EP0290939A2 - Device for generating pressure pulses in drilling fluids - Google Patents

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EP0290939A2
EP0290939A2 EP88107135A EP88107135A EP0290939A2 EP 0290939 A2 EP0290939 A2 EP 0290939A2 EP 88107135 A EP88107135 A EP 88107135A EP 88107135 A EP88107135 A EP 88107135A EP 0290939 A2 EP0290939 A2 EP 0290939A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve body
main valve
outer part
drilling fluid
diameter
Prior art date
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Granted
Application number
EP88107135A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0290939B1 (en
EP0290939A3 (en
Inventor
Dagobert Dipl.-Ing. Feld
Johann Dipl.-Ing. Biehl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Baker Hughes Oilfield Operations LLC
Original Assignee
Eastman Christensen Co
Eastman Teleco Co
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Publication date
Application filed by Eastman Christensen Co, Eastman Teleco Co filed Critical Eastman Christensen Co
Publication of EP0290939A2 publication Critical patent/EP0290939A2/en
Publication of EP0290939A3 publication Critical patent/EP0290939A3/en
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
    • E21B47/14—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves
    • E21B47/18—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling using acoustic waves through the well fluid, e.g. mud pressure pulse telemetry

Definitions

  • the invention relates to a device for generating pressure pulses in a drilling fluid flowing down a drill pipe string in an embodiment according to the preamble of claim 1.
  • the outer part of the valve forms a valve seat which limits the upward movement of the main valve body into the operating end position as a stop and blocks the central main passage for drilling fluid in engagement with the main valve body.
  • the carrier body determines the starting position for the main valve body as a stop. The sum of the downward hydraulic forces exerted by the drilling fluid on the main valve body in its initial position when the auxiliary valve is open exceeds that of the upward hydraulic forces, so that the main valve body is fixed in its initial position when the auxiliary valve is open. By closing the auxiliary valve, this pressure ratio is reversed, with the result that the main valve body moves upward into its operating end position limited by the valve seat.
  • the invention has for its object to provide a device of the type mentioned, the valve works smoothly with a simple structural design, avoids mechanical wear and is perfectly functional even after a long period of operation and without maintenance.
  • the main valve body reaches a stop-free operating end position, which is determined only by the balance of the forces acting on it, so that impacts associated with the pressure pulse generation, which result from the impact of the main valve body on a stop specifying the operating end position, are avoided.
  • the avoidance of shock phenomena is also accompanied by the avoidance of wear and damage, which is greater the higher the speed of the upward movement at the time the main valve body hits its stop.
  • an acceleration or speed course over the stroke path can be selected for the upward movement of the main valve body which determines the shape of the pressure pulse, which is completely free of Considerations which have to be taken when the operating end position is given by the stop due to the sudden braking of the main valve body.
  • the device for generating pressure pulses is part of a device E for the determination and remote transmission of information or works together with such a device, which is likewise arranged in the drill pipe string 1 generally immediately below the valve V.
  • the pressure pulses generated in the drilling fluid which is pumped downwards by means of a pump P, are received by a pressure sensor R and are fed by this to an evaluation device T which evaluates the signals received.
  • the stationarily supported in the drill pipe string 1, essentially tubular outer part 3 comprises an upper ring part 6 with a central axial passage opening 7, the cross section of which is considerably smaller than the clear cross section in the drill pipe string 1 above the valve V. Furthermore, the outer part 3 supports a foot part 8 of the Carrier part 5 stationary in its lower area, which is closed in its central area 9 except for an axial through opening 10. Between the area 9 and the inside of the outer part 3, however, remain through the circumferential openings 11 'for the drilling fluid, which flows down an annular outer flow channel 11 between the outer part 3 and the main valve body 4.
  • the foot part 8 forms a separate or also integral component of the carrier body 5, which is essentially tubular and has a central through opening 12 in its upper region, to which the through opening 10 in the foot part 9 connects. This has at its lower end a valve seat 13, which is also the outlet opening of a Forms inner flow channel which is delimited in its lower region by the axial through openings 12, 10.
  • An auxiliary valve body 14 is assigned to the valve seat or the outlet opening 13 and is actuated by means of a drive, which is only indicated schematically at 15, e.g. of an electromagnet, can be moved from its open position shown in FIG. 2 to a closed position illustrated in FIG. 3, in which it closes the outlet opening 13.
  • a drive which is only indicated schematically at 15, e.g. of an electromagnet, can be moved from its open position shown in FIG. 2 to a closed position illustrated in FIG. 3, in which it closes the outlet opening 13.
  • the carrier body 5 is essentially cylindrical in the area of the outer surface 16 of its upper main part 17 and, with this outer surface 16, delimits on the inside an annular gap 18 which is delimited on the outside by an essentially cylindrical inner surface 19 of a tubular extension part 20 of the main valve body 4.
  • the starting positions of the main valve body 4 shown in FIG. 2 over their entire length opposite surfaces 16, 19 define an overlap area between the main valve body 4 and the carrier body 5, the length of which decreases as soon as the main valve body 4 executes an upward movement.
  • Drilling fluid can flow freely through the cylindrical gap 18 between the main valve body 4 and the carrier body 5 and is flowed through by drilling fluid in all positions of the main valve body 4 relative to the carrier body 5 due to a pressure drop between the drilling fluid in the passage opening 12 and in the external flow channel 11.
  • the gap 18 forms either a full length or, as shown, in sub-regions 18 'arranged one behind the other Throttle section in which the gap width is less than a hundredth of the diameter of the annular gap 18 and is preferably in the range between 0.05 mm and 0.5 mm, preferably 0.15 mm.
  • the main valve body 4 has an upper end part 22, which is closed except for a through opening 21, which has a conical transition area 23 on the outside in the example shown and merges into a tubular extension 24 in its central area.
  • This extension 24 provides side openings 25 which are connected to the through opening 21, is closed at its front end 26 and, in the starting position of the main valve body (FIG. 2), has a position in which the lower edge 27 of the side openings 25 is in the cylindrical through opening 7 is located in the ring part 6 of the outer part 3.
  • These side openings 25 form the inlet opening for the inner flow channel surrounded in its upper region by the through opening 21 and then continued by the through openings 10, 12.
  • the extension 24 thus forms a kind of pitot tube and has an essentially constant outer diameter over its length.
  • the diameter increases steadily with increasing distance from the upper end 26 of the main valve body 4, to a diameter d1, which in the example shown is approximately the same size as the diameter d2, which forms a cylindrical constriction region Through opening 7. Furthermore, the diameter d1 is substantially equal to the diameter d3 of the surface 19 of the part 20 of the main valve body 4. The dimensioning of the diameters or their coordination will be discussed further below.
  • the annular body 6 of the outer part 3 also has a transition region 28, the diameter of which increases steadily with increasing axial distance from the upper end of the outer part 3, specifically in the exemplary embodiment shown to form a conical widening.
  • the outer part 3 and the main valve body 4 delimit between them a throttle section 29 in the upper region of the external flow channel 11, the flow cross section of which can be varied depending on the position of the main valve body 4.
  • This throttle section 29 begins, taking into account the starting and operating end positions of the main valve body 4, a bit upstream of the transition area 28 of the outer part 3 and ends a bit below the transition area 23 of the main valve body 4, the throttle section 29 between the transition areas 23, 28 presents a nozzle area with an overall increasing flow cross section downstream. This is achieved in that the diameter of the transition region 28 of the outer part 3 increases more than that of the transition region 23, which can also be achieved in the transition regions 23, 28 with curved surfaces.
  • the surface of the main valve body 4 is in the area the throttle section 29 with armor 30, which is preferably formed by a hard coating of tungsten carbide.
  • the main valve body 4 In its starting position (FIG. 2), the main valve body 4 can be supported with the lower front end 31 on a shoulder 32 of the carrier body 5, but in order to change the starting position at least one annular spacer 33 can be provided, which is located between the lower front end 31 of the main valve body 4 and the shoulder 32 of the carrier body 5 takes place. With the help of such spacers, the starting position of the main valve body 4 can be shifted upwards in order to take account of changed flow conditions for the drilling fluid, which are caused by a lower volume flow per unit time.
  • the main valve body 4 is associated with a schematically illustrated sleep 24, which specifies an upper end of movement position (FIG. 4) above the operating end position (FIG. 3), in which a residual passage for drilling fluid still remains between the main valve body 4 and the outer part 3.
  • the main valve body 4 only reaches this movement end position when the drill pipe string 1 is lowered into the borehole B, e.g. in the course of a round trip, when the drilling fluid present in the borehole B flows upwards through the internal flow channel 21, 12, 10 of the valve V and tries to take the main valve body 4 upwards.
  • This stop 34 can, however, also be omitted if a bypass opening indicated by dashed lines at 35 is provided in the ring part 6.
  • the device E To generate a pressure pulse in the drilling fluid, the device E the auxiliary valve 13, 14 is closed and thus the flow through the internal flow channel 21, 12, 10 is prevented.
  • this inner flow channel 21, 12, 10 a pressure builds up in the drilling fluid that essentially corresponds to the pressure of the drilling fluid at the level of the lower edges 27 of the side openings 25.
  • the pressure drop occurring due to the flow through the gap 18 is kept within narrow, clearly definable limits because of the formation of the gap 18 as a narrow throttle section.
  • This pressure which builds up in the inner flow channel 21, 12, 10 when the auxiliary valve 13, 14 is closed, exerts upward hydraulic forces on the main valve body 4, the sum of which, taking into account the inner diameter d3 of the main valve body 4, which determines the hydraulically effective inner surface, the sum of the downward hydraulic forces on the Main valve body 4 plus the gravitational forces acting thereon.
  • This sum of the axially downward hydraulic forces on the main valve body 4 is determined in the starting position of the main valve body 4 according to FIG. 2, taking into account the outer diameter d1 which determines the hydraulically effective outer surface, and is composed of statically and dynamically active forces, since the main valve body 4 is of drilling fluid is constantly flowed around.
  • the diameters d1 and d3 are matched to one another and to the diameter d2 such that the upward force resultant is relatively small at the point in time at which the main valve body 4 begins to move upward from its initial position after the auxiliary valve 13, 14 has closed is initially increasing with increasing stroke length and then decreasing again until it finally reaches the value zero.
  • the main valve body 4 In the position in which the sum of all the forces acting on the main valve body 4 has the value zero, the main valve body 4 assumes its end position which determines the pressure pulse, as illustrated in FIG. 3, which shows that in this position the lower edge 27 of the side openings 25 is upstream of the constriction area 7 of the outer part. If the auxiliary valve 13, 14 is then opened again, the force ratio is reversed again and the main valve body 4 moves back into its starting position according to FIG. 2.
  • the diameters d1, d2 and d3, By coordinating on the one hand the diameters d1, d2 and d3, through which the basic static hydraulic conditions are determined, by choosing the position of the lower edge 27 of the side openings 25 to the constriction area 7 of the outer part 3, by means of which the internal pressure in the main valve body 4 and its change during the upward movement can be determined, and by shaping the transition areas 23, 28, which can be influenced by the dynamic forces via the flow behavior in the throttle section 29, the force ratios on the main valve body 4 during the upward and downward movement can be designed so that it is his operational end positions, the starting position and the operating end position, each approaching a relatively long time or leaving it slowly, but in the intermediate area executes a relatively rapid upward or downward movement. This is desirable in order to prevent the main valve body from overshooting the operating end position during the upward movement, to rule out impact effects when returning to the starting position and to be able to keep the pressure pulse formation process short in time.

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Abstract

The device for generating pressure pulses in a drilling fluid flowing down through a drill-pipe string (1) comprises a valve (V) arranged in the drill-pipe string (1) and having a tubular outer part (3) supported in a fixed position, a tubular main valve body (4) which can be displaced from a bottom initial position against the flow direction (2) of the drilling fluid into a top end operating position, a fixed, tubular support body (5) arranged coaxially in the main valve body (4), and an auxiliary valve (13, 14) which can be actuated by means of a drive (15). The outer part (3) and the main valve body (4) define between them a restriction section (29) with a cross-section of flow which can be varied as a function of the position of the main valve body (4), and the main valve body (4) and the support body (5) surround an inner flow passage (21, 12, 10) whose outlet opening (13) can be cleared and closed by means of the main valve body (4). The sum of the hydraulic forces, directed downwards and exerted by the drilling fluid on the main valve body (4) located in its initial position when auxiliary valve (13, 14) is open, and the gravitational forces exceeds that of the hydraulic forces directed upwards, and this force relationship is reversed by closing the auxiliary valve (13, 14). Here, in the end operating position of the main valve body (4), the sum of all forces acting on the main valve body (4) is zero, and the main valve body (4) is suspended free of striking in the drilling fluid. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Er­zeugung von Druckpulsen in einem einen Bohrrohrstrang abwärts durchströmenden Bohrspülungsmedium in einer Aus­gestaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for generating pressure pulses in a drilling fluid flowing down a drill pipe string in an embodiment according to the preamble of claim 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (US-PS 3 958 217) bildet der Außenteil des Ventils einen Ventilsitz, der die Aufwärtsbewegung des Hauptventilkörpers in die Betriebsendstellung als Anschlag begrenzt und in Ein­griff mit dem Hauptventilkörper den zentralen Haupt­durchlaß für Bohrspülungsmedium versperrt. Die Ausgangs­stellung für den Hauptventilkörper bestimmt der Träger­körper als Anschlag. Die Summe der bei geöffnetem Hilfs­ventil vom Bohrspülungsmedium auf den in seiner Aus­gangsstellung befindlichen Hauptventilkörper ausgeübten, abwärtsgerichteten hydraulischen Kräfte übersteigen die der aufwärtsgerichteten hydraulischen Kräfte, so daß der Hauptventilkörper bei geöffnetem Hilfsventil in seiner Ausgangsstellung fixiert ist. Durch Schließen des Hilfs­ventils wird dieses Druckverhältnis umgekehrt mit der Folge, daß sich der Hauptventilkörper aufwärts in seine durch den Ventilsitz begrenzte Betriebsendstellung be­wegt.In a known device of this type (US Pat. No. 3,958,217), the outer part of the valve forms a valve seat which limits the upward movement of the main valve body into the operating end position as a stop and blocks the central main passage for drilling fluid in engagement with the main valve body. The carrier body determines the starting position for the main valve body as a stop. The sum of the downward hydraulic forces exerted by the drilling fluid on the main valve body in its initial position when the auxiliary valve is open exceeds that of the upward hydraulic forces, so that the main valve body is fixed in its initial position when the auxiliary valve is open. By closing the auxiliary valve, this pressure ratio is reversed, with the result that the main valve body moves upward into its operating end position limited by the valve seat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­tung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Ven­til bei einfacher baulicher Gestaltung stoßfrei arbei­tet, mechanischen Verschleiß vermeidet und auch nach längerer Betriebszeit und ohne Wartung einwandfrei funktionsfähig ist.The invention has for its object to provide a device of the type mentioned, the valve works smoothly with a simple structural design, avoids mechanical wear and is perfectly functional even after a long period of operation and without maintenance.

Der Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen Merkmalen. Hinsichtlich wesentlicher weiterer Ausgestal­tungen wird auf die Ansprüche 2 bis 15 verwiesen.The invention solves this problem on the basis of a device according to the preamble of claim 1 with the features specified in the characterizing part of this claim. With regard to essential further refinements, reference is made to claims 2 to 15.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelangt der Haupt­ventilkörper in eine anschlagfreie, lediglich durch das Gleichgewicht der auf ihn einwirkenden Kräfte bestimmte Betriebsendstellung, so daß mit der Druckpulserzeugung einhergehende Stöße, die aus dem Auftreffen des Haupt­ventilkörpers auf einen die Betriebsendstellung vorge­benden Anschlag resultieren, vermieden sind. Mit der Vermeidung von Stoßerscheinungen geht auch die Vermei­dung von Verschleiß sowie von Beschädigungen einher, die um so stärker ausfallen, je höher die Geschwindigkeit der Aufwärtsbewegung zum Zeitpunkt des Aufpralls des Hauptventilkörpers auf seinem Anschlag ist. Mit der von der Schwerkraft abgesehen ausschließlichen Vorgabe der Betriebsendstellung des Hauptventilkörpers durch die auf diesen einwirkenden hydraulischen Kräfte des Bohrspü­lungsmediums kann für die den Druckpuls in seiner Form­gestalt bestimmende Aufwärtsbewegung des Hauptventilkör­pers ein Beschleunigungs- bzw. Geschwindigkeitsverlauf über dem Hubweg gewählt werden, der völlig frei ist von Rücksichten, die bei durch Anschlag vorgegebener Be­triebsendstellung wegen der schlagartigen Abbremsung des Hauptventilkörpers zu nehmen sind. Dabei ist eine sehr einfache konstruktive Ausbildung der Vorrichtung mög­lich, die auch ohne Wartung auch noch nach langer Ein­satzdauer funktionssicher arbeitet.In the device according to the invention, the main valve body reaches a stop-free operating end position, which is determined only by the balance of the forces acting on it, so that impacts associated with the pressure pulse generation, which result from the impact of the main valve body on a stop specifying the operating end position, are avoided. The avoidance of shock phenomena is also accompanied by the avoidance of wear and damage, which is greater the higher the speed of the upward movement at the time the main valve body hits its stop. With the exclusive specification of the operating end position of the main valve body by the force of gravity by the hydraulic forces of the drilling fluid which act on it, an acceleration or speed course over the stroke path can be selected for the upward movement of the main valve body which determines the shape of the pressure pulse, which is completely free of Considerations which have to be taken when the operating end position is given by the stop due to the sudden braking of the main valve body. One is very simple construction of the device possible, which works reliably even without maintenance even after a long period of use.

Weiterere Einzelheiten und Vorzüge ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein Ausführungs­beispiel des Gegenstands der Erfindung schematisch näher veranschaulicht ist. In der Zeichnung zeigen:

  • Fig. 1 einen vereinfachten abgebrochenen Längsschnitt durch einen Bohrrohrstrang im Bohrloch einer Tiefbohrung,
  • Fig. 2 einen abgebrochenen Längsschnitt durch eine in dem Bohrrohrstrang nach Fig. 1 angeordnete Vorrichtung zur Erzeugung von Druckpulsen nach der Erfindung mit in Ausgangsstellung befind­lichem Hauptventilkörper,
  • Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 2 mit in Betriebsendstellung befindlichem Hauptventilkör­per, und
  • Fig. 4 eine Schnittdarstellung ähnlich Fig. 2 und 3 zur Veranschaulichung des Hauptventilkörpers in einer oberen Bewegungsendstellung.
Further details and advantages result from the description and the drawing, in which an embodiment of the object of the invention is schematically illustrated in more detail. The drawing shows:
  • 1 shows a simplified broken longitudinal section through a drill pipe string in the borehole of a deep bore,
  • 2 shows a broken longitudinal section through a device for generating pressure pulses according to the invention arranged in the drill pipe string according to FIG. 1 with the main valve body in the starting position,
  • Fig. 3 is an illustration corresponding to FIG. 2 with the main valve body in the operating end position, and
  • Fig. 4 is a sectional view similar to FIGS. 2 and 3 to illustrate the main valve body in an upper end of movement position.

Die Vorrichtung zur Erzeugung von Druckpulsen in einem einen Bohrrohrstrang 1 abwärts in Richtung des Pfeiles 2 durchströmenden Bohrspülungsmedium - das nach Austreten durch einen Drehbohrmeißel D am Ende des Bohrrohrstran­ges 1 in das Bohrloch B im Ringraum S zwischen dessen Wandung und der Außenwandung des Bohrrohrstranges 1 wie­der aufwärts strömt - besteht im wesentlichen aus einem in dem Bohrrohrstrang 1 angeordneten Ventil V, das einen Außenteil 3, einen Hauptventilkörper 4 und einen Träger­körper 5 umfaßt.The device for generating pressure pulses in a drilling fluid flowing down a drill pipe string 1 downwards in the direction of arrow 2 - that after exiting through a rotary drill bit D at the end of the drill pipe string 1 into the borehole B in the annular space S between its wall and the outer wall of the drill pipe string 1 upwards flows - essentially consists of a valve V arranged in the drill pipe string 1, which comprises an outer part 3, a main valve body 4 and a carrier body 5.

Die Vorrichtung zur Erzeugung von Druckpulsen ist Teil einer Vorrichtung E zur Ermittlung und Fernübertragung von Informationen oder arbeitet mit einer solchen Vorrich­tung zusammen, die ebenfalls im Bohrrohrstrang 1 im all­gemeinen unmittelbar unterhalb des Ventils V Anordnung findet.The device for generating pressure pulses is part of a device E for the determination and remote transmission of information or works together with such a device, which is likewise arranged in the drill pipe string 1 generally immediately below the valve V.

Die in dem mittels einer Pumpe P abwärtsgepumpten Bohr­spülungsmedium erzeugten Druckpulse werden von einem Drucksensor R empfangen und von diesem einer Auswertvor­richtung T zugeleitet, welche die Auswertung der empfan­genen Signale vornimmt.The pressure pulses generated in the drilling fluid, which is pumped downwards by means of a pump P, are received by a pressure sensor R and are fed by this to an evaluation device T which evaluates the signals received.

Der ortsfest im Bohrrohrstrang 1 abgestützte, im wesent­lichen rohrförmige Außenteil 3 umfaßt einen oberen Ring­teil 6 mit einer zentralen axialen Durchgangsöffnung 7, deren Querschnitt wesentlich geringer ist als der lichte Querschnitt im Bohrrohrstrang 1 oberhalb der Ventils V. Ferner stützt der Außenteil 3 einen Fußteil 8 der Trä­gerteils 5 ortsfest in seinem unteren Bereich ab, der in seinem zentralen Bereich 9 bis auf eine axiale Durch­gangsöffnung 10 geschlossen ausgeführt ist. Zwischen dem Bereich 9 und der Innenseite des Außenteils 3 verbleiben jedoch über den Umfang verteilte Durchtrittsöffnungen 11′ für das Bohrspülungsmedium, das einen ringförmigen Außenströmungskanal 11 zwischen dem Außenteil 3 und dem Hauptventilkörper 4 abwärtsströmt.The stationarily supported in the drill pipe string 1, essentially tubular outer part 3 comprises an upper ring part 6 with a central axial passage opening 7, the cross section of which is considerably smaller than the clear cross section in the drill pipe string 1 above the valve V. Furthermore, the outer part 3 supports a foot part 8 of the Carrier part 5 stationary in its lower area, which is closed in its central area 9 except for an axial through opening 10. Between the area 9 and the inside of the outer part 3, however, remain through the circumferential openings 11 'for the drilling fluid, which flows down an annular outer flow channel 11 between the outer part 3 and the main valve body 4.

Der Fußteil 8 bildet einen gesonderten oder auch inte­gralen Bestandteil des Trägerkörpers 5, der im wesent­lichen rohrförmig ausgebildet ist und in seinem oberen Bereich eine zentrale Durchgangsöffnung 12 aufweist, an die sich die Durchgangsöffnung 10 im Fußteil 9 an­schließt. Diese weist an ihrem unteren Ende einen Ven­tilsitz 13 auf, der zugleich die Austrittsöffnung eines Innenströmungskanals bildet, der in seinem unteren Be­reich von den axialen Durchgangsöffnungen 12,10 umgrenzt ist.The foot part 8 forms a separate or also integral component of the carrier body 5, which is essentially tubular and has a central through opening 12 in its upper region, to which the through opening 10 in the foot part 9 connects. This has at its lower end a valve seat 13, which is also the outlet opening of a Forms inner flow channel which is delimited in its lower region by the axial through openings 12, 10.

Dem Ventilsitz bzw. der Austrittsöffnung 13 ist ein Hilfsventilkörper 14 zugeordnet, der mittels eines bei 15 lediglich schematisch angedeuteten Antriebs, z.B. eines Elektromagneten, aus seiner in Fig. 2 darge­stellten Offenstellung in eine in Fig. 3 veranschaulichte Schließstellung bewegbar ist, in der er die Austritts­öffnung 13 verschließt.An auxiliary valve body 14 is assigned to the valve seat or the outlet opening 13 and is actuated by means of a drive, which is only indicated schematically at 15, e.g. of an electromagnet, can be moved from its open position shown in FIG. 2 to a closed position illustrated in FIG. 3, in which it closes the outlet opening 13.

Der Trägerkörper 5 ist im Bereich der Außenfläche 16 seines oberen Hauptteils 17 im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und begrenzt mit dieser Außenfläche 16 innenseitig einen ringförmigen Spalt 18, der außenseitig von einer ihrerseits im wesentlichen zylindrischen Innenfläche 19 eines rohrförmigen Ansatzteils 20 des Hauptventilskörpers 4 begrenzt ist. Die in der in Fig. 2 dargestellten Ausgangsstellung des Hauptventilkörpers 4 in ganzer Länge einander gegenüberliegenden Flächen 16,19 definieren einen Überlappungsbereich zwischen dem Hauptventilkörper 4 und dem Trägerkörper 5, dessen Länge sich verrringert, sobald der Hauptventilkörper 4 eine Aufwärtsbewegung ausführt.The carrier body 5 is essentially cylindrical in the area of the outer surface 16 of its upper main part 17 and, with this outer surface 16, delimits on the inside an annular gap 18 which is delimited on the outside by an essentially cylindrical inner surface 19 of a tubular extension part 20 of the main valve body 4. The starting positions of the main valve body 4 shown in FIG. 2 over their entire length opposite surfaces 16, 19 define an overlap area between the main valve body 4 and the carrier body 5, the length of which decreases as soon as the main valve body 4 executes an upward movement.

Der zylindrische Spalt 18 zwischen dem Hauptvenilkörper 4 und dem Trägerkörper 5 ist von Bohrspülungsmedium frei durchströmbar und wird in allen Stellungen des Hauptven­tilkörpers 4 zum Trägerkörper 5 von Bohrspülungsmedium aufgrund eines Druckgefälles zwischen dem Bohrspülungs­medium in der Durchgangsöffnung 12 und im Außenströ­mungskanal 11 durchströmt. Dabei bildet der Spalt 18 entweder auf gesamter Länge oder wie dargestellt in hin­tereinander angeordneten Teilbereichen 18′ eine enge Drosselstrecke, in der die Spaltweite ein Hunderstel des Durchmessers des ringförmigen Spaltes 18 unterschreitet und bevorzugt im Bereich zwischen 0,05 mm und 0,5 mm liegt, vorzugsweise 0,15 mm, beträgt.Drilling fluid can flow freely through the cylindrical gap 18 between the main valve body 4 and the carrier body 5 and is flowed through by drilling fluid in all positions of the main valve body 4 relative to the carrier body 5 due to a pressure drop between the drilling fluid in the passage opening 12 and in the external flow channel 11. The gap 18 forms either a full length or, as shown, in sub-regions 18 'arranged one behind the other Throttle section in which the gap width is less than a hundredth of the diameter of the annular gap 18 and is preferably in the range between 0.05 mm and 0.5 mm, preferably 0.15 mm.

Der Hauptventilkörper 4 weist einen oberen, bis auf eine Durchgangsöffnung 21 geschlossenen Stirnteil 22 auf, der einen bei dem dargestellten Beispiel kegeligen Über­gangsbereich 23 an seiner Außenseite darbietet und in seinem zentralen Bereich in einen rohrförmigen Fortsatz 24 übergeht. Dieser Fortsatz 24 bietet Seitenöffnungen 25 dar, die mit der Durchgangsöffnung 21 in Verbindung stehen, ist an seinem Stirnende 26 abgeschlossen und hat in Ausgangsstellung des Hauptvenilkörpers (Fig. 2) ei­ne Lage, in der sich die Unterkante 27 der Seiten­öffnungen 25 in der zylindrischen Durchgangsöffnung 7 im Ringteil 6 des Außenteils 3 befindet. Diese Seiten­öffnungen 25 bilden die Eintrittsöffnung für den in seinem oberen Bereich von der Durchgangsöffnung 21 umge­benen und dann von den Durchgangsöffnungen 10,12 fortge­setzten Innenströmungskanal. Der Fortsatz 24 bildet auf diese Weise eine Art Pitotrohr und hat einen über seine Länge im wesentlichen konstanten Außendurchmesser.The main valve body 4 has an upper end part 22, which is closed except for a through opening 21, which has a conical transition area 23 on the outside in the example shown and merges into a tubular extension 24 in its central area. This extension 24 provides side openings 25 which are connected to the through opening 21, is closed at its front end 26 and, in the starting position of the main valve body (FIG. 2), has a position in which the lower edge 27 of the side openings 25 is in the cylindrical through opening 7 is located in the ring part 6 of the outer part 3. These side openings 25 form the inlet opening for the inner flow channel surrounded in its upper region by the through opening 21 and then continued by the through openings 10, 12. The extension 24 thus forms a kind of pitot tube and has an essentially constant outer diameter over its length.

Im Übergangsbereich 23 des Hauptvenilkörpers 4 steigt der Durchmesser mit zunehmendem Abstand vom oberen Ende 26 des Hauptventilkörpers 4 stetig an, und zwar auf ei­nen Durchmesser d1, der bei dem dargestellten Beispiel etwa die gleiche Größe hat wie der Durchmesser d2, der einen zylindrischen Einschnürungsbereich bildenden axi­alen Durchgangsöffnung 7. Ferner ist der Durchmesser d1 im wesentlichen gleich dem Durchmesser d3 der Fläche 19 des Teils 20 des Hauptventilkörpers 4. Auf die Bemessung der Durchmesser bzw. deren Abstimmung wird weiter unten noch eingegangen.In the transition region 23 of the main valve body 4, the diameter increases steadily with increasing distance from the upper end 26 of the main valve body 4, to a diameter d1, which in the example shown is approximately the same size as the diameter d2, which forms a cylindrical constriction region Through opening 7. Furthermore, the diameter d1 is substantially equal to the diameter d3 of the surface 19 of the part 20 of the main valve body 4. The dimensioning of the diameters or their coordination will be discussed further below.

Auch der Ringkörper 6 des Außenteils 3 weist einen Über­gangsbereich 28 auf, dessen Durchmesser mit wachsendem axialen Abstand zum oberen Ende des Außenteils 3 stetig ansteigt, und zwar bei dem dargestellten Ausführungsbei­spiel unter Bildung einer konischen Erweiterung.The annular body 6 of the outer part 3 also has a transition region 28, the diameter of which increases steadily with increasing axial distance from the upper end of the outer part 3, specifically in the exemplary embodiment shown to form a conical widening.

Anstelle der dargestellten Zunahme der Durchmesser der Übergangsbereiche 23, 28 linear proportional zur jeweili­gen Abstandszunahme ist es auch möglich, die stetige Durchmesserzunahme mit wachsendem Abstand so zu gestal­ten, daß konkav oder konvex gekrümmte oder sonst bogen­förmig verlaufende Oberflächen in den Übergangsbereichen 23,28 vorliegen.Instead of the illustrated increase in the diameter of the transition areas 23, 28 linearly proportional to the respective increase in distance, it is also possible to design the constant increase in diameter with increasing distance so that there are concave or convex curved or otherwise curved surfaces in the transition areas 23, 28.

Der Außenteil 3 und der Hauptvenilkörper 4 begrenzen zwischen sich eine Drosselstrecke 29 im oberen Bereich des Außenströmungskanals 11, deren Durchflußquerschnitt in Abhängigkeit von der Stellung des Hauptvenilkörpers 4 veränderlich ist. Diese Drosselstrecke 29 beginnt un­ter Berücksichtigung von Ausgangs- und Betriebsend-­stellung des Hauptventilkörpers 4 ein stück stromauf des Übergangsbereiches 28 des Außenteils 3 und endet ein Stück unterhalb des Übergangsbereiches 23 des Hauptven­tilkörpers 4, wobei bei dem dargestellten Beispiel die Drosselstrecke 29 zwischen den Übergangsbereichen 23,28 eine Düsenbereich mit sich stromab insgesamt vergrößen­dem Druchflußquerschnitt darbietet. Dies ist dadurch verwirklicht, daß der Durchmesser des Übergangsbereiches 28 des Außenteils 3 stärker ansteigt als der des Über­gangsbereiches 23, was sich auch bei bogenförmig gestal­teten Oberflächen in den Übergangsbereichen 23,28 er­reichen läßt.The outer part 3 and the main valve body 4 delimit between them a throttle section 29 in the upper region of the external flow channel 11, the flow cross section of which can be varied depending on the position of the main valve body 4. This throttle section 29 begins, taking into account the starting and operating end positions of the main valve body 4, a bit upstream of the transition area 28 of the outer part 3 and ends a bit below the transition area 23 of the main valve body 4, the throttle section 29 between the transition areas 23, 28 presents a nozzle area with an overall increasing flow cross section downstream. This is achieved in that the diameter of the transition region 28 of the outer part 3 increases more than that of the transition region 23, which can also be achieved in the transition regions 23, 28 with curved surfaces.

Die Oberfläche des Hauptventilkörpers 4 ist im Bereich der Drosselstrecke 29 mit einer Panzerung 30 versehen, die vorzugsweise von einem Hartbelag aus Wolframkarbid gebildet ist.The surface of the main valve body 4 is in the area the throttle section 29 with armor 30, which is preferably formed by a hard coating of tungsten carbide.

In seiner Ausgangsstellung (Fig. 2) kann sich der Haupt­ventilkörper 4 mit dem unteren Stirnende 31 auf einer Schulter 32 des Trägerkörpers 5 abstützen, wobei jedoch zur Veränderung der Ausgangsstellung zumindest ein ring­förmiges Distanzglied 33 vorgesehen sein kann, das zwischen dem unteren Stirnende 31 des Hauptventilkörpers 4 und der Schulter 32 des Trägerkörpers 5 Anordnung fin­det. Mit Hilfe socher Distanzglieder kann die Ausgangs­stellung des Hauptventilkörpers 4 nach oben hin verlegt werden, um veränderten, durch geringeren Volumenstrom pro Zeiteinheit hervorgerufenen Strömungsbedingungen für das Bohrspülungsmedium Rechnung zu tragen.In its starting position (FIG. 2), the main valve body 4 can be supported with the lower front end 31 on a shoulder 32 of the carrier body 5, but in order to change the starting position at least one annular spacer 33 can be provided, which is located between the lower front end 31 of the main valve body 4 and the shoulder 32 of the carrier body 5 takes place. With the help of such spacers, the starting position of the main valve body 4 can be shifted upwards in order to take account of changed flow conditions for the drilling fluid, which are caused by a lower volume flow per unit time.

Dem Hauptventilkörper 4 ist ein schematisch veranschau­lichter Anschlaf 24 zugeordnet, der diesem eine oberen Bewegungsendstellung (Fig. 4) oberhalb der Betriebsend­stellung (Fig. 3) vorgibt, in der zwischen dem Hauptven­tilkörper 4 und dem Außenteil 3 noch immer ein Rest­durchlaß für Bohrspülungsmedium verbleibt. In diese Be­wegungsendstellung elangt der Hauptventilkörper 4 je­doch nur bei einem Absenken des Bohrrohrstranges 1 in das Bohrloch B, z.B. im Zuge eines Roundtrips, wenn im Bohrloch B vorhandenes Bohrspülungsmedium den Innen­strömungskanal 21,12,10, des Ventils V aufwärts durch­strömt und den Hauptventilkörper 4 nach oben hin mitzu­nehmen trachtet. Dieser Anschlag 34 kann jedoch auch entfallen, wenn im Ringteil 6 eine gestrichelt bei 35 angedeutete Bypass-Öffnung vorgesehen wird.The main valve body 4 is associated with a schematically illustrated sleep 24, which specifies an upper end of movement position (FIG. 4) above the operating end position (FIG. 3), in which a residual passage for drilling fluid still remains between the main valve body 4 and the outer part 3. However, the main valve body 4 only reaches this movement end position when the drill pipe string 1 is lowered into the borehole B, e.g. in the course of a round trip, when the drilling fluid present in the borehole B flows upwards through the internal flow channel 21, 12, 10 of the valve V and tries to take the main valve body 4 upwards. This stop 34 can, however, also be omitted if a bypass opening indicated by dashed lines at 35 is provided in the ring part 6.

Zur Erzeugung eines Druckpulses im Bohrspülungsmedium wird aufgrund einer Ansteuerung durch die Vorrichtung E das Hilfsventil 13,14 geschlossen und damit die Durch­strömung des Innenströmungskanals 21,12,10 unterbunden. In diesem Innenströmungskanal 21,12,10 baut sich dement­sprechend ein Druck im Bohrspülungsmedium auf, der dem Druck des Bohrspülungsmediums in Höhe der Unterkanten 27 der Seitenöffnungen 25 im wesentlichen entspricht. Der aufgrund der Durchströmung des Spaltes 18 eintretende Druckverlust hält sich wegen der Ausbildung des Spaltes 18 als enge Drosselstrecke in engen, eindeutig bestimm­baren Grenzen.To generate a pressure pulse in the drilling fluid, the device E the auxiliary valve 13, 14 is closed and thus the flow through the internal flow channel 21, 12, 10 is prevented. In this inner flow channel 21, 12, 10, a pressure builds up in the drilling fluid that essentially corresponds to the pressure of the drilling fluid at the level of the lower edges 27 of the side openings 25. The pressure drop occurring due to the flow through the gap 18 is kept within narrow, clearly definable limits because of the formation of the gap 18 as a narrow throttle section.

Dieser sich bei geschlossenem Hilfsventil 13,14 im Innenströmungskanal 21,12,10 aufbauende Druck übt auf­wärtsgerichtete hydraulische Kräft auf den Hauptventil­körper 4 aus, deren Summe unter Berücksichtigung des die hydraulisch wirksame Innenfläche bestimmenden Innen­durchmessers d3 des Hauptventilkörpers 4 die Summe der abwärtsgerichteten hydraulischen Kräfte auf den Haupt­ventilkörper 4 zuzüglich der auf diesen einwirkenden Schwerkräfte übersteigt. Diese Summe der axial abwärts­gerichteten hydraulischen Kräfte auf den Hauptventilkör­per 4 bestimmt sich in der Ausgangsstellung des Haupt­ventilkörpers 4 gemäß Fig. 2 unter Berücksichtigung des die hydraulisch wirksame Außenfläche bestimmenden Außen­durchmessers d1 und setzt sich zusammen aus statisch und dynamisch wirksamen Kräften, da der Hauptventilkörper 4 von Bohrspülungsmedium ständig umströmt wird.This pressure, which builds up in the inner flow channel 21, 12, 10 when the auxiliary valve 13, 14 is closed, exerts upward hydraulic forces on the main valve body 4, the sum of which, taking into account the inner diameter d3 of the main valve body 4, which determines the hydraulically effective inner surface, the sum of the downward hydraulic forces on the Main valve body 4 plus the gravitational forces acting thereon. This sum of the axially downward hydraulic forces on the main valve body 4 is determined in the starting position of the main valve body 4 according to FIG. 2, taking into account the outer diameter d1 which determines the hydraulically effective outer surface, and is composed of statically and dynamically active forces, since the main valve body 4 is of drilling fluid is constantly flowed around.

Unmittelbar nach Schließen des Hilfsventils 13,14 bewegt sich der Hauptventilkörper 4 daher mit einer aus der herrschen Differenz der Axialkräfte resultierende Be­schleunigung aufwärts, und mit dieser Aufwärtsbewegung verändern sich die abwärts auf den Hauptventilkörper 4 wirkenden hydraulischen Kräfte, da sich durch die Auf­wärtsbewegung der Durchflußquerschnitt und die Strö­ mungsverhältnisse in der Drosselstrecke 29 verändern.Immediately after the auxiliary valve 13, 14 closes, the main valve body 4 therefore moves upwards with an acceleration resulting from the difference in axial forces, and with this upward movement, the hydraulic forces acting downwards on the main valve body 4 change, since the upward movement of the flow cross section and the currents change ratios in the throttle section 29.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Durchmesser d1 und d3 aufeinander und auf den Durchmes­ser d2 derart abgestimmt, daß die aufwärtsgerichtete Kraftresultierende zu dem Zeitpunkt, an dem sich der Hauptventilkörper 4 nach Schließen des Hilfsventils 13,14 aus seiner Ausgangsstellung aufwärts zu bewegen beginnt, verhältnismäßig klein ist, mit zunehmender Hub­weglänge zunächst größer wird und dann wieder abnimmt, bis sie schließich den Wert Null erreicht. In der Stellung, in der die Summe aller auf den Hauptventilkör­per 4 einwirkenden Kräfte den Wert Null hat, nimmt der Hauptventilkörper 4 seine druckpulsbestimmende Betriebs­endstellung ein, wie sie in Fig. 3 veranschaulicht ist, die zeigt, daß in dieser Stellung die Unterkante 27 der Seitenöffnungen 25 stromauf des Einschnürungsbereiches 7 des Außenteils liegt. Wird anschließlich nun das Hilfs­ventil 13,14 wieder geöffnet, so kehrt sich das Kräfte­verhältnis wieder um und der Hauptventilkörper 4 bewegt sich in seine Ausgangsstellung gemäß Fig. 2 zurück.In the illustrated embodiment, the diameters d1 and d3 are matched to one another and to the diameter d2 such that the upward force resultant is relatively small at the point in time at which the main valve body 4 begins to move upward from its initial position after the auxiliary valve 13, 14 has closed is initially increasing with increasing stroke length and then decreasing again until it finally reaches the value zero. In the position in which the sum of all the forces acting on the main valve body 4 has the value zero, the main valve body 4 assumes its end position which determines the pressure pulse, as illustrated in FIG. 3, which shows that in this position the lower edge 27 of the side openings 25 is upstream of the constriction area 7 of the outer part. If the auxiliary valve 13, 14 is then opened again, the force ratio is reversed again and the main valve body 4 moves back into its starting position according to FIG. 2.

Durch Abstimmung einerseits der Durchmesser d1,d2 und d3, durch welche die statischen hydraulischen Grundbe­dingungen bestimmt werden, durch Wahl der Lage der Un­terkante 27 der Seitenöffnungen 25 zum Einschnürungsbe­reich 7 des Außenteils 3, durch die der Innendruck im Hauptventilkörper 4 und dessen Änderung bei der Auf­wärtsbewegung bestimmbar sind, und durch Formgestaltung der Übergangsbereiche 23,28, die die dynamischen Kräfte über das Strömungsverhalten in der Drosselstrecke 29 beeinflußbar ist, können die Kräfteverhältnisse auf den Hauptventilkörper 4 bei der Aufwärts- und auch bei der Abwärtsbewegung so gestaltet werden, daß dieser sich seinen betrieblichen Endstellungen, der Ausgangsstellung und der Betriebsendstellung, jeweils relativ langsan annähert bzw. diese langsam verläßt, im Zwischenbereich jedoch eine verhältnismäßig schnelle Aufwärts- bzw. Ab­wärtsbewegung ausführt. Dies ist erwünscht, um ein Über­schwingen des Hauptventilkörpers über die Betriebsend­stellung bei der Aufwärtsbewegung zu vermeiden, Stoßwir­kungen bei der Rückkehr in die Ausgangsstellung mög­lichst auszuschließen und den Vorgang der Druckpulsbil­dung zeitlich kurz gestalten zu können.By coordinating on the one hand the diameters d1, d2 and d3, through which the basic static hydraulic conditions are determined, by choosing the position of the lower edge 27 of the side openings 25 to the constriction area 7 of the outer part 3, by means of which the internal pressure in the main valve body 4 and its change during the upward movement can be determined, and by shaping the transition areas 23, 28, which can be influenced by the dynamic forces via the flow behavior in the throttle section 29, the force ratios on the main valve body 4 during the upward and downward movement can be designed so that it is his operational end positions, the starting position and the operating end position, each approaching a relatively long time or leaving it slowly, but in the intermediate area executes a relatively rapid upward or downward movement. This is desirable in order to prevent the main valve body from overshooting the operating end position during the upward movement, to rule out impact effects when returning to the starting position and to be able to keep the pressure pulse formation process short in time.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Druckpulsen in einem einen Bohrrohrstrang (1) abwärts durchströmenden Bohr­spülungsmedium, mit einem in dem Bohrrohrstrang (1) an­geordneten Ventil (V), das einen ortsfest abgestützten, rohrförmigen Außenteil (3), einen in diesem koaxial un­ter Belassung eines ringförmigen Außenströmungskanals (11) angeordneten, axial aus einer durch einen Anschlag definierten unteren Ausgangslage entgegen der Strömungs­richtung (2) des Bohrspülungsmediums in eine obere Be­triebsendstellung verschieblichen, rohrförmigen Haupt­ventilkörper (4), einen koaxial im Hauptventilkörper (4) angeordneten, ortsfesten, rohrförmigen Trägerkörper (5), der im Überlappungsbereich mit dem Hauptventilkörper (4) mit diesem einen zylindrischen Spalt (18) begrenzt, und einem mittels eines Antriebs (15) betätigbaren Hilfsven­til (13,14), von denen der Außenteil (3) und der Haupt­ventilkörper (4) zwischen sich eine Drosselstrecke (29) im Außenströmungskanal (11) mit in Abhängigkeit von der Stellung des Hauptventilkörpers (4) veränderlichem Durchflußquerschnitt begrenzen, und von denen der Haupt­ventilkörper (4) und der Trägerkörper (5) einen Innen­strömungskanal (21,12,10) umgeben, dessen Eintrittsöff­nung (25) zentral in dem in Strömungsrichtung (2) obe­ren, geschlossenen Stirnteil (22) des Hauptventilkörpers (4) vorgesehen und dessen Austrittsöffnung (13) zentral an dem in Strömungsrichtung (2) unteren geschlossenen Fußteil (8) des Trägerkörpers (5) angeordnet und mittels des Hilfsventilkörpers (14) freigeb- und verschließbar ist, wobei die Summe der bei geöffnetem Hilfsventil (13,14) vom Bohrspülungsmedium auf den in seiner Aus­gangsstellung befindlichen Hauptventilkörper (4) ausge­übten, abwärtsgerichteten hydraulischen Kräfte und der Schwerkräfte die der aufwärtsgerichteten hydraulischen Kräfte übersteigt, und wobei sich durch Schließen des Hilfsventils (13,14) dieses Kräfteverhältnis umkehrt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Betriebsendstellung des Hauptventilkörpers (4) die Summe aller auf den Hauptventilkörper (4) einwirkenden Kräfte den Wert Null hat und der Hauptventilkörper (4) anschlagsfrei im Bohr­spülungsmedium schwebt.1. Device for generating pressure pulses in a drilling fluid flowing down a drill pipe string (1), with a valve (V) arranged in the drill pipe string (1), which has a fixedly supported, tubular outer part (3), one coaxially in this, leaving one annular outer flow channel (11), a tubular main valve body (4), axially displaceable axially from a lower starting position defined by a stop against the flow direction (2) of the drilling fluid into an upper operating end position, a stationary tubular support body (4) arranged coaxially in the main valve body (4) 5), which delimits a cylindrical gap (18) in the overlap region with the main valve body (4), and an auxiliary valve (13, 14) which can be actuated by means of a drive (15), of which the outer part (3) and the main valve body (4 ) between them a throttle section (29) in the external flow channel (11) with depending on the position d es limit the main valve body (4) variable flow cross-section, and of which the main valve body (4) and the carrier body (5) surround an internal flow channel (21, 12, 10), the inlet opening (25) of which is centrally closed in the upper direction in the direction of flow (2) Front part (22) of the main valve body (4) is provided and its outlet opening (13) is arranged centrally on the lower closed foot part (8) of the carrier body (5) in the flow direction (2) and by means of of the auxiliary valve body (14) can be released and closed, the sum of the downward hydraulic forces and the gravitational forces exerted by the drilling fluid on the main valve body (4) in its starting position and the gravitational forces when the auxiliary valve (13, 14) is open, exceeding the upward hydraulic forces, and wherein by closing the auxiliary valve (13, 14) this force ratio is reversed, characterized in that in the operating end position of the main valve body (4) the sum of all forces acting on the main valve body (4) has the value zero and the main valve body (4) without a stop floats in the drilling fluid. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die hydraulisch wirksame Innenfläche bestimmende Innendurchmesser (d3) des Hauptventilkörpers (4) etwa gleich ist dem die hydraulisch wirksame Außenfläche be­stimmenden Außendurchmesser (d1) des Hauptventilkörpers (4).2. Device according to claim 1, characterized in that the inner diameter (d3) of the main valve body (4) determining the hydraulically active inner surface is approximately the same as the outer diameter (d1) of the main valve body (4) determining the hydraulically active outer surface. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die hydraulisch wirksame Außenfläche be­stimmende Außendurchmesser (d1) des Hauptventilkörpers (4) etwa gleich ist dem inneren Durchmesser (d2) des Außenteils (3) am Beginn der Drosselstrecke (29).3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the hydraulically effective outer surface determining outer diameter (d1) of the main valve body (4) is approximately the same as the inner diameter (d2) of the outer part (3) at the beginning of the throttle section (29). 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptventilkörper (4) im Bereich der Drosselstrecke (29) einen Übergangsbereich (23) auf­weist, dessen Durchmesser mit zunehmendem axialen Ab­stand vom oberen Ende (26) des Hauptventilkörpers (4) stetig ansteigt.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the main valve body (4) in the region of the throttle section (29) has a transition region (23) whose diameter increases with increasing axial distance from the upper end (26) of the main valve body (4th ) rises steadily. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Hauptventilkörpers (4) am unte­ren Ende des Übergangsbereichs (23) dem die hydraulisch wirksame Außenfläche bestimmenden Außendurchmesser (d1) entspricht.5. The device according to claim 4, characterized in that the diameter of the main valve body (4) at the lower end of the transition region (23) corresponds to the outer diameter determining the hydraulically effective outer surface (d1). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenteil (3) im Bereich der Drosselstrecke (29) einen Übergangsbereich (28) auf­weist, dessen Durchmesser mit wachsendem axialen Abstand zum oberen Ende des Außenteils (3) stetig ansteigt.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the outer part (3) in the region of the throttle section (29) has a transition region (28) whose diameter increases with increasing axial distance to the upper end of the outer part (3) . 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunahme der Durchmesser der Übergangsbereiche (23,28) linear proportional zur jewei­ligen Abstandzunahme ist.7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the increase in the diameter of the transition regions (23,28) is linearly proportional to the respective increase in distance. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die abstandsproportionale Zunahme des Durchmessers des Übergangsbereiches (28) des Außen­teils (3) stärker ist als die des Übergangsbereiches (23) des Hauptventilkörpers (4).8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the distance-proportional increase in the diameter of the transition region (28) of the outer part (3) is greater than that of the transition region (23) of the main valve body (4). 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der Außenteil (3) vor der Drosselstrecke (29) eine Ein­schnürungsbereich bildende Durchgangsöffnung (7) auf­weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterkante (27) der Eintrittsöffnung (25) im Stirnteil (22) des Haupt­ventilkörpers (4) in dessen Ausgangsstellung im Bereich der Durchgangsöffnung (7) des Außenteils (3) gelegen ist.9. Device according to one of claims 1 to 8, wherein the outer part (3) in front of the throttle section (29) has a constriction-forming passage opening (7), characterized in that the lower edge (27) of the inlet opening (25) in the end part ( 22) of the main valve body (4) in its initial position is located in the area of the through opening (7) of the outer part (3). 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterkante (27) der Eintrittsöffnung (25) im Stirnteil (22) des Hauptventilkörpers (4) in dessen Be­ triebsendstellung stromauf der Durchgangsöffnung (7) des Außenteils (3) gelegen ist.10. The device according to claim 9, characterized in that the lower edge (27) of the inlet opening (25) in the end part (22) of the main valve body (4) in its loading drive end position is located upstream of the through opening (7) of the outer part (3). 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­durch gekennzeichnet, daß dem Hauptventilkörper (4) ein Anschlag (34) zugeordnet ist, der diesem eine obere Be­wegungsendstellung oberhalb der Betriebsendstellung vor­gibt, in der zwischen dem Hauptventilkörper (4) und dem Außenteil (3) ein Restdurchlaß für Bohrspülungsmedium verbleibt.11. The device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the main valve body (4) is assigned a stop (34) which specifies an upper end of movement position above the operating end position, in which between the main valve body (4) and the outer part ( 3) a residual passage for drilling fluid remains. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­durch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Hauptven­tilkörpers (4) und/oder des Außenteils (3) im Bereich der Drosselstrecke (29) mit einer Panzerung (30) versehen ist.12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the surface of the main valve body (4) and / or the outer part (3) in the region of the throttle section (29) is provided with armor (30). 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­net, daß die Panzerung (30) von einem Hartbelag aus Wolframcarbid gebildet ist.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the armor (30) is formed from a hard coating of tungsten carbide. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hauptventilkörper (4) und dem Außenteil (3) zumindest ein auswechselbares, dem Hauptventilkörper (4) seine Ausgangsstellung als Anschlag vorgebenes Distanzglied (33) vorgesehen ist.14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that between the main valve body (4) and the outer part (3) at least one interchangeable, the main valve body (4) its initial position as a stop predetermined spacer (33) is provided. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­durch gekennzeichnet, daß der zylindrische Spalt (18) im Überlappungsbereich zwischen dem Hauptventilkörper (4) und dem Trägerkörper (5) von Bohrspülungsmedium frei durchströmbar ist und eine enge Drosselstrecke bildet.15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the cylindrical gap (18) in the overlap region between the main valve body (4) and the carrier body (5) of drilling fluid can be freely flowed through and forms a narrow throttle section.
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