NO136002B

NO136002B -

Info

Publication number: NO136002B
Application number: NO2858/72A
Authority: NO
Inventors: Iii P H Griffin; M J Sharki
Original assignee: Dresser Ind
Priority date: 1971-10-22
Filing date: 1972-08-10
Publication date: 1977-03-28
Also published as: GB1378206A; JPS4850901A; FR2156742B1; FR2156742A1; US3746102A; NO136002C; DE2252438A1; CA963888A; NL7212836A

Description

Denne oppfinnelse angår generelt apparater for bruk ved boring av olje- og gass-brønner og er mer spesielt rettet mot et apparat for overvåkning av fremdriften eller nedtrengningen av et bor ved boring av en olje- eller gassbrønn, omfattende en anordning for overvåkning av nedtrengningshastigheten av boret i en grunnformasjon og for generering av et signal som er en funksjon av nedtrengningshastigheten. This invention generally relates to apparatus for use when drilling oil and gas wells and is more particularly directed to an apparatus for monitoring the progress or penetration of a drill bit when drilling an oil or gas well, comprising a device for monitoring the rate of penetration of drilled into a base formation and for generating a signal which is a function of the penetration rate.

innenfor boringsteknikken for olje- og gass-brønner i grunnen er det velkjent at en øket nedtrengningshastighet for borkronen angir at det foreligger en potensiell farlig situasjon hvorav den ikke minst betydelige er innføring av borkronen og borstrengen i en gasslomme som kan avstedkomme utblåsning (blow-out) av brønnen. I slike situasjoner er det vanligvis ansett for ønskelig å stoppe boreoperasjonen, f.eks. ved å løfte vekten av borstrengen bort fra borkronen. Ved manuell betjening av konvensjonelle boretårn blir dette oppnådd ved at boreoperatøren iakttar et måleinstrument som angir nedtrengningshastigheten og ved manuell regulering av drivverket hvis nedtrengningshastigheten skulle bli for stor. within the drilling technique for oil and gas wells in the ground, it is well known that an increased penetration rate for the drill bit indicates that there is a potentially dangerous situation, not the least significant of which is the introduction of the drill bit and the drill string into a gas pocket that can cause blow-out ) of the well. In such situations it is usually considered desirable to stop the drilling operation, e.g. by lifting the weight of the drill string away from the drill bit. In the case of manual operation of conventional derricks, this is achieved by the drill operator observing a measuring instrument that indicates the rate of penetration and by manually regulating the drive if the rate of penetration becomes too great.

Det skal bemerkes at den plutselige øking av nedtrengningshastigheten som det her er tale om, blir betegnet som "break" - i det følgende betegnet som "gjennombrudd" - av fagfolk på området. It should be noted that the sudden increase in penetration rate referred to here is referred to as "break" - hereinafter referred to as "breakthrough" - by those skilled in the art.

Skjønt det har vært kjent på dette felt å foreta en manuell iakttagelse av slikt boregjennombrudd og manuelt å regulere drivverket som følge av en slik iakttagelse, har det hittil vært ukjent å foreta en automatisk regulering av drivverket i avhengighet av signaler som angir et slikt gjennombrudd, spesielt i samband med forutbestemte tids- eller dybde-intervaller eller andre slike varierende parametre. Although it has been known in this field to make a manual observation of such a drilling breakthrough and to manually regulate the drive mechanism as a result of such an observation, it has so far been unknown to make an automatic regulation of the drive mechanism in dependence on signals indicating such a breakthrough, especially in connection with predetermined time or depth intervals or other such varying parameters.

Det skal ytterligere nevnes at et apparat som angitt inn-ledningsvis, i hovedsaken kan ansees kjent fra US-patent 3.541.852. It should further be mentioned that an apparatus as indicated at the outset can in the main be considered known from US patent 3,541,852.

Det er et primært formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe et apparat for overvåking av nedtrengningshastigheten av en borkrone i grunnen og å aktivere tilhørende systemer for avbrytelse av boreoperasjonen når nedtrengningshastigheten overskrider en gitt verdi over et gitt dybdeintervall eller et forutbestemt tidsintervall. It is a primary object of this invention to provide an apparatus for monitoring the rate of penetration of a drill bit into the ground and to activate associated systems for interrupting the drilling operation when the rate of penetration exceeds a given value over a given depth interval or a predetermined time interval.

På ovenstående bakgrunn består det nye og særegne ved apparatet ifølge oppfinnelsen i 'en anordning som er påvirkbar av det nevnte signal for å styre drivverk tilforordnet boret, slik at vekten på boret reduseres når nedtrengningshastigheten er høyere enn en forutbestemt verdi under et forutbestemt On the above background, the new and distinctive feature of the apparatus according to the invention consists in a device that is influenced by the aforementioned signal to control the drive mechanism for the drill, so that the weight of the drill is reduced when the rate of penetration is higher than a predetermined value below a predetermined

intervall. interval.

Disse og andre formål, trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå for fagfolk på området av den følgende be-skrivelse under henvisning til tegningen hvor: These and other objects, features and advantages of the invention will be apparent to experts in the field from the following description with reference to the drawing where:

Fig. 1 er et skjematisk delvis snitt og oppriss Fig. 1 is a schematic partial section and elevation

av et apparat ifølge denne oppfinnelse inkludert i et bore-utstyr, Fig. 2 er et blokkskjema over en krets som brukes ved overvåking av nedtrengningshastighet og -dybde av en borkrone, i apparatet ifølge denne oppfinnelse, Fig. 3 er en skjematisk illustrasjon av en strømkrets for anvendelse av den overvåkede nedtrengningshastighet som funksjon av borkronens dybdeintervaller of an apparatus according to this invention included in a drilling equipment, Fig. 2 is a block diagram of a circuit used in monitoring the penetration speed and depth of a drill bit, in the apparatus according to this invention, Fig. 3 is a schematic illustration of a circuit for applying the monitored penetration rate as a function of the bit depth intervals

i grunnformasjonene og for aktivering av alarminnret-ningers og drivverks funksjon av disse signaler, og in the basic formations and for activating the function of alarm devices and drives by these signals, and

Fig. 4 illustrerer skjematisk en alternativ utførel-sesform av oppfinnelsen hvor den overvåkede nedtrengningshastighet brukes til å aktivere alarminnretninger og drivverk som funksjon av nedtrengningshastighetens overskridelse av en forutbestemt verdi under et forutbestemt tidsintervall. Fig. 4 schematically illustrates an alternative embodiment of the invention where the monitored penetration speed is used to activate alarm devices and drives as a function of the penetration speed exceeding a predetermined value during a predetermined time interval.

Det henvises nå mer spesielt til tegningen herunder fig. 1 hvor det skjematisk er vist et apparat for bestemmelse av nedtrengningshastighet og -dybde av en borkrone i en brønn. En boreplattform 10 er montert på jordoverflaten på det sted hvor et borehull 11 er boret. I borehullet 11 er det vist en rørformet streng 12 hvis nedre ende er festet til en borkrone 13. Et boretårn 14 er montert på plattformen 10 og omfatter konvensjonelle drivverk 15. Borstrengen 12 består av et antall sammensatte rørseksjoner som er avsluttet ved en drivstang 16 etterfulgt av en svivel 17, en krok 18 og en bevegelig blokk 19 som er opphengt ved hjelp av en boreline 20 fra en fast blokk 21. Drivverket driver også en dreie-skive 22 som på sin side overfører drivkraften til driv-stangen 16. Den ene ende av linen 20, nemlig linestykket 20a er ført til drivverket 15 som inneholder motoren eller motorene for manipulering av borstrengen. Reference is now made more specifically to the drawing below fig. 1, where a device for determining the rate and depth of penetration of a drill bit in a well is schematically shown. A drilling platform 10 is mounted on the ground surface at the location where a borehole 11 is drilled. In the borehole 11, a tubular string 12 is shown, the lower end of which is attached to a drill bit 13. A derrick 14 is mounted on the platform 10 and comprises conventional drives 15. The drill string 12 consists of a number of composite pipe sections which are terminated by a drive rod 16 followed by of a swivel 17, a hook 18 and a movable block 19 which is suspended by means of a drill line 20 from a fixed block 21. The drive also drives a turning disc 22 which in turn transfers the driving force to the drive rod 16. The one end of the line 20, namely the line piece 20a is led to the drive unit 15 which contains the motor or motors for manipulating the drill string.

Den annen ende av borstrengen er festet til en for-ankring 24. Det parti 23 av linen som strekker seg mellom forankringen 24 og toppen av den faste blokk 21 betegnes som dødline (deadline). The other end of the drill string is attached to an anchorage 24. The part 23 of the line that extends between the anchorage 24 and the top of the fixed block 21 is referred to as the deadline.

Skjønt det ikke er vist på tegningen, omfatter for-ankringsdelen 24 normalt en oppviklingstrommel og kan også Although not shown in the drawing, the anchoring part 24 normally comprises a winding drum and may also

om ønskelig inneholde en dødline-føler for overvåking av vekten på borkronen, f.eks. av den type som er vist i US-patent 3.461.978. if desired include a deadline sensor for monitoring the weight of the drill bit, e.g. of the type shown in US Patent 3,461,978.

På fig. 1 er det videre vist en trådline 31 som ved sin ene ende er forbundet med den bevegelige blokk 19, og passerer over et hjul 32 montert på tårnet 14. Trådlinen 31 er så ført over et hjul 33 til en oppviklingstrommel 34, idet hjulet 33 er vist mer detaljert i fig. 2. Hjulet 33 og oppviklingstrommel en 34 er begge montert på en bæredel 35 festet til tårnet 14 eller på et annet passende punkt. Som forklart i forbindelse med fig» 2 driver hjulet 33 en pulsgenerator med en utgangsspenning på en ledning 38 som er forbundet med en strømkrets 40 inneholdende tellerelektronikk. En visuell indikator 4-1 og en registreringsinnretning 37 er montert over tellerelektronikk-seksj onen 4-0. Strømkretsseksjonen 40 omfatter i hovedsaken.de kretser som er vist på fig. 2 og 3 eller i den alternative utførelse på fig. 4. In fig. 1 further shows a wire line 31 which is connected at one end to the movable block 19, and passes over a wheel 32 mounted on the tower 14. The wire line 31 is then led over a wheel 33 to a winding drum 34, the wheel 33 being shown in more detail in fig. 2. The wheel 33 and winding drum 1 34 are both mounted on a support part 35 attached to the tower 14 or at another suitable point. As explained in connection with Fig. 2, the wheel 33 drives a pulse generator with an output voltage on a wire 38 which is connected to a circuit 40 containing counter electronics. A visual indicator 4-1 and a recording device 37 are mounted above the counter electronics section 4-0. The power circuit section 40 mainly comprises the circuits shown in fig. 2 and 3 or in the alternative embodiment in fig. 4.

Fig. 2 viser hjulet 33 som drives av trådledningen 31> idet hjulet på sin side er innrettet til å drive rotasjons-kodemekanisme 45 som omdanner rotasjonsbevegelse (av hjulet 33) til elektriske pulser. Om ønskelig kan den koder som er Fig. 2 shows the wheel 33 which is driven by the wire line 31>, the wheel in turn being arranged to drive rotary encoder mechanism 45 which converts rotational movement (of the wheel 33) into electrical pulses. If desired, it can code that is

beskrevet i U..S. -patent 3°426.303 brukes for dette formål. Når således hjulet 33 dreies opptrer det elektriske pulser described in U..S. -patent 3°426,303 is used for this purpose. Thus, when the wheel 33 is turned, electrical pulses occur

på en leder 38. Ved hjelp av vanlige tannhjulsoverføringer. on a conductor 38. By means of ordinary gear transmissions.

. bevirker utgangen av mekanismen 45 et hundre elektriske pulser som hver fortrinnsvis har en firkantet bølgeform, for hver omdreining av akselen 44. Utgangen av mekanismen 45 er koblet til en konvensjonell filter- og bufferseksjon 46 og så til en portkrets 47. Til portkretsen 47 er det også koblet en låsekrets 48 som hvis ønskelig bare kan være en manuell bryter som kan betjenes av operatøren for å lukke portkretsen 47 når trådlinen 31 skifter retning. En slik låsekrets er . causes the output of the mechanism 45 to cause a hundred electrical pulses, each preferably having a square wave form, for each revolution of the shaft 44. The output of the mechanism 45 is connected to a conventional filter and buffer section 46 and then to a gate circuit 47. To the gate circuit 47 there is also connected a locking circuit 48 which, if desired, can only be a manual switch that can be operated by the operator to close the gate circuit 47 when the wire line 31 changes direction. Such a latching circuit is

ønskelig for derved å avstedkomme en elektrisk indikasjon på bevegelse bare når den bevegelige blokk og driverenheten beveger seg i retning nedad. Om ønskelig kan imidlertid låsekretsen 48 gjøres automatisk påvirkbar av bevegelsen av driv-' stangen i nedadgående retning og også virke, til å lukke portkretsen 47 når dreieskiven beveger seg i oppadgående retning, f.eks. gjennom en enveis kobling. Om ønskelig kan låsekretsen. 48 gjøres automatisk påvirkbar av en gitt hastighet av borkronen, av vekten på borkronen eller av slampumpetrykket for bare å nevne noen få eksempler. desirable to thereby provide an electrical indication of movement only when the movable block and the driver unit move in a downward direction. If desired, however, the locking circuit 48 can be made automatically actuated by the movement of the drive rod in a downward direction and also act to close the gate circuit 47 when the turntable moves in an upward direction, e.g. through a one-way link. If desired, the locking circuit can. 48 is automatically influenced by a given speed of the drill bit, by the weight of the drill bit or by the mud pump pressure to name just a few examples.

Utgangen av portkretsen 47 er vist å gå i to retninger. The output of gate circuit 47 is shown to go in two directions.

.1 den ene retning driver portkretsen 47 en rekke elektroniske tellere 49» 50 og 51 som hver fortrinnsvis arbeider med et forhold 10:1. Por hver av tellerne med et slikt forhold vil det for hver gang ti pulser er påtrykket telleren bare opptre en puls på utgangen av denne* Utgangen"av telleren 51 er så ;koblet til en vanlig akkumuleringskrets 52 som driver en diode- ;matrise- og bufferkrets 53 som på sin side driver utlesnings-s.eksjonen 54-» Utlesningsseksjonen 54- driver en visuell dybde-indikator 41»;Ved drift av den så langt beskrevne krets på fig, 2 ;og ved hjelp av passende tannhjulsoversetning (ikke vist), gjør akselen 44 tyve omdreininger for en bevegélse av trådlinen eller -kabelen 31 på to fot. Por hver fot bevegelse utfører akselen 44 ti omdreininger. Da mekanismen 45 genererer et hundre pulser for hver omdreining vil utgangen av denne sees å være lik et tusen pulser per fot bevegelse av kabelen 31. Da rekken av tellere 49» 50 og 51 medfører en reduksjon til en utgangspuls for hver gang et tusen pulser kommer inn fra portkretsen 47, vil det sees at utgangen av telleren 51 derfor frembringer en puls for hver fot bevegelse av kabelen 31. Utgangen av akkumulatoren 52 representert ved fem dekader av en binært kodet desimalutlesing med 21 ledninger, blir så koblet til diodematrisen 53 for å drive utlesningskretsen 54 og indikatoren 41. ;Utgangen av telleren 49 som har en elektrisk utgang for hvert et hundre pulser for hver fot av bevegelsen av kabelen 31 er koblet til en drivkrets 55 som driver registreringsinnretningen 37, f.eks. en pulsdrevet registreringsinnretning som er kommersielt tilgjengelig fra Texas Instruments, Incorporated of Dallas, Texas U.S.A, hvilken registreringsinnretning derved drives som funksjon av bevegelsen av kabelen 31 og følgelig av dybden av borkronen. En slik registreringsinnretning har vanligvis en vertikal skala hvor 12,7 cm representerer 100 fot bevegelse. Da utgangen av telleren 49 er hundre pulser per fot bevegelse omdanner drivkretsen 55 denne angivelse av hundre perioder per fot til det som var nødvendig for å bevirke 2,5 cm bevegelse av registrerings-papiret i registreringsinnretningen 37 for hVer 20 fot bevegelse av kabelen 31. ;Utgangen av portkretsen 47 er også forbundet med en monostabil multivibrator 60' hvis utgang er koblet til et filter 61 innrettet til å drive en operasjonsforsterker 62. Utgangen av forsterkeren 62 er koblet til en attenuator 63 for å drive registreringsinnretningen 37. Da utgangen av forsterkeren 62 angir hvor hyppig den monostabile multivibrator 60 tennes, angir utgangen av forsterkeren 62 den hastighet med hvilken kabelen 31 beveger seg og følgelig nedtrengningshastigheten av borkronen som brukes for operasjonen, utgangen av forsterkeren 62 blir fortrinnsvis innstilt fra 0 til 5 volt likestrøm, hvis amplitude er direkte proporsjonal med borkronens nedtrengningshastighet. Da registreringsinnretningen 37 drives i samband med den totale dybde som borkronen befinner seg på,vil det innsees at nedtrengningshastigheten av borkronen registreres som funksjon av borkronens dybde, på registreringsinnretningen 37. ;Av grunner som er nærmere forklart i det følgende er utgangen av forsterkeren 62 forbundet med en utgangsklemme 70 og utgangen av telleren 51 er forbundet med en utgangsklemme 71. ;Det henvises nå til fig. 3» Punktet 70 er forbundet med inngangen på en spenningsdiskriminator 72 hvis utgang er forbundet med et punkt 73. Punktet 73 er forbundet med den ene av to innganger på en OG—port 74 hvis annen inngang er forbundet med et batteri 75. Utgangen av OG—porten 74 er forbundet med en alarm-mekanisme 76 som er en første alarminnretning. Alarm-mekanismen 76 kan være en visuell indikator, f.eks. et rødt lys"eller det kan være en lydalarminnretning, f.eks. et horn eller en sirene»;Punktet 73 er.også forbundet med den ene av to innganger på OG—porten 77, mens den annen inngang på OG-porten 77 er forbundet med klemmen 71.. Utgangen av OG-porten 77 er forbundet med inngangen på en teller 78 med forhold 5:1 og med inngangen på en teller 79 med forhold 10:1. Utgangen av telleren 78 er forbundet med den ene inngang på en OG-port 80-med to innganger og hvis annen inngang er forbundet med klemmen 73» Utgangen av telleren 79 er forbundet med den ene inngang på en OG-port 81 med to innganger hvis annen inngang er forbundet med klemmen 73. KLemmén 73 er også forbundet med den inverterende eller negative inngang på en inverteringskrets 82 hvis positive inngang er jordet. Utgangen av inverteringskretsen 82 er forbundet med tilbakestillingsinngangene på tellerne 78 og 79. Utgangen av OG-porten 80 er forbundet med en alarm-mekanisme 83 betegnet som den annen alarminnretning. Det vil forståes at alarm-mekanismen 83 også kan være av visuell eller hørbar type eller en kombinasjon av de to, slik som omtalt i forbindelse med alarm-mekanismen 76»;Utgangen av OG—porten 8l er forbundet med spolen på ;et rele 84 for drivverkstyring. En brytekontalct på styre-releet 84 er forbundet med et batteri 85 eller en annen passende strømkilde og den normalt åpne kontakt på releet 84 ;er gjennom en leder 86 forbundet med drivverket 15«;Ved drift av strømkretsen på fig. 3 vil det innsees ;at det signal som opptrer på klemmen 70 er et signal på 0,5 volt likespenning som representerer borkronens nedtrengningshastighet. Det signal som opptrer på klemmen 71 er et pulset likestrømsignal, og hvert slikt signal angir en fot dybde av borkronen. Diskriminatoren 72 sørger for spenningsdiskrimin-ering på det innkommende nedtrengningshastighetssignaL slik at det ikke oppstår noe signal på klemmen 73 uten at spenningen på klemmen 70 overskrider en forutbestemt verdi. Diskriminatoren kan f.eks. innstilles på et nivå lik 4,0 volt likespenning og tillater bare passering av slike signaler som ligger over denne verdi. Blir det antatt at et signal opptrer på klemmen 73 vil dette signal sammen med spenningskilden 75 til den annen inngang på OG-porten 74, bevirke at denne OG-port påvirkes x>g alarm-mekanismen 76 aktiveres som indikasjon på ;at det forutbestemte nivå av nedtrengningshastighet er blitt overskredet. Om det ønskes og selvom det ikke er illustrert, kan en forsinkelseslinje innsettes foran alarminnretningen 76 for å forhindre at transiente utsving i nedtrengningshastigheten skal aktivere alarm-mekanismen eller -innretningen 76. ;Det signal som opptrer på klemmen 73 bevirker også at OG-porten 77 blir portstyrt i samband med et signal som angir dybde som opptrer på klemmen 71. Hver gang således en dybde-puls opptrer på klemmen 71 og inngangen fra klemmen 73 er tilstede frembringer OG-porten 77 en utgangspuls som føres til hver av tellerne 78 og 79. Så snart telleren 78 har mottat fem slike pulser fra OG-porten 77 vil telleren 78 frembringe en utgangspuls som angir at borkronen har beveget seg fem fot siden en bremsing av boringen ble Foretatt. Utgangen av telleren 78 driver en av inngangene på OG-porten 80 og når det fremdeles er tilstede et signal på klemmen 73 blir OG—porten 80 portstyrt og alarmen 83 derved aktivert. Skulle telleren 78 ha tellet et antall mindre enn fem, f.eks. fire, og signalet ikke lenger er tilstede på klemmen 73> hvilket betyr at' nedtrengningshastigheten nå er lavere enn det forutbestemte nivå på fire volt, er signalet derved gått tapt for den negative inngang på inverteringskretsen 82 og et positivt signal blir derved frembrakt ved utgangen av inverteringskretsen 82, hvilket representerer et tilbakestillingssignal. Telleren 78 blir således tilbakestilt til null-tellingsposisjonen. ;OG-porten 77 driver også telleren 79 som frembringer en utgangspuls under påvirkning av ti inngangspulser, dvs. telleren 79 frembringer en utgangspuls for ti fot bevegelse av borkronen. I dette tilfelle blir OG-porten 81 portstyrt hvis signalet•fremdeles er tilstede på klemmen 73 og en utgangspuls blir derved frembrakt på utgangen av OG-porten 8l for å aktivere driwerkstyrereleet 84. Aktivering av releet 84 bevirker at spenningskilden 85 påtrykkes fra brytekontakten på releet 84 ;til den normalt åpne kontakt på releet og setter derved spenningskilden 84 til lederen 86 som fører til drivverket 15 ;og derved manipulerer dette. Slik manipulering vil normalt innbefatte heving av vekten fra borkronen, men kan også innbefatte andre operasjoner, f.eks» avslutning av rotasjonen av borstrengen. I tilfelle av at telleren 79 har tellet et eller annet tall mindre enn ti, f.eks. 8,. har tilbakestillings-inverteringskretsen 82 en utgangsspenning som omtalt i forbindelse med telleren 78 og telleren 79 vender tilbake til sine nulltellingsposisjoner. ;Det vil således innsees at kretsen på fig. 3 gir en første alarm når nedtrengningshastighetssignalet som opptrer ved 70 har overskredet et forutbestemt nivå og en annen alarm når borkronen har beveget seg gjennom et forutbestemt dybdeintervall, f.eks. fem fot og tilslutt sørger for styring av ;drivverket når borkronen har beveget seg gjennom et annet forutbestemt dybdeintervall, f.eks. ti fot. ;På fig. 4 er det vist en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, hvor de to' alarmer og drivverkstyre-relé aktiveres under påvirkning av den forutbestemte verdi av nedtrengningshastigheten når denne overskrides under et gitt tidsintervall i motsetning til et forutbestemt dybdeintervall eller - intervaller som omtalt ovenfor i forbindelse med fig. ;3. Klemmen 70 er på fig» 4 forbundet med en spenningsdiskriminator 72A hvis utgang er forbundet med punktet 73A og en av inngangene på OG-porten 74A. Den annen inngang på OG-port 74A ;er forbundet med en spenningskilde 75A. Utgangen av OG-porten 74A er forbundet med alarmmekanisme 76A som representerer en første alarminnretning. En utgang 92 av en^fo*?sinkelseskrets 90 er forbundet med den ene av inngangene på en OG-port 8lA .1 the one direction, the gate circuit 47 drives a series of electronic counters 49, 50 and 51, each of which preferably works with a ratio of 10:1. Por each of the counters with such a relationship, for every time ten pulses are applied to the counter, only one pulse occurs at its output. buffer circuit 53 which in turn drives the read-out section 54-" The read-out section 54- drives a visual depth indicator 41"; By operation of the so far described circuit in fig, 2 ; and by means of suitable gear translation (not shown) , the shaft 44 makes twenty revolutions for a two-foot movement of the wire line or cable 31. For each foot of movement, the shaft 44 makes ten revolutions. As the mechanism 45 generates one hundred pulses for each revolution, the output thereof will be seen to be equal to one thousand pulses per foot of movement of the cable 31. As the series of counters 49, 50 and 51 cause a reduction to one output pulse for every one thousand pulses coming in from the gate circuit 47, it will be seen that the output of the counter 51 therefore produces one pulse for each ft movement of the cable 31. The output of the accumulator 52 represented by five decades of a binary coded decimal readout with 21 leads, is then connected to the diode array 53 to drive the readout circuit 54 and the indicator 41. ;The output of the counter 49 which has an electrical output for each one hundred pulses for each foot of the movement of the cable 31 is connected to a drive circuit 55 which drives the recording device 37, e.g. a pulse-driven recording device commercially available from Texas Instruments, Incorporated of Dallas, Texas U.S.A., which recording device is thereby driven as a function of the movement of the cable 31 and consequently of the depth of the drill bit. Such a recording device usually has a vertical scale where 12.7 cm represents 100 feet of movement. Since the output of the counter 49 is one hundred pulses per foot of movement, the drive circuit 55 converts this indication of one hundred periods per foot into what was necessary to cause 2.5 cm of movement of the recording paper in the recording device 37 for every 20 feet of movement of the cable 31. ;The output of the gate circuit 47 is also connected to a monostable multivibrator 60' whose output is connected to a filter 61 arranged to drive an operational amplifier 62. The output of the amplifier 62 is connected to an attenuator 63 to drive the recording device 37. Then the output of the amplifier 62 indicates how often the monostable multivibrator 60 is fired, the output of the amplifier 62 indicates the speed at which the cable 31 moves and consequently the penetration speed of the drill bit used for the operation, the output of the amplifier 62 is preferably set from 0 to 5 volts direct current, the amplitude of which is directly proportional to the penetration rate of the drill bit. As the recording device 37 is operated in connection with the total depth at which the drill bit is located, it will be realized that the rate of penetration of the drill bit is recorded as a function of the depth of the drill bit, on the recording device 37. For reasons that are explained in more detail below, the output of the amplifier 62 is connected with an output terminal 70 and the output of the counter 51 is connected to an output terminal 71. Reference is now made to fig. 3» The point 70 is connected to the input of a voltage discriminator 72 whose output is connected to a point 73. The point 73 is connected to one of two inputs of an AND gate 74 whose other input is connected to a battery 75. The output of the AND —the port 74 is connected to an alarm mechanism 76 which is a first alarm device. The alarm mechanism 76 may be a visual indicator, e.g. a red light" or it may be an audio alarm device, e.g. a horn or a siren"; Point 73 is also connected to one of two inputs of AND gate 77, while the other input of AND gate 77 is connected to terminal 71.. The output of the AND gate 77 is connected to the input of a counter 78 with a ratio of 5:1 and to the input of a counter 79 with a ratio of 10:1. The output of the counter 78 is connected to one input of a AND gate 80-with two inputs and whose other input is connected to terminal 73» The output of the counter 79 is connected to one input of an AND gate 81 with two inputs whose other input is connected to terminal 73. Terminal 73 is also connected to the inverting or negative input of an inverting circuit 82 whose positive input is grounded. The output of the inverting circuit 82 is connected to the reset inputs of the counters 78 and 79. The output of the AND gate 80 is connected to an alarm mechanism 83 referred to as the second alarm device .It will be understood that the alarm mechanism 83 can also be of a visual or audible type or a combination of the two, as discussed in connection with the alarm mechanism 76"; The output of the AND port 8l is connected to the coil of a relay 84 for powertrain control. A breaking contact on the control relay 84 is connected to a battery 85 or another suitable power source and the normally open contact on the relay 84 is through a conductor 86 connected to the drive mechanism 15. When operating the circuit in fig. 3, it will be realized that the signal appearing on terminal 70 is a signal of 0.5 volt direct voltage which represents the penetration speed of the drill bit. The signal appearing on terminal 71 is a pulsed direct current signal, and each such signal indicates one foot of depth of the drill bit. The discriminator 72 ensures voltage discrimination on the incoming penetration rate signal so that no signal occurs on terminal 73 without the voltage on terminal 70 exceeding a predetermined value. The discriminator can e.g. is set at a level equal to 4.0 volts direct voltage and only allows the passage of signals above this value. If it is assumed that a signal appears on the terminal 73, this signal, together with the voltage source 75 to the other input of the AND gate 74, will cause this AND gate to be affected x>g the alarm mechanism 76 is activated as an indication that the predetermined level of penetration rate has been exceeded. If desired and although not illustrated, a delay line may be inserted in front of the alarm device 76 to prevent transient fluctuations in the penetration rate from activating the alarm mechanism or device 76. The signal appearing on the terminal 73 also causes the AND gate 77 is gate-controlled in connection with a signal indicating depth that appears on terminal 71. Thus, every time a depth pulse occurs on terminal 71 and the input from terminal 73 is present, the AND gate 77 produces an output pulse that is fed to each of the counters 78 and 79 As soon as the counter 78 has received five such pulses from the AND gate 77, the counter 78 will produce an output pulse indicating that the bit has moved five feet since a braking of the bore was made. The output of the counter 78 drives one of the inputs on the AND gate 80 and when a signal is still present on the terminal 73, the AND gate 80 is gate controlled and the alarm 83 is thereby activated. Should the counter 78 have counted a number less than five, e.g. four, and the signal is no longer present at terminal 73> which means that the decay rate is now lower than the predetermined level of four volts, the signal is thereby lost to the negative input of the inverting circuit 82 and a positive signal is thereby produced at the output of the inverting circuit 82, which represents a reset signal. The counter 78 is thus reset to the zero count position. The AND gate 77 also drives the counter 79 which produces an output pulse under the influence of ten input pulses, ie the counter 79 produces an output pulse for ten feet of movement of the bit. In this case, the AND gate 81 is gate controlled if the signal•is still present at terminal 73 and an output pulse is thereby produced at the output of the AND gate 8l to activate the driver control relay 84. Activation of the relay 84 causes the voltage source 85 to be applied from the break contact of the relay 84 to the normally open contact on the relay and thereby sets the voltage source 84 to the conductor 86 which leads to the drive unit 15 and thereby manipulates this. Such manipulation will normally include lifting the weight from the drill bit, but may also include other operations, eg ending the rotation of the drill string. In the event that the counter 79 has counted some number less than ten, e.g. 8,. the reset-inverting circuit 82 has an output voltage as discussed in connection with the counter 78 and the counter 79 returns to its zero count positions. It will thus be realized that the circuit in fig. 3 provides a first alarm when the penetration rate signal occurring at 70 has exceeded a predetermined level and a second alarm when the bit has moved through a predetermined depth interval, e.g. five feet and finally provides control of the drive when the drill bit has moved through another predetermined depth interval, e.g. ten feet. ; On fig. 4, an alternative embodiment of the present invention is shown, where the two alarms and drive train control relay are activated under the influence of the predetermined value of the penetration rate when this is exceeded during a given time interval as opposed to a predetermined depth interval or intervals as discussed above in connection with fig. ; 3. The terminal 70 is in Fig. 4 connected to a voltage discriminator 72A, the output of which is connected to the point 73A and one of the inputs of the AND gate 74A. The other input on AND gate 74A is connected to a voltage source 75A. The output of AND gate 74A is connected to alarm mechanism 76A which represents a first alarm device. An output 92 of a sink circuit 90 is connected to one of the inputs of an AND gate 81A

hvis annen inngang er forbundet med punktet 73A. Utgangen av OG-porten 8lA er forbundet med spolen på releet 84A betegnet whose other input is connected to point 73A. The output of the AND gate 81A is connected to the coil of the relay 84A designated

som driwerkstyrerelé. En spenningskilde 85A er forbundet med brytekontakten på releet 84A og en leder 86A er forbundet med den normalt åpne kontakt på releet 84A som fører til drivverket 15. Punktet 73A er også forbundet med den inverterende eller negative inngang på inverteringskretsen 82A hvis positive inngang er jordet. Utgangen av inverteringskretsen 82A som besørger tilbakestilling er forbundet med tidsforsinkelseskretsen 90. as drive control relay. A voltage source 85A is connected to the break contact of the relay 84A and a conductor 86A is connected to the normally open contact of the relay 84A leading to the drive 15. The point 73A is also connected to the inverting or negative input of the inverting circuit 82A whose positive input is grounded. The output of the inverting circuit 82A which provides reset is connected to the time delay circuit 90.

Ved drift av kretsen på fig. 4 blir det signal som opptrer på inngangsklemmen 70 koblet gjennom spenningsdiskrimina-toren 72A hvis terskelnivå er innstilt på en forutbestemt verdi, f.eks. 4 volt likestrøm. Pølgelig opptrer det ingen spenning i punktet 73A for styring av OG-pqrten 74A hvis ikke det forutbestemte spenningsnivå er overskredet. I tilfelle av en for stor nedtrengningshastighet blir OG-porten 74A portstyrt og alarmen 76A aktiveres. Det signal som opptrer på 73A og angir for stor nedtrengningshastighet blir også ført til tidsforsinkelseskretsen 90. Etter en forutbestemt første forsinkelse, f.eks. 15 sekunder, opptrer det et signal på klemmen 91 som styrer OG-porten 80A hvis det for store nedtrengningshastighetssignal fremdeles er tilstede på klemmen 73A for å gi den annen inngang på OG-porten 80A. I dette tilfelle blir OG-porten 80A om-styrt og alarmen 83A aktivert. Etter et annet forutbestemt tidsintervall f.eks. 30 sekunder opptrer et signal på utgangsklemmen 92 og OG-porten 8lA styres: hvis det for store nedtrengningshastighetssignal fremdeles er tilstede i punktet 73A. I dette tilfelle opptrer det et signal på utgangen av OG-porten 8lA When operating the circuit in fig. 4, the signal appearing on the input terminal 70 is connected through the voltage discriminator 72A whose threshold level is set to a predetermined value, e.g. 4 volts direct current. Accordingly, no voltage appears at point 73A for controlling the AND circuit 74A if the predetermined voltage level is not exceeded. In the event of an excessive decay rate, the AND gate 74A is gate controlled and the alarm 76A is activated. The signal which appears at 73A and indicates excessive penetration rate is also fed to the time delay circuit 90. After a predetermined first delay, e.g. 15 seconds, a signal appears on terminal 91 which controls AND gate 80A if too large a decay rate signal is still present on terminal 73A to provide the other input on AND gate 80A. In this case, the AND gate 80A is re-controlled and the alarm 83A is activated. After another predetermined time interval e.g. 30 seconds a signal appears on the output terminal 92 and the AND gate 81A is controlled: if the too large penetration rate signal is still present at the point 73A. In this case, a signal appears at the output of the AND gate 8lA

og aktiverer således drivverkstyrereleet 84A for å koble spennings- and thus activates the powertrain control relay 84A to connect voltage

kilden 85A til lederen 86A som fører til drivverket 15. the source 85A to the conductor 86A leading to the drive 15.

I tilfelle av at signalet går tapt i punktet 73A før det første forutbestemte tidsintervall er overskredet, f.eks. 14 sekunder, leverer inverteringskretsen 82A et tilbakestillingssignal til tidsforsinkelseskretsen 90 som bevirker at tidsforsinkelsesmekanismen blir tilbakestilt til nullstilling. Hvis således den for store nedtrengningshastighet ikke er til stede i minst det første forutbestemte tidsintervall, i det forannevnte eksempel 15 sekunder, så blir den annen alarm 83A ikke aktivert. I tilfelle av at det annet forutbestemte tidsintervall ikke overskrides blir den tidsstyringskrets som er tilforordnet utgangsklemmen 92 også tilbakestilt til null og drivverkstyringen blir ikke aktivert. In the event that the signal is lost at point 73A before the first predetermined time interval is exceeded, e.g. 14 seconds, the inverting circuit 82A supplies a reset signal to the time delay circuit 90 which causes the time delay mechanism to be reset to zero. If the excessively high penetration rate is not present for at least the first predetermined time interval, in the aforementioned example 15 seconds, then the second alarm 83A is not activated. In the event that the second predetermined time interval is not exceeded, the time control circuit assigned to the output terminal 92 is also reset to zero and the drive control is not activated.

Som oppsummering av virkemåten av kretsen på fig. 4 skal det understrekes at når nedtrengningshastigheten av borkronen overskrider et forutbestemt nivå blir alarmen 76A aktivert. Når den for store nedtrengningshastighet er tilstede under et første forutbestemt tidsintervall blir alarmen 83A aktivert. Når den for store nedtrengningshastighet er-tilstede under et annet forutbestemt tidsintervall blir drivverkstyrereleet 84A aktivert og drivverket derved påvirket» As a summary of the operation of the circuit in fig. 4, it should be emphasized that when the penetration rate of the bit exceeds a predetermined level, the alarm 76A is activated. When the excessive penetration rate is present for a first predetermined time interval, the alarm 83A is activated. When the excessively high penetration rate is present during another predetermined time interval, the drive train control relay 84A is activated and the drive train is thereby affected"

Det er således her vist og beskrevet foretrukne ut-førelsesformer av apparatet ifølge denne oppfinnelse for aktivering av en eller flere alarm-mekanismer og for styring og manipulering av drivverk tilforordnet borstrengen og borkronen i samband med forskjellige dybde- og/eller tidsintervaller. Det vil imidlertid innsees at de gitte eksempler på tids- og dybdeintervaller bare tjener til anskueliggjørelse og skal ikke betraktes som begrensende. Istedenfor fem og ti fot dybdeintervaller kan det f.eks. brukes to forutbestemte dybdeintervaller på en og to fot eller andre boredybder. Likeledes kan tidsintervallene være andre enn de som er omtalt. P.eks. kan det istedenfor 15 og 30 sekunders tidsintervaller brukes 30 sekunder og 1 minutt eller andre verdier for å avstedkomme den ønskede beskyttelse når et boregjennombrudd opptrer. Videre'vil fagfolk på området erkjenne at det kan brukes pneumatiske ekvivalenter til de illustrerte elektriske kretser om det skulle være ønskelig, og at andre parametre enn dybde- Preferred embodiments of the device according to this invention are thus shown and described here for activating one or more alarm mechanisms and for controlling and manipulating drives assigned to the drill string and the drill bit in connection with different depth and/or time intervals. However, it will be understood that the given examples of time and depth intervals only serve to illustrate and should not be regarded as limiting. Instead of five and ten foot depth intervals, it can e.g. two predetermined depth intervals of one and two feet or other drilling depths are used. Likewise, the time intervals may be other than those mentioned. E.g. instead of 15 and 30 second time intervals, 30 seconds and 1 minute or other values can be used to provide the desired protection when a drill breakthrough occurs. Furthermore, those skilled in the art will recognize that pneumatic equivalents to the illustrated electrical circuits can be used if desired, and that parameters other than depth-

og tidsintervaller kan brukes for å aktivere alarmen og styringen and time intervals can be used to activate the alarm and control

av sub-systemer når det oppstår for stor nedtrengningshastighet av borkonen. Endelig er det klart at skjønt manipulering av drivverket gjør at vekten kan løftes direkte fra borkronen, innebærer den foretrukne utførelse at borkronen tillates å fortsette boringen uten bevegelse av blokken, for å redusere vekten. Således blir vekten på borkronen "boret vekk", men dette har ikke desto mindre den endelige virkning at vekten løftes av fra borkronen. of sub-systems when too great a penetration rate of the drill cone occurs. Finally, it is clear that although manipulation of the drive means that the weight can be lifted directly from the drill bit, the preferred embodiment involves allowing the drill bit to continue drilling without movement of the block, in order to reduce the weight. Thus, the weight on the drill bit is "drilled away", but this nevertheless has the final effect of lifting the weight off the drill bit.

Claims

1. Apparatus for monitoring the progress or penetration of a drill bit (13) when drilling an oil or gas well, comprising a device (72, 72A) for monitoring the rate of penetration of the drill bit (13) into a basic formation and, for generating a signal (at 73, 73A) which is a function of the penetration rate, characterized by a device (77, 79, 81, 84; 90, 81A, 84A) which is actuable by said signal (at 73, 73A) to control propulsion (15) assigned to the drill (13), so that the weight of the drill (13) is reduced when the penetration rate is higher than a predetermined value during a predetermined interval.

2. Apparatus according to claim 1, and provided with an alarm device, characterized in that the alarm device comprises an alarm device (76, 76A) which is activated by the said signal (at 73, 73A) when the penetration rate is higher than the said predetermined value.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the alarm device comprises another alarm device (83, 83A) which is activated by the said signal (at 73, 73A) when the penetration rate is higher than the said predetermined value during another predetermined interval.

4. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that one or both predetermined intervals are determined by a time-dependent device (90).

5. Apparatus according to claim 1, 2 or 3, characterized in that one or both of the predetermined intervals tuned by a depth-dependent device (77, 78, 79).

6. Apparatus according to claim 3, 4 or 5, characterized in that said second predetermined interval is the smallest of the intervals.