according to the present invention, when assembled end to end along the lines XX in each drawing,
1c eine
Endansicht einer Drosselplatte ist, 1c is an end view of a throttle plate,
2a bis 2f Längsschnitte
durch den Stabilisator der 1 in verschiedenen
Zuständen der
Aktivierung sind, 2a to 2f Longitudinal sections through the stabilizer of 1 are in different states of activation,
3 ein
schematisches Diagramm der Werkzeugaktivierungsanordnung eines Werkzeugs gemäß der vorliegenden
Erfindung ist, 3 FIG. 3 is a schematic diagram of the tool activation assembly of a tool according to the present invention; FIG.
4 ein
schematisches Diagramm einer alternativen Anordnung ist, 4 is a schematic diagram of an alternative arrangement,
5 eine
schematische Darstellung ähnlich
zu den 3 und 4 einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
ist, die der in den obigen 1 und 2 gezeigten Anordnung entspricht, 5 a schematic representation similar to the 3 and 4 Another preferred embodiment is that in the above 1 and 2 corresponds to the arrangement shown,
6a ein
seitliches Profil der Mantelkurvenbahn ist, die an einem Steuerkolben
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, wobei 6b einen
vergrößerten Schnitt
durch den Steuerkolben aufweist, 6a is a lateral profile of the Mantelkurvenbahn, which is used on a control piston according to the present invention, wherein 6b has an enlarged section through the control piston,
7 eine
Darstellung eines in einem Bohrloch anzuordnenden Bohrstrangs ist
und 7 is an illustration of a drill string to be arranged in a borehole, and
8a und
b Schnitte durch eine alternative Anordnung der vorliegenden Erfindung
sind. 8a and b are sections through an alternative arrangement of the present invention.
Auf
die 1a und 1b Bezug
nehmend, weist ein Bohrstrangstabilisator 10 einen Körper 12 in zwei
Teilen 12a, 12b auf. Ein Dorn 14 ist
in einer Bohrung 16 des Körpers 12 verschiebbar.
Der Dorn weist ebenfalls zwei Teile 14a, 14b auf.
Ein Steuerkolben 18 ist in einer Bohrung 20 des
Dorns 14 verschiebbar.On the 1a and 1b Referring to, a drill string stabilizer 10 a body 12 in two pieces 12a . 12b on. A thorn 14 is in a hole 16 of the body 12 displaceable. The mandrel also has two parts 14a . 14b on. A control piston 18 is in a hole 20 of the thorn 14 displaceable.
Der
Körper 12 hat
vergrößerte Stabilisatorstäbe 22,
die spiralartig gebildete Stäbe
aufweisen, in denen Kolben 24 in radial ausgerichteten
Bohrungen 26 durch die Wand des Körpers 12 angeordnet
sind. Auf Querstifte 30 (die in den Kolben 24 befestigt
sind) und Bolzen 32 (die in den Stabilisatorstäben 22 befestigt
sind) drücken
den Kolben 24 radial nach innen gegen Keilflächen 34,
die an dem Dorn 14 ausgebildet sind. Wenn sich der Dorn 14 in 1 nach links bewegt, werden die Kolben 24 radial
nach außen
gedrückt,
um den effektiven Durchmesser des Stabilisators 10 zu erhöhen. Die
Winkelposition des Dorns 14 ist durch einen Stift 36 in
dem Körper 12 fixiert,
der in einen Schlitz 38 in der Seite des Dorns 14 eingreift.The body 12 has enlarged stabilizer bars 22 having spirally formed rods in which pistons 24 in radially aligned bores 26 through the wall of the body 12 are arranged. On cross pins 30 (which in the piston 24 are attached) and bolts 32 (in the stabilizer bars 22 attached) press the piston 24 radially inward against wedge surfaces 34 attached to the thorn 14 are formed. When the thorn 14 in 1 moved to the left, the pistons are 24 pressed radially outward to the effective diameter of the stabilizer 10 to increase. The angular position of the spine 14 is through a pen 36 in the body 12 fixed in a slot 38 in the side of the thorn 14 intervenes.
Eine
Rückstellfeder 40 ist
in der Bohrung 20 des Dorns 14 angeordnet und
liegt an einer Schulter 42 des Dorns an einem Ende und
durch ein Drucklager 44 an dem Kolben 18 an.A return spring 40 is in the hole 20 of the thorn 14 arranged and lies on a shoulder 42 of the spine at one end and through a thrust bearing 44 on the piston 18 at.
Der
Kolben 18 hat seine eigene Durchgangsbohrung 46,
so dass sich ein freier Kanal von einem stromaufwärts gelegenen
Ende 10a zu einem stromabwärts gelegenen Ende 10b des
Werkzeugs 10 erstreckt. Der Kolben 18 ist gegen
die Bohrung 20 des Dorns 14 durch Ringdichtungen 50, 52 abgedichtet, die,
wie zu sehen ist, von verschiedenen Durchmessern sind. Da die Kolbenkammer 54 mit
einem Druckausgleichsmittel versehen ist (wie weiter unten erläutert wird)
hat dementsprechend jede Erhöhung
in dem hydraulischen Druck in der Bohrung 46 eine Bewegung
des Kolbens nach links zur Folge, wie es in 1 gezeigt
ist.The piston 18 has its own through hole 46 so that a free channel of one upstream end 10a to a downstream end 10b of the tool 10 extends. The piston 18 is against the hole 20 of the thorn 14 through ring seals 50 . 52 sealed, which, as can be seen, are of different diameters. Because the piston chamber 54 is provided with a pressure compensation means (as will be explained below) accordingly has any increase in the hydraulic pressure in the bore 46 a movement of the piston to the left entails, as in 1 is shown.
Die
Kolbenkammer 54 steht mit einer Zwischen-Durchlassöffnung 60 des
Dorns 14 in Verbindung, die wiederum mit einem Kanal 62 in
einem Stufenring 64 und dann mit einer Öffnung 66 in Ringsektoren 68 und
schließlich
mit einer Druckausgleichsöffnung 70 in
der Wand des Körpers 12 in
Verbindung steht.The piston chamber 54 stands with an intermediate passage opening 60 of the thorn 14 in conjunction, in turn, with a channel 62 in a step ring 64 and then with an opening 66 in ring sectors 68 and finally with a pressure equalization port 70 in the wall of the body 12 communicates.
Somit
wird, wie es im Stand der Technik gut bekannt ist, Bohrschlamm unter
Druck entlang des Bohrstrangs nach unten und durch den Stabilisator 10 gepumpt.
Er kehrt unter verringertem Druck um die Außenseite des Bohrstrangs und
des Stabilisators 10 zurück. Wenn der Bohrstrang mit
Bohrschlamm unter Druck gesetzt wird, bewegt sich der Kolben 18 dementsprechend
in der Zeichnung nach links und drückt die Feder 40 zusammen.
Eine Mantelkurve 72 ist an einem Ende des Kolbens 18 ausgebildet,
wobei der Dorn 14 mit Stiften 74 versehen ist, deren
Enden an der Mantelkurve 72 angreifen.Thus, as is well known in the art, drilling mud is pressurized down the drill string and through the stabilizer 10 pumped. It returns under reduced pressure around the outside of the drill string and stabilizer 10 back. When the drill string is pressurized with drilling mud, the piston moves 18 Accordingly, in the drawing to the left and presses the spring 40 together. A mantle curve 72 is at one end of the piston 18 formed, wherein the mandrel 14 with pins 74 is provided, the ends of the mantle curve 72 attack.
Auf
die 6a und 6b verweisend
ist die Mantelkurve 72 mit einer Nockenbahn 76 gezeigt. Die
Pfeile in der Zeichnung zeigen die Bewegung der Stifte 74,
wenn sich der Kolben in der axialen Richtung nach hinten und nach
vorne bewegt. Wenn der Stift 74 in der Position Z startet,
wie es in 6b gezeigt ist, dann stößt der Stift
dann, wenn sich die Mantelkurve in der Zeichnung nach unten bewegt,
an Punkt A gegen die Seite der Bahn 76, woraufhin eine weitere
axiale Bewegung des Kolbens eine Drehung des Kolbens zur Folge hat,
bis der Punkt B erreicht ist. Der Kolben kann weiterhin eine axiale
Bewegung durchführen,
bis der Stift den Punkt C erreicht. Wenn der Schlammdruck verringert
wird, bewegt die Feder 40 den Kolben zurück, der
sich axial bewegt, bis der Stift 74 bei D gegen die Wand
der Bahn 76 stößt, woraufhin
sich der Kolben in dieselbe Richtung wie beim Bewegen von A nach
B dreht, bis er den Punkt E erreicht. Das nächste Mal, wenn der Schlammdruck wieder
erhöht
wird, bewegt sich der Kolben wieder axial, bis der Stift 74 an
Punkt F gegen die Wand 76 der Bahn stößt, wo der Kolben wieder gedreht
wird, um sich in dieselbe Richtung zu drehen, und bis der Stift
den Punkt G erreicht. Beim nächsten
Zyklus, wenn der Schlammdruck wieder verringert wird, stößt der Stift
bei H gegen die Bahn 76, bevor der Kolben wiederum gedreht
wird, bis der Stift 74 den Punkt I erreicht, was äquivalent
zu der Startposition ist.On the 6a and 6b referring is the mantle curve 72 with a cam track 76 shown. The arrows in the drawing show the movement of the pins 74 when the piston moves back and forth in the axial direction. If the pen 74 in position Z starts, as in 6b is shown, then the pin abuts when the mantle curve moves in the drawing down, at point A against the side of the web 76 whereupon further axial movement of the piston results in rotation of the piston until point B is reached. The piston may continue to make an axial movement until the pin reaches point C. When the mud pressure is reduced, the spring moves 40 the piston back, which moves axially until the pin 74 at D against the wall of the train 76 whereupon the piston rotates in the same direction as when moving from A to B until it reaches the point E. The next time the mud pressure is increased again, the piston moves back axially until the pin 74 at point F against the wall 76 the web abuts where the piston is again rotated to rotate in the same direction and until the pin reaches point G. The next cycle, when the mud pressure is reduced again, hits the web at H 76 Before the piston is turned again, turn the pin 74 reaches the point I, which is equivalent to the starting position.
Der
Kolben 18 ist mit Verzahnungen 78a an einer äußeren Oberfläche von
ihm versehen, und die Verzahnungen passen zu internen Verzahnungen 78b in
dem Dorn 14. Tatsächlich
können
die Verzahnungen 78b ein einem separaten Element 80 vorgesehen
sein, das an die Basis einer Stufe 82 in dem Dorn 14 geschraubt
ist, die eigentlich die Kolbenkammer 54 definiert.The piston 18 is with gears 78a provided on an outer surface of it, and the gears fit internal gears 78b in the thorn 14 , In fact, the gears can 78b a separate element 80 be provided at the base of a stage 82 in the thorn 14 screwed, which is actually the piston chamber 54 Are defined.
Die
Bahn 72 ist so in Bezug auf die Verzahnungen 78a an
dem Kolben 18 angeordnet, und die Verzahnungen 78b in
dem Dorn 18 sind so in Bezug auf die Stifte 74 angeordnet,
dass die Verzahnungen 78a, 78b dann, wenn der
Stift Position B in der Bahn 76 erreicht, fingerartig ineinander
greifen, wie es in 6b gezeigt ist. Dies bedeutet,
dass sich der Kolben entlang der Bohrung 20 des Dorns nach
unten bewegen kann, bis die abgefaste Kante 84 der Verzahnungen 78a die
abgefaste Basis 86 des Verzahnungselements 80 berührt und
an diesem anliegt. Tatsächlich
ist die Bahn 76 so angeordnet, dass ein Kontakt zwischen
den Verzahnungen stattfindet, bevor der Stift das Ende der Bahn 76 bei
C berührt,
so dass dann, wenn eine weitere Kraft zwischen dem Kolben 18 und
dem Dorn 14 ausgeübt
wird, diese durch die substantielleren Anlagen zwischen den Verzahnungsflächen 84, 86 als
durch den Stift 74 und die Bahn 76 übertragen
wird. Auf der anderen Seite sind die Verzahnungen 78a, 78b einander
zugewandt, wenn sich der Stift in Position G befindet, so dass sich
der Kolben nur vorbewegen kann, bis die abgefaste Kante 84 an
der abgefasten Fläche 88 der Verzahnungen 78b anliegt.
In ähnlicher
Weise stoßen
die Verzahnungen 78a, 78b aneinander an, bevor
der Stift 76 bei G gegen die Basis der Bahn 76 stößt.The train 72 is so in terms of gearing 78a on the piston 18 arranged, and the gears 78b in the thorn 18 are so in terms of pens 74 arranged that the gears 78a . 78b then when the pin position B in the path 76 reached, finger-like interlocking, as in 6b is shown. This means that the piston is along the bore 20 of the spine can move down until the chamfered edge 84 the gears 78a the chamfered base 86 of the toothed element 80 touched and is attached to this. In fact, the train is 76 arranged so that contact between the gears takes place before the pin reaches the end of the web 76 touched at C, so then, if another force between the piston 18 and the thorn 14 This is exercised by the more substantial investments between the teeth surfaces 84 . 86 as by the pen 74 and the train 76 is transmitted. On the other side are the gears 78a . 78b facing each other when the pin is in position G, so that the piston can only advance until the chamfered edge 84 on the chamfered surface 88 the gears 78b is applied. Similarly, the gears encounter 78a . 78b on each other before the pen 76 at G against the base of the track 76 encounters.
Es
sind bevorzugt drei Verzahnungen 78a, 78b um den
Umfang des Kolbens beziehungsweise des Dorns vorgesehen und in ähnlicher
Weise drei Wiederholungen des oben beschriebenen Zyklus Z bis I,
so dass ein vollständiger
Zyklus eine Drehung des Kolbens in dem Dorn von 120° darstellt
und einen Unterschied zwischen einem Ineinandergreifen und einer
gegenseitigen Gegenüberstellung
der Verzahnungen 78a, 78b von 60°.There are preferably three gears 78a . 78b provided around the circumference of the piston or the mandrel and similarly three repetitions of the cycle Z to I described above, so that a complete cycle represents a rotation of the piston in the mandrel of 120 ° and a difference between a mesh and a mutual juxtaposition gearing 78a . 78b of 60 °.
Die
innere Rückführstufe 64 des
Körpers 12 ist
in der Bohrung 16 des Körpers 12 durch
zwei Ringe 90, 92 vorgesehen, die durch gleichmäßig beabstandet
Schrauben 94 um die Umfänge
der Ringe 90, 92 miteinander verschraubt sind.
In dem Körper 12 ist eine
innere Vertiefung 96 ausgebildet, und drei Ringsektoren 98,
von denen jeder ungefähr
120° eines Bogens
ist, sind durch aneinander Befestigen der Stufenringe 90, 92 in
der Vertiefung 96 gefangen. Beilegscheiben 100 können auf
jeder Seite der Ringsektoren 98 eingesetzt werden, um die
axiale Position der Stufe 64 in der Bohrung 16 des
Körpers 12 einzustellen.The inner feedback stage 64 of the body 12 is in the hole 16 of the body 12 through two rings 90 . 92 provided by evenly spaced screws 94 around the perimeters of the rings 90 . 92 screwed together. In the body 12 is an inner depression 96 trained, and three ring sectors 98 , each of which is about 120 ° of an arc, are by attaching the step rings together 90 . 92 in the depression 96 captured. washers 100 can on each side of the ring sectors 98 be used to control the axial positi on the stage 64 in the hole 16 of the body 12 adjust.
Die
Stufe 82 in dem Dorn 14 erzeugt eine erste ringförmige Kammern 102.
Nach Montage des Kolbens 18 in den Dornteil 14b und
Einführung
von diesem in die Bohrung 16 und nach Befestigung der Stufenringe 64 in
der Bohrung 16 wird das zweite Teil 14a des Dorns
mit dem ersten Teil 14b verbunden. Dies wird durch Ringsektoren 106 und
Stifte 108 bewirkt, die in Eingriff mit Einsatzbohrungen 110 in
der Oberfläche
des Dorns 14 durch einen Ring 112 festgehalten
werden, der an einem Flansch 14c des Dornteils 14a durch
nicht gezeigte Mittel festgehalten wird.The stage 82 in the thorn 14 creates a first annular chambers 102 , After assembly of the piston 18 in the spine part 14b and introduction of this into the hole 16 and after attaching the step rings 64 in the hole 16 becomes the second part 14a of the thorn with the first part 14b connected. This is done by ring sectors 106 and pins 108 causes the engagement with insertion holes 110 in the surface of the spine 14 through a ring 112 be held on a flange 14c of the mandrel part 14a is held by means not shown.
Das
Dornteil 14a bildet mit der Stufe 64 eine zweite
ringförmige
Kammern 104. Die Stufe 82 ist eine Rückführstufe,
weil die Kammern 102, 104 einander gegenüberliegen.The spine part 14a forms with the step 64 a second annular chambers 104 , The stage 82 is a recycling stage, because the chambers 102 . 104 opposite each other.
Der
Dorn 14 ist mit einer ersten Durchlassöffnung 120 versehen,
die die Bohrung 20 des Dorns mit der ersten ringförmigen Kammer 102 verbindet. Der
Dorn 14 hat eine zweite Durchlassöffnung 130, die die
zweite ringförmige
Kammer 104 mit der Bohrung 20 des Dorns verbindet.The thorn 14 is with a first passage opening 120 provided the bore 20 of the mandrel with the first annular chamber 102 combines. The thorn 14 has a second passage opening 130 forming the second annular chamber 104 with the hole 20 of the thorn connects.
Jedoch öffnet sich
die Durchlassöffnung 120 in
Bezug auf die erste Kammer 102 in die ringförmige Kolbenkammer 54 zwischen
den Dichtungen 50, 52 an dem Kolben 18.
Daher ist die Kammer 102 von der Bohrung 46 des
Kolbens 18 und dem Druck des Bohrschlamms darin isoliert.
Mit Hilfe der Zwischen-Durchlassöffnung 60 in
dem Dorn 14, die durch Kanäle 62, 66, 70 (und
durch Dichtungen 63 isoliert) einen Druckausgleich zur
Außenseite
durchführen
kann, kann die ringförmige
Kammer 102 in der Tat ebenfalls einen Druckausgleich zur
Außenseite durchführen. Auf
der anderen Seite steht die Kammer 104 mit Hilfe der zweiten
Durchlassöffnung 130 und einer
Anzahl von Schlitzen 122 in dem Kolben 18 mit dem
Bohrschlamm unter Druck in der Bohrung 46 des Kolbens 18 in
Verbindung.However, the passage opening opens 120 in relation to the first chamber 102 in the annular piston chamber 54 between the seals 50 . 52 on the piston 18 , Therefore, the chamber 102 from the hole 46 of the piston 18 and the pressure of the drilling mud in it. With the help of the intermediate passage opening 60 in the thorn 14 passing through channels 62 . 66 . 70 (and through seals 63 isolated) can perform pressure equalization to the outside, the annular chamber 102 indeed, also make a pressure equalization to the outside. On the other side is the chamber 104 with the help of the second passage opening 130 and a number of slots 122 in the piston 18 with the drilling mud under pressure in the hole 46 of the piston 18 in connection.
Aus
der in 1a gezeigten Position nimmt der
Druck in Kammer 104 somit zu und beginnt den Dorn 14 in
der Zeichnung nach links zu drücken, wenn
der Druck des Bohrschlamms zunimmt. Der Dorn 14 ist an
beiden Enden gegen die Bohrung 16 des Körpers 12 durch Dichtungen 132, 135 abgedichtet.
Der Durchmesser der Bohrung 16 im Körperteil 12b ist etwas
größer als
der Durchmesser des Dorns im Körperteil 12a.
Daher gibt es keine nach links gerichtete Nettokraft auf den Dorn 14,
der sich in diese Richtung bewegt, da in dem ringförmigen Raum 134, der
durch die Stufe zwischen den Körperteilen 12a, 12b gebildet
wird, durch radiale Bewegung der Kolbenelemente 24 nach
außen
ein Druckausgleich durchgeführt
wird. Zur selben Zeit bewegt sich auch der Kolben 18 nach
links in Bezug auf den Dorn, und wenn sich der Kolben in einer solchen
Position befindet, dass die Verzahnungen 78a, 78b einander
gegenüberliegen
und durch die abgefasten Flächen 84, 88 aneinander
anliegen, dauert diese Bewegung des Dorns nach links an. In diesem
Fall drücken
die geneigten Flächen 34 des
Dorns 14 die Kolbenelemente 24 radial nach außen, bis
der Ring 112 an dem Ende des Körperteils 12a anstößt. Tatsächlich wird der
endgültige
Durchmesser des Stabilisators 10, wenn er aktiviert wird,
durch das axiale Ausmaß der erlaubten
Bewegung des Dorns 14 bestimmt, und dies kann durch Einstellen
des Rings 112 gesteuert werden.From the in 1a shown position, the pressure in chamber 104 thus close and begin the thorn 14 to push in the drawing to the left as the pressure of the drilling mud increases. The thorn 14 is at both ends against the hole 16 of the body 12 through seals 132 . 135 sealed. The diameter of the hole 16 in the body part 12b is slightly larger than the diameter of the spine in the body part 12a , Therefore, there is no left-handed net force on the spine 14 moving in that direction, since in the annular space 134 by the level between the body parts 12a . 12b is formed by radial movement of the piston elements 24 outward pressure equalization is performed. At the same time, the piston moves 18 to the left with respect to the mandrel, and when the piston is in such a position that the gears 78a . 78b face each other and through the chamfered surfaces 84 . 88 abut each other, this movement of the spine lasts to the left. In this case, press the inclined surfaces 34 of the thorn 14 the piston elements 24 radially outward until the ring 112 at the end of the body part 12a abuts. In fact, the final diameter of the stabilizer 10 when activated, by the axial extent of the allowed movement of the mandrel 14 determined, and this can be done by adjusting the ring 112 to be controlled.
Wenn
sich die Verzahnungen 78a, 78b jedoch in einer
Deaktivierungsposition befinden, in der sie ineinander greifen,
dann führt
der Kolben 18 die Bewegung nach links fort, und in diesem
Fall finden zwei hydraulische Schaltungen statt. Die erste ist, dass
sich die Dichtung 50 an der ersten Durchlassöffnung 120 vorbei
bewegt, so dass die erste Kammer 102 mit Schlammdruck hinter
dem Kolben 18 verbunden ist, anstatt die erste ringförmige Kammer 102 mit einem
Druckausgleichsmittel durch die Zwischen-Durchlassöffnung 60 zu
verbinden. Zweitens bewegt sich die Dichtung 52 an dem
anderen Ende des Kolbens an der zweiten Durchlassöffnung 130 in dem
Dorn 14 vorbei, so dass, anstatt dass die zweite ringförmige Kammer 104 mit
Schlammdruck im Inneren der Bohrung des Kolbens 18 verbunden
ist, diese Kammer statt dessen in Verbindung mit der Zwischen-Durchlassöffnung 60 und
dadurch dem Druckausgleichsmittel 62, 66, 70 zur
Außenseite
gesetzt wird. Es gibt daher eine Umkehrung der hydraulische Kräfte, die
auf den Dorn 14 wirken, und er bewegt sich in die in 1 gezeigte Position, in der die Kolben 24 vollständig zurückgezogen
sind und der Stabilisator 10 deaktiviert ist.When the gears 78a . 78b However, in a deactivation position in which they interlock, then leads the piston 18 the movement continues to the left, and in this case two hydraulic circuits take place. The first is that the seal 50 at the first passage opening 120 moved past, leaving the first chamber 102 with mud behind the piston 18 is connected, rather than the first annular chamber 102 with a pressure equalizing agent through the intermediate passage opening 60 connect to. Second, the seal moves 52 at the other end of the piston at the second passage opening 130 in the thorn 14 over, so that, instead of the second annular chamber 104 with mud pressure inside the bore of the piston 18 instead, this chamber communicates with the intermediate passage opening 60 and thereby the pressure compensation means 62 . 66 . 70 is set to the outside. There is therefore an inversion of the hydraulic forces acting on the mandrel 14 act, and he moves into the 1 shown position in which the pistons 24 completely retracted and the stabilizer 10 is disabled.
Die 2a bis 2f zeigen
die Abfolge des zyklischen Betriebs. In 2a ist
die Position so, wie sie in den 1a und 1b gezeigt
ist. In 2b hat Fluiddruck den Kolben
in der Zeichnung nach rechts bewegt, bis die Verzahnungen 78a, 78b aneinander
anliegen. In dieser Position besteht in der erste Kammer 102 einen
Druckausgleich, während
die zweite Kammer 104 mit höherem Druck verbunden ist.
Daher bewegt sich der Dorn 14 in der Zeichnung nach rechts
in die Position, die in 2c gezeigt
ist. Hier ist die zweite ringförmige
Kammer 104 vollständig
entwickelt, und die erste ringförmige
Kammer 102 ist nun geschlossen. Außerdem sind die Kolben 24 nun
radial ausgefahren. In 2d ist
Fluiddruck in dem Bohrstrang abgeschaltet worden, so dass die Feder 40 den
Kolben 18 in seine Position in dem Dorn zurückbewegt,
die er in 2a hat. Weil die Feder 40 zwischen
dem Kolben und dem Dorn wirkt, bewegt sich der Dorn jedoch nicht
in dem Körper 12.The 2a to 2f show the sequence of cyclic operation. In 2a is the position as it is in the 1a and 1b is shown. In 2 B Fluid pressure has moved the piston in the drawing to the right until the gears 78a . 78b abut each other. In this position consists in the first chamber 102 a pressure equalization, while the second chamber 104 associated with higher pressure. Therefore, the spike moves 14 in the drawing to the right in the position in 2c is shown. Here is the second annular chamber 104 fully developed, and the first annular chamber 102 is now closed. Besides, the pistons are 24 now radially extended. In 2d Fluid pressure has been shut off in the drill string so that the spring 40 the piston 18 moved back to his position in the thorn he in 2a Has. Because the spring 40 between the piston and the mandrel, however, the mandrel does not move in the body 12 ,
In 2e ist
Fluiddruck in dem Bohrstrang wieder angestellt worden, und dementsprechend
bewegt sich der Kolben 18 in der Zeichnung nach rechts,
und dieses Mal greifen die Verzahnungen 78a, 78b ineinander,
so dass sich der Kolben 18 in dem Dorn weiter nach rechts
bewegt, als er es in dem vorhergehenden Halbzyklus tat (wie in 2c gezeigt
ist). Es existiert daher dadurch die oben erwähnte Umkehrung, dass nun in
der zweiten ringförmigen
Kammer 104 ein Druckausgleich besteht und die erste ringförmige Kammer 102 mit
Fluiddruck verbunden ist. In diesem Fall bewegt sich der Dorn 18 in der
Zeichnung nach links in die in 1 gezeigte
Position, in der die Kolben 24 vollständig zurückgezogen. sind und der Stabilisator 10 einen
minimalen Durchmesser hat. Die Feder 40 ist dennoch vollständig zusammen
gedrückt.In 2e Fluid pressure has been re-established in the drill string and, accordingly, the piston is moving 18 in the drawing to the right, and this time grip the gears 78a . 78b into each other, so that the piston 18 moved further to the right in the mandrel than he did in the previous half-cycle (as in FIG 2c is shown). There is thus the above-mentioned inversion, that now in the second annular chamber 104 there is a pressure equalization and the first annular chamber 102 connected to fluid pressure. In this case, the mandrel moves 18 in the drawing to the left in the in 1 shown position in which the pistons 24 completely withdrawn. are and the stabilizer 10 has a minimum diameter. The feather 40 is still completely pressed together.
Zu 1a zurückkehrend
ist eine Kolbendrosselplatte 150 in die Öffnung der
Bohrung 46 des Kolbens 18 eingesetzt. Eine Hülse 153 ist
ein Gleitsitz ohne Drehung in der Bohrung 11 des Körpers 12. In
dem Ende der Hülse 153,
das der Kolbendrosselplatte 150 zugewandt ist, befindet
sich eine Dorndrosselplatte 152. 1c ist
eine End- beziehungsweise Stirnansicht einer Drosselplatte, die
kreisförmig
ist, aber drei offene Sektoren 154 von 60° hat. Die
beiden Drosselplatten 150, 152 haben identische Profile,
so dass dann, wenn sie perfekt ausgerichtet sind, eine zentrale
Bohrung 156 sowie die 60°-Sektoren 154 offen
sind. Durch Drehung des Kolbens um 60° in Bezug auf den Dorn und daher
den Körper 12 und
die Dorndrosselplatte 152 fallen jedoch offene Segmente 154 der
Drosselplatte mit geschlossenen Segmenten 158 der anderen
Drosselplatte 152 zusammen. Dementsprechend ist in dieser
Anordnung die zentrale Öffnung 156 der
einzige Durchgang durch die Drosselplatten 150, 152.
Es existiert daher eine merkliche Druckdifferenz zwischen den Drosselplatten,
die an der Oberfläche
detektierbar ist. Da eine erhöhte
Druckdifferenz die nach links gerichteten Kräfte auf den Kolben 18 und
somit auf den Dorn 14 erhöht, sind die Drosselplatten 150, 152 so
angeordnet, dass sie miteinander außer Phase (d.h. wenn nur der
Durchgang 156 durch sie existiert) sind, wenn die Kolbenverzahnungen 84 an
den Spitzen der Dornverzahnungen 88 anstoßen, und
wobei der Dorn nach links in seine aktivierte Position gedrückt wird.To 1a returning is a piston restrictor plate 150 in the opening of the hole 46 of the piston 18 used. A sleeve 153 is a sliding fit without rotation in the hole 11 of the body 12 , In the end of the sleeve 153 , that of the piston choke plate 150 facing, there is a Dorndrosselplatte 152 , 1c is an end or end view of a throttle plate which is circular, but three open sectors 154 of 60 °. The two throttle plates 150 . 152 have identical profiles, so that, if they are perfectly aligned, a central bore 156 as well as the 60 ° sectors 154 are open. By rotating the piston by 60 ° with respect to the mandrel and therefore the body 12 and the mandrel choke plate 152 however, open segments fall 154 the throttle plate with closed segments 158 the other throttle plate 152 together. Accordingly, in this arrangement, the central opening 156 the only passage through the throttle plates 150 . 152 , There is therefore a noticeable pressure difference between the throttle plates which is detectable on the surface. Because an increased pressure difference, the left-wing forces on the piston 18 and thus on the thorn 14 increased, are the throttle plates 150 . 152 arranged so that they are out of phase with each other (ie if only the passage 156 exist through them) are when the piston gears 84 at the tips of the spur gears 88 and the mandrel is pushed leftward to its activated position.
3 ist
eine schematische Darstellung, die das Prinzip des Betriebs des
in den 1 und 2 gezeigten
Werkzeugs zeigt. Die gestrichelten Linie 200 ist die Mittellinie
des Bohrwerkzeugs 10'.
Der Körper 12 ist
mit einer Druckausgleichsöffnung 62 ausgestattet,
die durch die Rückführstufe 64 verläuft. Der Dorn 14 nimmt
den Kolben 18 auf und hat eine erste und eine zweite Durchlassöffnung 120, 130.
Eine erste und eine zweite ringförmige
Kammer 102, 104 sind mit a, b bezeichnet. Die
Zwischen-Durchlassöffnung 60 verbindet
die Druckausgleichsöffnung 62 mit
einem Kanal 54 zwischen dem Kolben 18 und dem Dorn 14.
Der Kolben ist in zwei axialen Positionen 18a, 18b gezeigt.
In Position 18a ist in der ringförmigen Kammer 104(b) durch
die zweite Durchlassöffnung 130,
den Kanal 54, die Zwischen-Durchlassöffnung 60 und die Öffnung 62 ein
Druckausgleich zur Atmosphäre
hergestellt, während
die erste ringförmige
Kammer 102(a) durch die erste Durchlassöffnung 120 mit dem
Hauptpumpendruck (P1) verbunden ist. 3 is a schematic diagram showing the principle of operation of the in 1 and 2 shown tool shows. The dashed line 200 is the centerline of the drilling tool 10 ' , The body 12 is with a pressure equalization opening 62 equipped by the return stage 64 runs. The thorn 14 takes the piston 18 on and has a first and a second passage opening 120 . 130 , A first and a second annular chamber 102 . 104 are denoted by a, b. The intermediate passage opening 60 connects the pressure equalization port 62 with a channel 54 between the piston 18 and the thorn 14 , The piston is in two axial positions 18a . 18b shown. In position 18a is in the annular chamber 104 (b) through the second passage opening 130 , the channel 54 , the intermediate passage 60 and the opening 62 a pressure equalization is made to the atmosphere, while the first annular chamber 102 (a) through the first passage opening 120 is connected to the main pump pressure (P 1 ).
In 3 ist
die Fläche
des Dorns 14 unter der Stufe 64 A2,
was von dem Durchmesser der Stufe 64 abhängt. In ähnlicher
Weise sind die Flächen
A1 des Dorns unter den Kammern 102, 104 durch
den Durchmesser dieser Kammern bestimmt. In 3 haben
die Kammern denselben Durchmesser. Somit sind die Kräfte, die
auf den Dorn 14 wirken, wenn sich der Kolben 18 in
der Position 18a befindet, gegeben durch Fu = P1(A1 – A2)Auf der anderen Seite ist die Situation
dann, wenn sich der Kolben in der Position 18b befindet,
umgekehrt, und es ist die zweite ringförmige Kammer 104(b),
die mit hohem Druck verbunden ist, während in der ersten ringförmigen Kammer 102 ein
Druckausgleich durchgeführt
wird. Somit ist die Kraft (Fb), die auf
den Dorn 14 wird, gegeben durch Fb = –P1(A1 – A2)Somit ist der Wert der Kraft auf den
Dorn 14 in den beiden Positionen des Kolbens 18 derselbe,
außer dass
er in der Richtung umgekehrt ist.In 3 is the area of the spine 14 under the stage 64 A 2 , which is the diameter of the step 64 depends. Similarly, the surfaces A 1 of the mandrel are under the chambers 102 . 104 determined by the diameter of these chambers. In 3 the chambers have the same diameter. Thus, the forces on the spine 14 act when the piston 18 in the position 18a is given by F u = P 1 (A 1 - A 2 ) On the other hand, the situation is when the piston is in position 18b is, inversely, and it is the second annular chamber 104 (b) which is connected to high pressure while in the first annular chamber 102 a pressure equalization is performed. Thus, the force (F b ) on the mandrel 14 is given through F b = -P 1 (A 1 - A 2 ) Thus, the value of the force on the mandrel 14 in the two positions of the piston 18 the same except that he is reversed in the direction.
4 zeigt
eine alternative Anordnung, in der die Stufe 64' als ein Teil
des Dorns 14' ausgebildet
ist, so dass sich die Kammern 102', 104' in einer Vertiefung des Körpers 12' statt in einer
Vertiefung des Dorns 14' befinden.
Während
dies andere Konstruktionsfragen aufwirft, ist die Funktionsweise
im Prinzip identisch zu der, die oben in Bezug auf 3 beschrieben
wurde. 4 shows an alternative arrangement in which the stage 64 ' as a part of the thorn 14 ' is formed, so that the chambers 102 ' . 104 ' in a depression of the body 12 ' instead of in a depression of the thorn 14 ' are located. While this raises other design issues, the functionality is basically identical to that discussed above with respect to 3 has been described.
5 stellt
eine bevorzugte Anordnung dar, in der die Kräfte, die in die Aktivierungsrichtung
(Pfeil F in 5) wirken, größer sind
als in der umgekehrten Richtung. In 5 Fu = P1(A1 – A3 + A2 – A4),während Fb = –P1(A3 – A4),wobei Fa und
Fb die Kräfte sind, die in die Richtung des
Pfeils F wirken, wenn die Kammern a und b jeweils mit Schlammdruck
P1 unter Druck gesetzt werden. In diesem
Szenario ist Fa in der Richtung des Pfeils
F, weil (A1 + A2)
größer als
(A3 + A4) ist, während Fb in der entgegengesetzten Richtung ist,
weil A3 größer als A4 ist.
Der Wert von Fa ist jedoch viel größer als
der Wert von Fb, was wünschenswert ist, weil die potentielle
Kraft, die erforderlich ist, um die Kolben radial nach außen zu schieben,
viel größer als
diejenige ist, die potentiell erforderlich ist, um sie freizugeben. 5 represents a preferred arrangement in which the forces acting in the direction of activation (arrow F in FIG 5 ) are larger than in the opposite direction. In 5 F u = P 1 (A 1 - A 3 + A 2 - A 4 ) while F b = -P 1 (A 3 - A 4 ) where F a and F b are the forces acting in the direction of the arrow F when the chambers a and b are respectively pressurized with mud pressure P 1 . In this scenario, F a is in the direction of Arrow F because (A 1 + A 2 ) is greater than (A 3 + A 4 ) while F b is in the opposite direction because A 3 is greater than A 4 . However, the value of F a is much greater than the value of F b , which is desirable because the potential force required to push the pistons radially outward is much greater than that which is potentially required to release her.
7 ist
ein schematisches Diagramm eines Bohrstrangs 200 in einem
Bohrloch 210, wobei der Bohrstrang in einem Bohrkopf beziehungsweise
einer Bohrmeißel 220 endet,
die von einem Meißeldirektantrieb
beziehungsweise Vorortantrieb oder Bohrmotor 230 angetrieben
wird, der von der Bohrmeißel
durch einen Meißelstabilisator 240 beabstandet
ist. Ein entfernter Stabilisator 250 ist in einiger Entfernung
von dem Motor 230 beabstandet angeordnet. Wenn der Stabilisator 240 deaktiviert
ist, dann hat das Gewicht des Motors 230 und der Bohrmeißel 220 die
Tendenz, den Bohrstrang vertikal fallen zu lassen, so dass die Bohrung
zur Vertikalen tendiert. Wenn der Stabilisator 240 auf der
anderen Seite aktiviert ist, dann hat der Bohrstrang die Tendenz, einer
geraden Linie zu folgen. 7 is a schematic diagram of a drill string 200 in a borehole 210 wherein the drill string in a drill bit or a drill bit 220 ends, that of a chisel direct drive or suburb drive or drill motor 230 driven by the drill bit by a chisel stabilizer 240 is spaced. A remote stabilizer 250 is at some distance from the engine 230 spaced apart. If the stabilizer 240 is disabled, then has the weight of the engine 230 and the drill bit 220 the tendency to drop the drill string vertically so that the bore tends to vertical. If the stabilizer 240 On the other hand, the drill string tends to follow a straight line.
Schließlich zeigen
die 8a, b eine alternative Anordnung, wobei sie ein
halber Längsschnitt durch
ein Werkzeug 10'' sind. Hier
wird die Aktivierung beziehungsweise Betätigung des Werkzeugs 10'' durch Bewegung des Dorns 14'' bewirkt, der in einer gestuften
Körperbohrung 16'' des Körpers 12'' gleitet.Finally, the show 8a , b an alternative arrangement, taking a half longitudinal section through a tool 10 '' are. This is the activation or actuation of the tool 10 '' by movement of the spine 14 '' causes in a stepped body bore 16 '' of the body 12 '' slides.
8b zeigt
eine deaktivierte Position des Kolbens zu 18'' in
Bezug auf den Dorn 14''. Der Kolben 18'' ist zwischen einem Körperbecher 12b angeordnet,
der eine ringförmige
Ventilkammer 151 bildet. Eine oder mehrere Öffnungen 152 verbinden
die Körperbohrung
stromaufwärts
(16a) und stromabwärts (16b)
des Körperbechers 12b.
Wenn hydraulischer Druck von Bohrschlamm in der Bohrung 16a ansteigt, wird
der Kolben 18'' gegen die Kraft
der Rückstellfeder 40'' in der Zeichnung nach links in
die in 8b gezeigte Position gedrückt. Jedoch
hat sich hier ein Dichtungsring 153 nicht über eine
Auslassöffnung 155 in
der Bahn des Dorns 14'' bewegt. Daher
kann kein Druckausgleich in einer Auslasskammer 157 hergestellt
werden, wobei sie an ihren Enden durch Dichtungsringe 132'' und 135'' und
möglicherweise einen
dazwischen liegenden Dichtungsring 160 abgedichtet ist. 8b indicates a deactivated position of the piston 18 '' in relation to the thorn 14 '' , The piston 18 '' is between a body cup 12b arranged, which is an annular valve chamber 151 forms. One or more openings 152 connect the body bore upstream ( 16a ) and downstream ( 16b ) of the body cup 12b , When hydraulic pressure from drilling mud in the hole 16a rises, the piston becomes 18 '' against the force of the return spring 40 '' in the drawing to the left in the in 8b pressed position shown. However, here is a sealing ring 153 not via an outlet opening 155 in the orbit of the thorn 14 '' emotional. Therefore, no pressure compensation in an outlet chamber 157 They are made at their ends by sealing rings 132 '' and 135 '' and possibly an intermediate sealing ring 160 is sealed.
Der
Kolben 18'' wird durch
eine Mantelkurvenanordnung 72'',
die ähnlich
zu der oben beschriebenen ist, daran gehindert, sich weiter als
in 8b gezeigt zu bewegen. Wenn der hydraulische Druck ausreichend
abgesenkt wird, um es der Rückstellfeder 40'' zu ermöglichen, den Kolben 18'' in seine Niederdruckposition (nicht
gezeigt) zu drücken,
dann dreht er sich, wie es oben beschrieben wurde. Wenn der hydraulische
Druck wieder ansteigt, bewegt sich der Kolben somit an dem Dorn 14'' unter hydraulischer Wirkung in
die in 8a gezeigte Position.The piston 18 '' is through a jacket curve arrangement 72 '' , which is similar to that described above, prevented itself from going further than in 8b shown to move. When the hydraulic pressure is sufficiently lowered to that of the return spring 40 '' to enable the piston 18 '' in its low pressure position (not shown), then it turns as described above. When the hydraulic pressure rises again, the piston thus moves on the mandrel 14 '' under hydraulic effect in the in 8a shown position.
In
dieser Position liegt die Öffnung 155 frei, so
dass hydraulischer Druck den Dorn in der Zeichnung nach links drückt und
die Auslasskammer 157 unter Druck setzt. Das Fluid in ihr
tritt in die Ventilkammer 151 aus und ermöglicht es
dem Dorn, sich in die Position in dem Körper 12'' zu
bewegen, die in 8a gezeigt ist. Hier werden
die Kolbenelemente 24 nach außen gedrückt.In this position lies the opening 155 free so that hydraulic pressure pushes the mandrel to the left in the drawing and the outlet chamber 157 put under pressure. The fluid in it enters the valve chamber 151 and allows the spine to move into position in the body 12 '' to move in 8a is shown. Here are the piston elements 24 pushed outward.
Außerdem gibt
der Kolben 18'' den inneren Rand 162 des
Körperbechers 12b frei,
so dass der zwischen den beiden ausgebildeten Fluidströmungskanal
wesentlich vergrößert ist
und so dass der Druckabfall über
der Anordnung wesentlich verringert ist. Eine derartige Verringerung
im Druckabfall und Aufrechterhaltung eines hohen Druckabfalls im Fall
der deaktivierten Position in 8b informiert den
Benutzer über
den Zustand der Aktivierung des Werkzeugs 10''.In addition, the piston gives 18 '' the inner edge 162 of the body cup 12b free, so that the fluid flow channel formed between the two is substantially increased and so that the pressure drop across the assembly is substantially reduced. Such a reduction in pressure drop and maintenance of a high pressure drop in the case of the deactivated position in 8b informs the user about the state of activation of the tool 10 '' ,
Während der
Schlammdruck hoch bleibt, ist der Druckabfall über dem Hals 162 dennoch
ausreichend, um den Kolben in der gezeigten Position zu halten.
Wenn der Druck jedoch abfällt,
bewegt sich der Kolben in den Zeichnungen nach rechts. Der Dorn
bewegt sich, angetrieben durch eine Dornrückstellfeder 164,
ebenfalls nach rechts. Es kann jedoch möglich sein, dass der Kolben 18'' die Öffnung 155 abdeckt,
bevor sich der Dorn den gesamten Weg in die deaktivierte Position
der 8b bewegt hat. Dementsprechend kann ein Rückschlagventil 166 in dem
Ende des Dorns 14'' vorgesehen
sein, um zu ermöglichen,
dass Schlamm in die Auslasskammer 157 eintritt.While the mud pressure remains high, the pressure drop is above the neck 162 nevertheless sufficient to hold the piston in the position shown. However, when the pressure drops, the piston moves to the right in the drawings. The mandrel moves, driven by a mandrel return spring 164 , also to the right. It may be possible, however, that the piston 18 '' the opening 155 covering, before the thorn all the way to the deactivated position of the 8b has moved. Accordingly, a check valve 166 in the end of the thorn 14 '' be provided to allow sludge in the outlet chamber 157 entry.
Während diese
Anordnung eine Dornrückstellfeder
verwendet und daher notwendigerweise länger als die vorhergehenden
Ausführungsformen ist,
beseitigt sie dennoch die Notwendigkeit, mechanische Arretierungsmittel
zu verwenden, die zwischen dem Dorn und dem Körper verschoben beziehungsweise
umgeschaltet werden müssen,
um die Bewegung des Dorns zu ermöglichen
oder zu beschränken.While these
Arrangement a mandrel return spring
used and therefore necessarily longer than the previous ones
Embodiments is,
nevertheless eliminates the need for mechanical locking means
to use that moved between the spine and the body respectively
have to be switched
to allow the movement of the spine
or restrict.