NO151907B - TELEMETRY DEVICE FOR GENERATING PRESSURE PULSES REPRESENTING ONE OR MORE PARAMETERS DOWN IN A DRILL - Google Patents
TELEMETRY DEVICE FOR GENERATING PRESSURE PULSES REPRESENTING ONE OR MORE PARAMETERS DOWN IN A DRILL Download PDFInfo
- Publication number
- NO151907B NO151907B NO78783996A NO783996A NO151907B NO 151907 B NO151907 B NO 151907B NO 78783996 A NO78783996 A NO 78783996A NO 783996 A NO783996 A NO 783996A NO 151907 B NO151907 B NO 151907B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- valve
- valve body
- open
- force
- pressure
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 47
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 26
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 13
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 11
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 8
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 2
- 238000009795 derivation Methods 0.000 claims 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 9
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003129 oil well Substances 0.000 description 1
- 238000004181 pedogenesis Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000009974 thixotropic effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- E21B41/00—Equipment or details not covered by groups E21B15/00 - E21B40/00
- E21B41/0085—Adaptations of electric power generating means for use in boreholes
-
- 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
- E21B47/01—Devices for supporting measuring instruments on drill bits, pipes, rods or wirelines; Protecting measuring instruments in boreholes against heat, shock, pressure or the like
- E21B47/017—Protecting measuring instruments
-
- 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
-
- 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
- E21B47/22—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 by negative mud pulses using a pressure relieve valve between drill pipe and annulus
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
- H01M10/615—Heating or keeping warm
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/657—Means for temperature control structurally associated with the cells by electric or electromagnetic means
- H01M10/6571—Resistive heaters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
- H01M10/658—Means for temperature control structurally associated with the cells by thermal insulation or shielding
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/30—Deferred-action cells
- H01M6/36—Deferred-action cells containing electrolyte and made operational by physical means, e.g. thermal cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
Denne oppfinnelse angår en telemetrianordning for generering This invention relates to a telemetry device for generation
av trykkpulser som representerer én eller flere parametre nede i et borehull under en boreoperasjon som anvender en boreinnretning med en rørformet borestreng og en borkrone ved den nedre ende, en pumpe til å presse borefluidum ned gjennom det indre av borestrengen og boreinnretningen for å strømme tilbake gjennom et ringformet omgivende rom, hvilken boreinnretning medfører en restriksjon for borevæskens strømning slik at det fremkommer en høytrykkssone og en lavtrykkssone, og en innretning til å detektere trykkpulsene og gi et mål på størrelsen av hver av parametrene. En slik anordning omfatter et borevæske-gjennomslipningsorgan for å danne fluidumforbindelse mellom høytrykkssonen og lavtrykkssonen, hvilket gjennomslipningsorgan dannes delvis av et ventilsete, et ventillegeme som er bevegbart til og bort fra ventilsetet og utgjør en ventil som er i stand til å arbeide hurtig for lukning eller åpning av gjennomslipningen, og en innretning til å detektere størrelsen av én eller flere paremetre nede i borehullet og til å frembringe elektriske signaler som representerer disse størrelser. of pressure pulses representing one or more downhole parameters during a drilling operation using a drilling rig with a tubular drill string and a drill bit at the lower end, a pump to push drilling fluid down through the interior of the drill string and the rig to flow back through an annular surrounding space, which drilling device entails a restriction on the flow of the drilling fluid so that a high-pressure zone and a low-pressure zone appear, and a device to detect the pressure pulses and give a measure of the size of each of the parameters. Such a device comprises a drilling fluid see-through means for forming fluid communication between the high-pressure zone and the low-pressure zone, which see-through means is formed in part by a valve seat, a valve body which is movable to and from the valve seat and constitutes a valve capable of operating rapidly for closing or opening of the cut-through, and a device for detecting the size of one or more parameters down the borehole and for generating electrical signals representing these sizes.
Det er gjort mange forsøk på å tilveiebringe en tilfredsstil-lende overvåkning av tilstanden i et borehull under boring som f. eks. kjent fra US-patentskrift nr. 2.096.279 hvor det anvendes elektriske ledere inne i borstammen, US-patentskrift nr. 3.825.078 hvor det anvendes uttrekkbare sløyfer av ledning inne i borstammen, US-patentskrift nr. 2.354.887 hvor det anvendes induktiv kopling Many attempts have been made to provide satisfactory monitoring of the condition of a borehole during drilling, such as, for example. known from US patent document no. 2,096,279 where electrical conductors are used inside the drill stem, US patent document no. 3,825,078 where retractable loops of wire are used inside the drill stem, US patent document no. 2,354,887 where inductive coupling
av en spole eller spoler med borstammen nær borkronen med måling av indusert elektrisk spenning ved jordoverflaten, US-patentskrift nr. 2.787.759 og US-patentskrif nr. 3.488.629 hvor det anvendes pulsede strupninger i borvæskestrømmen som tilveiebringer trykk-pulssignaler til jordoverflaten, og US-patentskrifter nr. 3.186.222, 3.315.224, 3.408.561, 3.732.728, 3.737.845, 3.949.354 og 4.001.774. Hvert av de ovenfor nevnte forslag har en eller annen ulempe som of a coil or coils with the drill stem close to the drill bit with measurement of induced electrical voltage at the earth's surface, US patent document no. 2,787,759 and US patent document no. 3,488,629 where pulsed chokes are used in the drilling fluid flow which provides pressure-pulse signals to the earth surface, and US Patent Nos. 3,186,222, 3,315,224, 3,408,561, 3,732,728, 3,737,845, 3,949,354 and 4,001,774. Each of the above-mentioned proposals has one or the other drawback which
har gjort at de ikke er kommet til vanlig anvendelse, f.eks. det uhensiktsmessige og tidskrevende ved et stort antall forbindelser av elektriske ledere, at de bare kan anvendes for korte boredybder, og at signal-støyforholdet er slik at det vanskelig kan anvendes på større boredybder. has meant that they have not come into common use, e.g. the inappropriate and time-consuming nature of a large number of connections of electrical conductors, that they can only be used for short drilling depths, and that the signal-to-noise ratio is such that it can hardly be used for larger drilling depths.
Endelig kan det nevnes at US-patent 4.078.620 beskriver ven-tilanordninger og tilhørende manøvrerings- og omstillingsinnret- Finally, it can be mentioned that US patent 4,078,620 describes valve devices and associated maneuvering and switching devices
ninger, for overføring av informasjon fra et borehull. nings, for the transmission of information from a borehole.
Etter at jetborkroner er blitt alminnelige og meget store slamvolumer med høyt slamtrykk anvendes, er også overvåkningen blitt upålitelig og utsatt for hurtig nedbrytning. Anvendelse av styrte strupinger i meget kraftige slamstrømmer krever stor og kraftig apparatur som slites hurtig og krever stor energi. After jet drill bits have become common and very large mud volumes with high mud pressure are used, the monitoring has also become unreliable and prone to rapid degradation. The use of controlled throttling in very strong mud flows requires large and powerful equipment that wears out quickly and requires a lot of energy.
Tilstanden er meget ugunstig i bunnen av et borehull hvor borkronen kan ha vibrasjoner i størrelsesorden 50 g. Temperaturen er ofte så meget som 204°C. Trykket i bunnen av borehullet kan være mer enn 1050 kg/cm 2. Borevæsken som strømmer gjennom borkraven og borkronen er meget slitende. Med dagens boreutstyr med forbedrede borkroner kan det oppnås kontinuerlig boretid med en bestemt borkrone i størrelsesorden 100 til 300 timer og noen ganger lenger før det er nødvendig å skifte borkrone. Dermå må et utstyr for å av-føle og sende signaler for forholdene nær borkronen være i stand til å arbeide uten tilsyn i lengere tid uten justering og med en kontinuerlig kilde for elektrisk energi. Også signaloverførings-utstyret må være i stand til å sende et kontinuerlig brukbart signal eller signaler til jordoverflaten etter hver skjøting av borstammen som vanligvis skjer etter som borehullets dybde øker. The condition is very unfavorable at the bottom of a borehole where the bit can have vibrations of the order of 50 g. The temperature is often as much as 204°C. The pressure at the bottom of the borehole can be more than 1050 kg/cm 2. The drilling fluid that flows through the drill collar and drill bit is very abrasive. With today's drilling equipment with improved drill bits, continuous drilling time can be achieved with a particular drill bit in the order of 100 to 300 hours and sometimes longer before it is necessary to change the drill bit. Therefore, a device for sensing and sending signals for the conditions near the drill bit must be able to work unattended for a long time without adjustment and with a continuous source of electrical energy. Also, the signal transmission equipment must be able to send a continuous usable signal or signals to the ground surface after each jointing of the drill stem which usually occurs as the depth of the borehole increases.
Generelt ansees anordninger som anvender borslampulsering for signaloverføring å være mest praktisk fordi boringen i det tilfelle er minst forstyrrende. Hittil har imidlertid påliteligheten som er oppnådd ved slike anordninger ikke tilfredsstillet kravene. Tidligere foreslått anvendelse av innføring av styrt struping i bore-slamstrømmen er imidlertid komplisert og krever kraftig utstyr nede i borehullet som krever stor energi for å variere strupingen når boreslamstrømmen overskrider 2270 liter pr. minutt og pumpetryk-ket overskrider 210 kg/cm 2. In general, devices that use drill lamp pulsing for signal transmission are considered to be the most practical because the drilling is in that case the least disruptive. So far, however, the reliability achieved by such devices has not satisfied the requirements. The previously proposed application of introducing controlled throttling in the drilling mud flow is, however, complicated and requires powerful equipment down the borehole that requires a lot of energy to vary the throttling when the drilling mud flow exceeds 2270 liters per hour. minute and the pump pressure exceeds 210 kg/cm 2.
Hensikten med oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe en anordning av den innledningsvis nevnte art med sikte på å oppnå en tilstrekkelig sterk trykkpuls til å være effektiv for signalering av tilstander eller betingelser nede i borehullet, samtidig som den anvendte energi for å generere pulsen, holdes på en tilstrekkelig lav verdi til å være operativ på feltet. The purpose of the invention is therefore to provide a device of the nature mentioned at the outset with the aim of achieving a sufficiently strong pressure pulse to be effective for signaling states or conditions down in the borehole, while at the same time that the energy used to generate the pulse is kept at a sufficiently low value to be operative in the field.
Det nye og særegne ved anordningen ifølge oppfinnelsen be- The new and distinctive feature of the device according to the invention
står i en passasje i forbindelse med gjennomslipningsorganet og forsynt med et bevegelig kompenserende tetningsorgan forbundet med stands in a passage in connection with the grinding means and provided with a movable compensating sealing means connected to
ventillegemet slik at fluidumtrykket utøver en første hydraulisk kraft på tetningsorganet i den retning som svarer til åpning av ventilen, og væsketrykket utøver en annen hydraulisk kraft på ventillegemet i den retning som svarer til lukning av ventilen idet den netto hydrauliske kraft på ventillegemet er proporsjonal med differansen mellom den nevnte første kraft og den annen kraft, og en innretning som er påvirkbar av de elektriske signaler til å bevege ventillegemet for generering av trykkpulsene i borevæsken. the valve body so that the fluid pressure exerts a first hydraulic force on the sealing member in the direction corresponding to opening the valve, and the fluid pressure exerts a second hydraulic force on the valve body in the direction corresponding to closing the valve, the net hydraulic force on the valve body being proportional to the difference between the mentioned first force and the second force, and a device which is actuable by the electrical signals to move the valve body for generating the pressure pulses in the drilling fluid.
De foran omtalte problemer ved kjente utførelser er overvunnet med den her angitte løsning, spesielt som følge av den hurtige virkning som er oppnådd, og reduksjonen i nødvendig energi for å manøvrere ventilen. The previously mentioned problems with known designs have been overcome with the solution indicated here, especially as a result of the rapid effect that has been achieved, and the reduction in the energy required to maneuver the valve.
Ytterligere særegne trekk og fordeler oppnådd ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse, hvor oppfinnelsen skal forklares nærmere under henvisning til tegningene. Further distinctive features and advantages achieved by the invention will be apparent from the following description, where the invention will be explained in more detail with reference to the drawings.
Fig. 1 viser skjematisk en vanlig roterende borerigg utstyrt Fig. 1 schematically shows a conventional rotary drilling rig equipped
med en anordning ifølge oppfinnelsen. with a device according to the invention.
Fig. 2A viser skjematisk en generator for frembringelse av en Fig. 2A schematically shows a generator for generating a
negativ borslamtrykkpuls, med ventilen i åpen stilling. negative drilling mud pressure pulse, with the valve in the open position.
Fig. 2B viser på samme måte ventilen i lukket stilling. Fig. 2B shows the valve in the closed position in the same way.
Fig. 3A viser skjematisk et lengdesnitt gjennom en utførelse av trykkpulsgeneratoren på fig. 2A og 2B sammen med--:føle-innretningen og instrumenteringen i borstammen nær borkronen . Fig. 3B viser et aksialt snitt gjennom en pulsgenerator ifølge Fig. 3A schematically shows a longitudinal section through an embodiment of the pressure pulse generator in fig. 2A and 2B together with the sensing device and the instrumentation in the drill stem near the drill bit. Fig. 3B shows an axial section through a pulse generator according to
fig. 2A og 2B i en praktisk utførelsesform. fig. 2A and 2B in a practical embodiment.
Fig. 3C viser et blokkskjema for en radioaktiv føler med til- hørende instrumentering. Fig. 3D viser et blokkskjema for en temperaturføler med tilhø-rende instrumentering. Fig. 3C shows a block diagram for a radioactive sensor with hearing instrumentation. Fig. 3D shows a block diagram for a temperature sensor with associated instrumentation.
Fig. 3E viser et blokkskjema for instrumentering for styring Fig. 3E shows a block diagram of instrumentation for control
av ventilen i trykkpulsgeneratoren. of the valve in the pressure pulse generator.
Fig. 4 viser skjematisk utstyret på jordoverflaten i forbin-else med en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen for avføling av en radioaktiv parameter nede i borehullet. Fig. 4 schematically shows the equipment on the earth's surface in connection with a preferred embodiment of the invention for sensing a radioactive parameter down in the borehole.
Før en nærmere beskrivelse av oppfinnelsen skal det nedenfor redegjøres for noen grunnleggende faktorer. Before a more detailed description of the invention, some basic factors will be explained below.
I en borstamme med en lengde på 3050 m og en diameter på 11,5 cm er boreslamvolumet i borstammen i størrelsesorden av 19000 liter. Hvis det antas at elastisitetsmodulen for det sammenpressede boreslam er 400 000, vil en uttapping av 1,9 liter væske bevirke et trykktap på 2,8 kg/cm 2. Det kan derfor antas at en uttapping av boreslam nær bunnen av en slik borstamme med en hastighet på In a drill stem with a length of 3,050 m and a diameter of 11.5 cm, the drilling mud volume in the drill stem is of the order of 19,000 litres. If it is assumed that the modulus of elasticity for the compressed drilling mud is 400,000, a withdrawal of 1.9 liters of fluid will cause a pressure loss of 2.8 kg/cm 2. It can therefore be assumed that a withdrawal of drilling mud near the bottom of such a drill stem with a speed of
0,47 l/sek., vil bevirke et signal på 0.7 kg/cm 2 pr. sekund på jordoverflaten. Endringstakten for trykket skal her betegnes som i foreliggende tilfelle er lik 10. 0.47 l/sec., will cause a signal of 0.7 kg/cm 2 per second on the earth's surface. The rate of change for the pressure shall be denoted here, which in the present case is equal to 10.
Tre viktige eksperimenter er utført: Three important experiments have been carried out:
1. Målingene er gjort i et prøveborehull i en dybde på 1. The measurements were made in a test borehole at a depth of
549 m med moderate differensialtrykk på 70 kg/cm 2 over en ventil i bunnen. 2. Målingene er gjort i et borehull i et oljefelt i en dybde på 2440 m og lave differensialtrykk på 28 kg/cm 2. 3. Målingene er gjort i et andre borehull i oljefeltet i en 549 m with moderate differential pressures of 70 kg/cm 2 over a valve at the bottom. 2. The measurements were made in a borehole in an oil field at a depth of 2440 m and low differential pressures of 28 kg/cm 2. 3. The measurements were made in a second borehole in the oil field in a
dybde på 1525 m og med høye differensialtrykk på 112 kg/cm 2. depth of 1525 m and with high differential pressures of 112 kg/cm 2.
Alle tre serier av eksperimenter indikerte at ^ for trykkpulsene som ble mottatt på jordoverflaten når ventilen plutselig ble åpnet var vesentlig høyere enn beregnet. Grunnene for dette er: (a) meget sammenpresset borslam kan ha en elastisitetsmodul noe høyere enn 400 000, (b) det er noe bølgeledende effekt som skyldes borstammen som bevirker at signalet beveger seg meget mer fordelaktig enn det ville ha blitt i en stor tank med samme volum, og (c) en plutselig åpning av en ventil ved bunnen av borehullet bevirker høyere ^ enn i tilfelle av en stor tank som følge av elastisi-teten av boreslamsøylen over ventilen. All three series of experiments indicated that ^ for the pressure pulses received at the earth's surface when the valve was suddenly opened was substantially higher than calculated. The reasons for this are: (a) highly compressed drilling mud can have a modulus of elasticity somewhat higher than 400,000, (b) there is some wave-guiding effect due to the drill stem which causes the signal to travel much more advantageously than it would have in a large tank with the same volume, and (c) a sudden opening of a valve at the bottom of the borehole causes a higher ^ than in the case of a large tank due to the elasticity of the mud column above the valve.
I en borstamme med en lengde på 4575 m med lukket bunn og med en markør plassert på toppen av slamsøylen, ville markøren falle ca. 3 3,5 m når et slampumpetrykk på 210 kg/cm <2>påtrykkes. Det kan derfor antas at slamsøylen er kontinuerlig sammenpresset ca. 30,5 In a drill stem with a length of 4575 m with a closed bottom and with a marker placed at the top of the mud column, the marker would fall approx. 3 3.5 m when a mud pump pressure of 210 kg/cm <2> is applied. It can therefore be assumed that the mud column is continuously compressed approx. 30.5
m og virker som en lang fjær i hvilken det er lagret stor potensial energi. Når ventilen ved bunnen av borstammen plutselig åpnes, blir denne potensielle energi utløst og bevirker.en stor negativ slamtrykkpuls, slik at slamtrykkpulsen blir vesentlig større enn i det tilfelle hvor slammet ikke var sammentrykkbart. m and acts like a long spring in which a large amount of potential energy is stored. When the valve at the bottom of the drill stem is suddenly opened, this potential energy is released and causes a large negative mud pressure pulse, so that the mud pressure pulse is significantly greater than in the case where the mud was not compressible.
Ved eksperimentene som ble foretatt i et borehull på 1525 m In the experiments carried out in a borehole of 1525 m
ble en smal passasje på 0,30 cm 2 åpnet mellom innsiden av borkra- a narrow passage of 0.30 cm 2 was opened between the inside of the drill
ven og omkretsen og lukket i samsvar med en styrt rekkefølge. ven and the perimeter and closed in accordance with a controlled sequence.
Trykket over ventilen var 112 kg/cm 2 og uttappingen var beregnet The pressure above the valve was 112 kg/cm 2 and the discharge was calculated
til ca. 0,95 l/sek. Slamvolumet inne i borstammen var ca. 9462 to approx. 0.95 l/sec. The mud volume inside the drill stem was approx. 9462
liter og med en elastisitetsmodul for slammet på 400 000 ble trykkfallet beregnet til 2,8 kg/cm 2 pr. sekund. Ved prøvene ble trykkfallet på jordoverflaten målt til over 7 kg/cm 2 pr. sekund eller vesentlig mer enn antatt fra den enkle beregning. Følgende kon-klusjon ble gjort: Med høye trykk (70 kg/cm 2 eller mer) over borkronen, kan store skarpe signaler frembringes på jordoverflaten ved åpning og lukking av en meget liten ventil nær borkronen. Ven-tiler med en åpning på 0,3 5 cm 2kan frembringe sterke signaler fra en dybde på 1525 m og svekkelsen av signalamplituden fra dybder mellom 762 og 1525 m har vist seg å være meget liten.,, hvilket indikerer at signaldempningen er liten. liters and with a modulus of elasticity for the sludge of 400,000, the pressure drop was calculated to be 2.8 kg/cm 2 per second. During the tests, the pressure drop on the soil surface was measured at over 7 kg/cm 2 per second or significantly more than expected from the simple calculation. The following conclusion was made: With high pressures (70 kg/cm 2 or more) above the drill bit, large sharp signals can be produced on the earth's surface by opening and closing a very small valve near the drill bit. Valves with an opening of 0.35 cm 2 can produce strong signals from a depth of 1525 m and the attenuation of the signal amplitude from depths between 762 and 1525 m has been found to be very small, indicating that signal attenuation is small.
Anordningen ifølge oppfinnelsen har flere viktige fordeler: The device according to the invention has several important advantages:
Den hurtige uttapping med en takt på så lite som 0,47 l/sek. vil frembringe en skarp puls, dvs. en puls som har en meget stor trykk-endringstakt, dvs. stor ^ på f.eks. 40. Videre vil den hurtige åpning av ventilen også minske slitasje av følgende grunner: Når ventilen er lukket, er det klart ingen slitasje av ventilsetet. The fast dispensing with a rate of as little as 0.47 l/sec. will produce a sharp pulse, i.e. a pulse which has a very large pressure change rate, i.e. large ^ of e.g. 40. Furthermore, the rapid opening of the valve will also reduce wear for the following reasons: When the valve is closed, there is clearly no wear on the valve seat.
Når ventilen er åpen og åpningsarealet er stort sammenlignet med When the valve is open and the opening area is large compared to
den etterfølgende struping, vil ventilen ha en meget lav strømnings-hastighet og følgelig vil slitasjen ligge hovedsakelig i den etter-følgende struping som kan tåles å være av ikke eroderbart materiale som f.eks. borkarbid. Slitasje opptrer i ventilen bare under åpning og lukking, dvs. bare når strømningshastigheten i ventilsetet er meget stor. Ventilbetjeningen bør ,derfor være så hurtig som mulig for åpning og lukking og det er ingen grenser for ønsket hastighet. Uttappingshastigheten gjennom ventilen bør også være hurtig, men det er en øvre grense over hvilken én hurtigere uttapping ikke er fordelaktig. Dette skyldes at det er en grense for høyfrekvens-overføringen gjennom slammet. Frekvenser høyere enn 100 Hz blir sterkt dempet og er av liten verdi for oppbygningen av en hurtig puls på jordoverflaten. For å bestemme maksimal brukbar utstrømnings-hastighet er det nødvendig å gjøre eksperimenter i full målestokk under anvendelse av et riktig oljeborehull og lang lengde av en van- the subsequent throttling, the valve will have a very low flow rate and consequently the wear will lie mainly in the subsequent throttling, which can be tolerated to be made of non-erodible material such as e.g. boron carbide. Wear occurs in the valve only during opening and closing, i.e. only when the flow rate in the valve seat is very high. The valve operation should therefore be as fast as possible for opening and closing and there are no limits to the desired speed. The rate of withdrawal through the valve should also be fast, but there is an upper limit above which one faster withdrawal is not beneficial. This is because there is a limit to the high-frequency transmission through the sludge. Frequencies higher than 100 Hz are strongly attenuated and are of little value for the build-up of a fast pulse on the earth's surface. To determine the maximum usable outflow rate, it is necessary to do full-scale experiments using a proper oil well and long length of a van-
lig borstamme. Eksperimentene omfattet en spesielt stor ventil etterfulgt av en innstillbar åpning. lig boron stem. The experiments involved a particularly large valve followed by an adjustable opening.
Endringer av åpningens størrelse kan bestemme strømningshas-tigheten i liter pr. sekund. Det ble fastslått at en strømnings-hastighet større enn ca. 11,35 l/sek. betød lite forbedring av signalet. En sammenligning av signaler fra en dybde på 1529 m med forskjellige åpningsstørrelser ble foretatt med 1,3cm diameter, 1,08 cm diameter og 0,68 cm diameter. Det ble fastslått at med en åpningsdiameter på 0,68 cm ble det frembragt et signal på jordoverflaten som var tilnærmet like stort som det som ble frembragt med en åpningsdiameter på 1,3 cm. Changes to the size of the opening can determine the flow rate in liters per second. It was determined that a flow rate greater than approx. 11.35 l/sec. meant little improvement of the signal. A comparison of signals from a depth of 1529 m with different aperture sizes was made with 1.3 cm diameter, 1.08 cm diameter and 0.68 cm diameter. It was determined that with an aperture diameter of 0.68 cm a signal was produced on the earth's surface which was approximately the same as that produced with an aperture diameter of 1.3 cm.
Fig. 1 viser en typisk borerigg 10 med en slamsirkulasjonspumpe 12 , et rør 14, et standrør 16, en fleksibel roterbar høy-trykkslange 18, et dreieledd 20 og en borstamme 22 som omfatter en borkrave 24 og en borkrone 26. I kort avstand over borkronen 26 og montert i borkraven 24 er det montert en negativ slamtrykkpulsgenerator 28, en føleinnretning og instrumentering 30. Pulsgeneratoren 28 er av spesiell konstruksjon. Den frembringer en rekke programmerte pulser som hver består av en kort momentan minskning av slamtrykket. Ved en utførelse oppnås dette ved hjelp av en ventil som åpnes momentant og gir en passasje mellom innsiden og utsiden av borkraven 24, dvs. at ventilen styrer en passasje mellom innsiden av borkraven 24 og det ringformede rom 29 mellom borkraven og borehullets vegg. Fig. 1 shows a typical drilling rig 10 with a mud circulation pump 12, a pipe 14, a standpipe 16, a flexible rotatable high-pressure hose 18, a pivot joint 20 and a drill stem 22 comprising a drill collar 24 and a drill bit 26. A short distance above the drill bit 26 and mounted in the drill collar 24 is a negative mud pressure pulse generator 28, a sensing device and instrumentation 30. The pulse generator 28 is of special construction. It produces a series of programmed pulses, each of which consists of a short momentary reduction in mud pressure. In one embodiment, this is achieved by means of a valve which opens momentarily and provides a passage between the inside and outside of the drill collar 24, i.e. the valve controls a passage between the inside of the drill collar 24 and the annular space 29 between the drill collar and the borehole wall.
Utstyret 32 på jordoverflaten er forbundet med en trykkomformer 100 som på sin side er forbundet med ståndrøret 16. Alternativt kan omformeren 100 være forbundet med den stasjonære del av det dreibare ledd 20. The equipment 32 on the ground surface is connected to a pressure converter 100 which in turn is connected to the stand pipe 16. Alternatively, the converter 100 can be connected to the stationary part of the rotatable joint 20.
Fig. 2A og 2B viser den negative slamtrykkpulsgenerator 28 skjematisk for å lette forklaringen av dens funksjon og virkemåte. Pulsgeneratoren omfatter et ventilinnløpskammer 42, et ventilut-løpskammer 44 og et kompenseringskammer 72. Innløpskammeret 42 Figs. 2A and 2B show the negative mud pressure pulse generator 28 schematically to facilitate the explanation of its function and operation. The pulse generator comprises a valve inlet chamber 42, a valve outlet chamber 44 and a compensation chamber 72. The inlet chamber 42
er hydraulisk forbundet via et innløp 38 med innsiden av borkraven 24. Dette kammer 42 er også hydraulisk forbundet med en passasje is hydraulically connected via an inlet 38 to the inside of the drill collar 24. This chamber 42 is also hydraulically connected with a passage
48 til utløpskammeret 44. Den hydrauliske strøm gjennom passasjen 48 styres ved samvirke mellom ventillegemet 36 og ventilsetet 37. Utløpskammeret 44 er hydraulisk forbundet med et utløp 51 til det ringformede rom 29. I utløpet 51 er det anordnet en første 52 og en andre 53 kompenseringsåpning. Rommet 40 mellom åpningene 52 og 53 er hydraulisk forbundet gjennom et rør 74 med kompenseringskammeret 72. Innløpskammeret 42 kommuniserer med kompenseringskammeret 72 via en sylinder 49 som inneholder et bevegelig tetningsorgan i form av et kompenseringsstempel 50 som er forbundet med ventillegemet 36 via en stempelstang 46. Ventillegemet 36 er også forbundet ved hjelp av en forbindelsesstang 47 (fig. 3A og 3B) med et betjeningsorgan 54. 48 to the outlet chamber 44. The hydraulic flow through the passage 48 is controlled by cooperation between the valve body 36 and the valve seat 37. The outlet chamber 44 is hydraulically connected with an outlet 51 to the annular space 29. In the outlet 51, a first 52 and a second 53 compensation opening are arranged . The space 40 between the openings 52 and 53 is hydraulically connected through a pipe 74 to the compensating chamber 72. The inlet chamber 42 communicates with the compensating chamber 72 via a cylinder 49 which contains a movable sealing member in the form of a compensating piston 50 which is connected to the valve body 36 via a piston rod 46. The valve body 36 is also connected by means of a connecting rod 47 (fig. 3A and 3B) to an operating device 54.
Fig. 2B viser ventillegemet 36 i lukket stilling hvor den skraverte del indikerer høytrykksdelen og de ikke skraverte deler betegner lavtrykksdelene. Høyt, lavt og midlere trykk er relative, dvs. differansen mellom trykk på et bestemt sted og det omgivende trykk som her er antatt å være null, men det reelle trykk vil være lik dette trykk pluss det hydrostatiske trykk som kan være 700 Fig. 2B shows the valve body 36 in the closed position, where the shaded part indicates the high-pressure part and the non-shaded parts denote the low-pressure parts. High, low and medium pressures are relative, i.e. the difference between pressure at a certain location and the surrounding pressure which is here assumed to be zero, but the real pressure will be equal to this pressure plus the hydrostatic pressure which can be 700
2 2
kg/cm eller mer. kg/cm or more.
Det effektive areal av ventillegemet 36 gjøres noe større enn det effektive areal av stemplet 50 slik at når ventillegemet 36 The effective area of the valve body 36 is made somewhat larger than the effective area of the piston 50 so that when the valve body 36
er lukket eller tilnærmet lukket,vil kraften på stempelstangen 46 ha den retning som er vist med pilen på fig. 2B og kan tilnærmet være lik 1000 X (a-a') hvor a er det effektive areal av ventillegemet 36 og a<1> er det effektive areal av kompenseringsstemplet 50 på stempelstangsiden. is closed or nearly closed, the force on the piston rod 46 will have the direction shown by the arrow in fig. 2B and may be approximately equal to 1000 X (a-a') where a is the effective area of the valve body 36 and a<1> is the effective area of the compensating piston 50 on the piston rod side.
Fig. 2A viser ventillegemet 36 i åpen stilling, dvs. at slam-strømmen fra innløpskammeret 42 kan passere til utløpskammeret 44 via passasjen 51 til det ringformede rom 29. Den første og andre kompenseringsåpning 52 respektive 53 gir en forhåndsbestemt struping av slamstrømmen og de bevirker begge et trykkfall. Føl-gelig vil trykket i kompenseringskammeret 72 ha enhver verdi mellom det maksimale trykk i kammeret 44 og det minimale trykk i utløpet 51 som svarer til trykket i det ringformede rom 29. Fig. 2A shows the valve body 36 in the open position, i.e. that the mud flow from the inlet chamber 42 can pass to the outlet chamber 44 via the passage 51 to the annular space 29. The first and second compensating openings 52 and 53 respectively provide a predetermined throttling of the mud flow and they effect both a pressure drop. Consequently, the pressure in the compensation chamber 72 will have any value between the maximum pressure in the chamber 44 and the minimum pressure in the outlet 51 which corresponds to the pressure in the annular space 29.
Som nevnt ovenfor, er den skraverte del på fig. 2A likesom på fig. 2B betegnende for høyt trykk og den ikke-skraverte del uten-for 51 betegner lavt trykk. Under åpningen av ventilen vil slammet passere åpningene 52 og 53 og som følge derav vil trykket i rommet 40 mellom høytrykket og lavtrykket være et midlere trykk som er antydet med prikker som vist på fig. 2A. Det midlere trykk i rommet 40 mellom åpningene 52 og 53 kommuniserer via ledningen 74 med kompenseringskammeret 72. Trykket i kompenseringskammeret 72 kan følgelig justeres til enhver egnet verdi mellom høyt trykk og lavt trykk. Dimensjoneringen av åpningene 52 og 53 bestemmer derfor trykket i kompenseringskammeret 72 og følgelig kraften på kompenseringsstemplet 50. Hvis åpningen 52 hadde samme tverrsnitts-areal som åpningen 52, ville trykket i rommet 40 og følgelig i kompenseringskammeret 72 ligge midt mellom høyt og lavt trykk. Når åpningen 53 gjøres større enn åpningen 52, vil trykket i kompenseringskammeret 72 bli mindre og når åpningen 53 gjøres mindre enn åpningen 52, vil trykket i kompenseringskammeret 72 øke. F.eks. hvis åpningen 53 er liten sammenlignet med åpningen 52, vil trykket i kompenseringskammeret 72 være høyt og derfor vil kraften på stemplet 5 0 være stor og lukke ventilen. På den annen side, hvis åpningen 53 er stor sammenlignet med åpningen 52, vil trykket i kompenseringskammeret 72 være lavt slik at ventilen vil forbli åpen. Det er derfor klart at kraften på stemplet 50 kan justeres mellom vide grenser og derved styre virkningen av ventilen. As mentioned above, the shaded part in fig. 2A as in fig. 2B denoting high pressure and the non-shaded part outside 51 denoting low pressure. During the opening of the valve, the sludge will pass through the openings 52 and 53 and as a result the pressure in the space 40 between the high pressure and the low pressure will be an average pressure which is indicated by dots as shown in fig. 2A. The average pressure in the space 40 between the openings 52 and 53 communicates via the line 74 with the compensating chamber 72. The pressure in the compensating chamber 72 can therefore be adjusted to any suitable value between high pressure and low pressure. The dimensioning of the openings 52 and 53 therefore determines the pressure in the compensating chamber 72 and consequently the force on the compensating piston 50. If the opening 52 had the same cross-sectional area as the opening 52, the pressure in the space 40 and consequently in the compensating chamber 72 would lie in the middle between high and low pressure. When the opening 53 is made larger than the opening 52, the pressure in the compensating chamber 72 will be less and when the opening 53 is made smaller than the opening 52, the pressure in the compensating chamber 72 will increase. E.g. if the opening 53 is small compared to the opening 52, the pressure in the compensating chamber 72 will be high and therefore the force on the piston 50 will be large and close the valve. On the other hand, if the opening 53 is large compared to the opening 52, the pressure in the compensating chamber 72 will be low so that the valve will remain open. It is therefore clear that the force on the piston 50 can be adjusted between wide limits and thereby control the action of the valve.
Det er viktig at kraften som lukker ventilen på fig. 2B It is important that the force that closes the valve in fig. 2B
og åpner ventilen på fig. 2A er bestemt av en første og en andre uavhengig parameter, dvs. kraften som lukker ventilen stammer fra den effektive arealdifferanse mellom ventillegemet 36 og den side av kompenseringsstemplet 50 som vender mot stempelstangen, mens den kraft som tjener til å åpne ventilen utledes fra areal-dif feransen mellom åpningene 52 og 53. Ved egnet valg av disse parametre kan ventilen bringes til å åpne og lukke ved hjelp av en meget liten ytre mekanisk kraft. and opens the valve in fig. 2A is determined by a first and a second independent parameter, i.e. the force which closes the valve derives from the effective area difference between the valve body 36 and the side of the compensating piston 50 facing the piston rod, while the force which serves to open the valve is derived from the area- the difference between the openings 52 and 53. By suitable selection of these parameters, the valve can be made to open and close with the aid of a very small external mechanical force.
Det er også viktig at ventilen har bistabil virkning, dvs. at ventilen kan kippe fra åpen til lukket stilling eller omvendt. It is also important that the valve has a bistable effect, i.e. that the valve can swing from open to closed position or vice versa.
Med andre ord velges den første uavhengige parameter slik at når ventilen befinner seg i området for nesten lukket til fullt åpen stilling, blir en forhåndsbestemt kraft påtrykt ventilen i lukkeret-ningen og bibeholdes, og den andre uavhengige parameter velges slik at når ventilen befinner seg i området mellom nesten åpen og fullt åpen påtrykkes en forhåndsbestemt kraft på ventillegemet til åpen stilling og bibeholdes. In other words, the first independent parameter is chosen so that when the valve is in the region of nearly closed to fully open position, a predetermined force is applied to the valve in the closing direction and is maintained, and the second independent parameter is chosen so that when the valve is in the area between almost open and fully open, a predetermined force is applied to the valve body to the open position and maintained.
Det er således klart at den negative slamtrykkpulsgenerator It is thus clear that the negative mud pressure pulse generator
28 ifølge oppfinnelsen utnytter den forhåndenværende energi som utledes fra slamtrykket på en slik måte at graden av ytre energi som er nødvendig for å betjene ventilen blir vesentlig minsket og i 28 according to the invention utilizes the existing energy derived from the mud pressure in such a way that the degree of external energy required to operate the valve is significantly reduced and in
tillegg oppnås en bistabil virkning av ventilen. in addition, a bistable effect of the valve is achieved.
Fig. 3A viser skjematisk utførelse av pulsgeneratoren 28 og tilhørende utstyr nede i borehullet montert i den nedre ende av borstammen. På fig. 3A har en borstammedel 58 en ytre diameter på 17 cm og en lengde på 91 cm som opptar et hus 5 6 og holdes av ikke viste bæreorganer. Huset 56 inneholder pulsgeneratoren 28 og har i den nedre ende instrumenteringsseksjonen 62, 66 og fødeseksjonen 64. Slam fra det indre av borstammen passerer på utsiden av huset 56 Fig. 3A shows a schematic design of the pulse generator 28 and associated equipment down in the drill hole mounted at the lower end of the drill stem. In fig. 3A has a drill stem part 58 an outer diameter of 17 cm and a length of 91 cm which occupies a housing 5 6 and is held by support means not shown. The housing 56 contains the pulse generator 28 and has at the lower end the instrumentation section 62, 66 and the feed section 64. Mud from the interior of the drill stem passes on the outside of the housing 56
i retning av pilene. Et filter 60 hindrer at faste slampartikler trer inn i huset. Ventillegemet 36 betjenes av en betjeningsinnretning 54. Når ventilen er åpen som vist på fig. 2A, vil noe slam tre ut i det ringformede rom 29. De bøyede piler viser retningen av slamstrømmen. Trykket som tvinger slammet inn i det ringformede rom 29 er trykket over borkronen 26. Når ventilen er lukket, er tilgangen til det "ringformede rom 29 også lukket. in the direction of the arrows. A filter 60 prevents solid sludge particles from entering the housing. The valve body 36 is operated by an operating device 54. When the valve is open as shown in fig. 2A, some sludge will exit into the annular space 29. The bent arrows show the direction of the sludge flow. The pressure that forces the mud into the annular space 29 is the pressure above the drill bit 26. When the valve is closed, access to the 'annular space 29 is also closed.
Stemplet 76 skiller kammeret 72 fra det oljefylte kammer 78. Betjeningsinnretningen 54 er montert inne i et oljefylt kammer 80. En utjevningspassasje 82 forbinder kamrene 78 og 80. Samvirket mellom stemplet 76 og passasjen 74, kamrene 72, 78 og 80 opprett-holdes på hovedsakelig samme trykk som kammeret 40. Passasjen 82 er vist med strekede linjer på fig. 3A og er ikke vist på Fig. 3B, fordi det befinner seg i et annet plan enn på det viste tverr-snitt . The piston 76 separates the chamber 72 from the oil-filled chamber 78. The operating device 54 is mounted inside an oil-filled chamber 80. An equalizing passage 82 connects the chambers 78 and 80. By the cooperation between the piston 76 and the passage 74, the chambers 72, 78 and 80 are maintained on essentially same pressure as the chamber 40. The passage 82 is shown in broken lines in fig. 3A and is not shown in Fig. 3B, because it is in a different plane than in the cross-section shown.
Seksjonen 6 6 har en diameter på 6 cm og passer inn i en borstammedel med en ytre diameter på 17 cm og en indre diameter på 8,25 cm. Delene 30 er forsynt med sentraliseringsarmer 70 som passer inn i sporstammedelen 69. Sentraliseringsarmene er beregnet på å sentralisere delen 30, men å gi fri passasje for slammet. The section 6 6 has a diameter of 6 cm and fits into a drill stem part with an outer diameter of 17 cm and an inner diameter of 8.25 cm. The parts 30 are provided with centralizing arms 70 which fit into the track stem part 69. The centralizing arms are intended to centralize the part 30, but to provide free passage for the sludge.
Fig. 3B viser en mer detaljert utførelse av pulsgeneratoren Fig. 3B shows a more detailed embodiment of the pulse generator
28 med en betjeningsinnretning 54 som omfatter et par elektriske energiseringsviklinger som er anordnet overfor hverandre. Viklingen 55 er anordnet øverst på tegningen og utøver en kraft i retning oppover på ankeret 57, mens viklingen 59 nederst på tegningen utøver en kraft nedover på ankeret 61. Ankrene 57 og 61 er løst koplet med et mekanisk ledd 63 som er festet på koplingsstangen 47 slik at det oppnås en hammervirkning, dvs. når en av energi-seringsviklingene energiserer, beveges ankeret et kort stykke før det opptar belastningen av stangen 4 7 slik at det oppnås et hammer-lignende slag. Denne hammervirkning har en fordelaktig virkning på åpning og lukking av ventillegemet 36. 28 with an operating device 54 which comprises a pair of electrical energizing windings which are arranged opposite each other. The winding 55 is arranged at the top of the drawing and exerts an upward force on the armature 57, while the winding 59 at the bottom of the drawing exerts a downward force on the armature 61. The armatures 57 and 61 are loosely connected with a mechanical link 63 which is attached to the connecting rod 47 so that a hammer effect is achieved, i.e. when one of the energizing windings energizes, the armature is moved a short distance before it takes up the load of the rod 4 7 so that a hammer-like blow is achieved. This hammer action has a beneficial effect on the opening and closing of the valve body 36.
Åpningene 52 og 53 har mindre areal enn passasjen 48, slik The openings 52 and 53 have a smaller area than the passage 48, as follows
at hastigheten av slamstrømmen forbi ventillegemet 36 og setet 37 er vesentlig minsket sammenlignet med hastigheten av slamstrøm-men gjennom åpningene 52 og 53, slik at slitasjen konsentreres til åpningene 52 og 53 som består av slitasjeholdbart materiale som f.eks. borkarbid og som lett kan byttes ut som antydet på fig. 3B. Disse små slitasjebestandige åpninger 52 og 53 gjør at pulsgeneratoren 28 blir fullstendig feilsikker, dvs. at det er det samme hva som hender med ventillegemet 36 som f.eks. at det blir stående i åpen stilling, vil mengden av slam som kan strømme gjennom åpningene 52 og 53 ikke ha noen vesentlig uheldig virkning på boringen. En ytterligere fordel ved å gjøre åpningene 52 og 53 lett utskiftbare er at de kan tilpasses varierende vekt og viskositet av slammet. that the speed of the mud flow past the valve body 36 and the seat 37 is significantly reduced compared to the speed of the mud flow through the openings 52 and 53, so that the wear is concentrated to the openings 52 and 53 which consist of wear-resistant material such as boron carbide and which can be easily replaced as indicated in fig. 3B. These small wear-resistant openings 52 and 53 mean that the pulse generator 28 becomes completely fail-safe, i.e. that it is the same as what happens with the valve body 36 as e.g. that it remains in the open position, the amount of mud that can flow through the openings 52 and 53 will not have any significant adverse effect on the drilling. A further advantage of making the openings 52 and 53 easily replaceable is that they can be adapted to varying weight and viscosity of the sludge.
Da pulsgeneratoren 28 utsettes for sterke vibrasjonskrefter, må det sørges for stabilitet av ventillegemet 36 i både åpen og lukket stilling. Dette sikres ved en bistabil virkning av ventillegemet 36 som tidligere beskrevet. As the pulse generator 28 is exposed to strong vibrational forces, stability of the valve body 36 must be ensured in both the open and closed position. This is ensured by a bistable effect of the valve body 36 as previously described.
Den vertikale akselerasjon som skyldes boring er sterkere i retning oppover enn i retning nedover. Når tennene i borkronen 26 møter hardt fjell, blir borkronen og borkraven 24 presset oppover, dvs. akselerert i retning oppover, men når borkronen beveges oppover og ut av berøring med fjell, er det liten kraft uten akselerasjonen som skyldes tyngdekraften som tvinger borkronen og borkraven nedover. Følgelig kan aselerasjonen oppover være flere hundrede g mens akselerasjonen nedover bare er av størrelsesorden 1 g. Ventillegemet 36 må derfor konstrueres slik at når det befinner seg i lukket stilling, må sterk akselerasjon oppover holde ventillegemet lukket og sterk akselerasjon nedover vil åpne ventilen. Dette er oppnådd ved den konstruksjon som er vist på fig. 3A og 3B. The vertical acceleration due to drilling is stronger in the upward direction than in the downward direction. When the teeth of the bit 26 meet hard rock, the bit and collar 24 are pushed upwards, i.e. accelerated in an upward direction, but when the bit is moved upwards and out of contact with rock, there is little force other than the acceleration due to the force of gravity forcing the bit and collar downwards. Consequently, the upward acceleration can be several hundreds of g, while the downward acceleration is only of the order of 1 g. The valve body 36 must therefore be constructed so that when it is in the closed position, strong upward acceleration must keep the valve body closed and strong downward acceleration will open the valve. This is achieved by the construction shown in fig. 3A and 3B.
Ved forskjellige prøver og eksperimenter er det funnet at en kraft på ca. 15 kg er nødvendig for å betjene ventillegemet 36 når den første og andre uavhengige parameter som ovenfor beskrevet er valgt slik at det oppnås en bistabil virkning for å oppnå tilstrekkelig stabilitet av ventillegemet 36. Med god sikkerhetsfaktor i tillegg er den nødvendige kraft 30 til 45 kg. For å utøve kraft av denne størrelse over den nødvendige bevegelsesvei for ventillegemet med elektromagnetiske viklinger av rimelig størrelse, er det nødvendig med ca. 350 Watt eller nærmere en halv hestekraft. Med så stor nødvendig elektrisk energi synes det umiddelbart at for et større antall betjeninger av ventillegemet 36 er det nødvendig med en elektrisk energikilde som ligger langt over kapasiteten for en vanlig selv-underholdende matekilde. Dette problem er overvunnet ved hjelp av den beskrevne pulsgeneratoren 28 som gir en meget hurtig bevegelse av ventillegemet 36, dvs. at ventillegemet 36 kan. åpnes eller lukkes med 350 watt i løpet av bare 20 millisekunder. Energiforbruket for åpning eller lukking av ventilen er derfor In various tests and experiments, it has been found that a force of approx. 15 kg is required to operate the valve body 36 when the first and second independent parameters as described above are selected so that a bistable effect is achieved to achieve sufficient stability of the valve body 36. With a good safety factor in addition, the required force is 30 to 45 kg . To exert force of this magnitude over the required path of movement of the valve body with electromagnetic windings of reasonable size, approx. 350 Watts or close to half a horsepower. With such a large amount of electrical energy required, it immediately appears that for a greater number of operations of the valve body 36, an electrical energy source is needed which is far above the capacity of a normal self-maintaining power source. This problem is overcome by means of the described pulse generator 28 which provides a very rapid movement of the valve body 36, i.e. that the valve body 36 can. opens or closes with 350 watts in just 20 milliseconds. The energy consumption for opening or closing the valve is therefore
Det står idag til rådighet batterier av rimelig størrelse til å There are currently available batteries of reasonable size to
bli anbragt inne i en borkrave 24 og som lett kan levere 2000 be placed inside a drilling collar 24 and which can easily deliver 2000
watt timer. Et slikt batteri kan derfor uten gjenoppladning levere nok energi til å betjene ventillegemet 36 ca. 1 million ganger. Hvis det antas at ventilen betjenes 1 gang hver 4. sekund, kan ett enkelt batteri være i stand til å betjene ventilen kontinuerlig i over 1 måned. Dette er viktig ved kontinuerlig boring fordi den tid som forløper mellom utskifting av borkrone er ca. 100 til 300 timer slik at 30 dager skulle være mer enn tilstrekkelig. watt hours. Such a battery can therefore, without recharging, supply enough energy to operate the valve body 36 approx. 1 million times. Assuming that the valve is operated 1 time every 4 seconds, a single battery may be able to operate the valve continuously for over 1 month. This is important for continuous drilling because the time that elapses between replacing the drill bit is approx. 100 to 300 hours so that 30 days should be more than sufficient.
Konstruksjonen av pulsgeneratoren 28 er en kompleks sak. Selv om omhyggelige beregninger på grunnlag av hydrodynamiske teorier er gjort, må mange parametre bestemmes empirisk. Et viktig punkt her er at boreslammets viskositet er tiksotropisk og det dynamiske forløp er meget forskjellig fra væsker med såkalt Newton-viskositet. Boreslammets egenvekt gram pr. kubikkcentimeter og viskositet varierer over et stort område og egenvekten varierer vanligvis over et meget mindre område enn viskositeten. Boreslam inneholder vanligvis ikke bare kolloide partikler i oppløsning, men også større sand-korn og andre partikler. The construction of the pulse generator 28 is a complex matter. Although careful calculations on the basis of hydrodynamic theories have been made, many parameters must be determined empirically. An important point here is that the viscosity of the drilling mud is thixotropic and the dynamic process is very different from liquids with so-called Newtonian viscosity. Specific gravity of the drilling mud gram per cubic centimeters and viscosity vary over a large range and specific gravity usually varies over a much smaller range than viscosity. Drilling mud usually contains not only colloidal particles in solution, but also larger sand grains and other particles.
Bestemmelse av det minste areal for åpningene 52 og 53 som bestemmer uttømmingshastigheten av væsken i det ringformede rom 29 Determination of the minimum area for the openings 52 and 53 which determines the rate of discharge of the liquid in the annular space 29
er gjort eksperimentelt. Det ble da anvendt en stor servoventil med en diameter på 25 mm og mindre utskiftbare åpninger. Eksperimentene is done experimentally. A large servo valve with a diameter of 25 mm and smaller replaceable openings was then used. The experiments
ble utført i borehull med en dybde på 2440 og 1525 m ved omhyggelige målinger av størrelsen av den negative slamtrykkpuls på jordoverflaten som funksjon av størrelsen av åpningene. Når åpningene ble minsket, ble størrelsen av pulsen på jordoverflaten tilnærmet was carried out in boreholes with a depth of 2440 and 1525 m by careful measurements of the size of the negative mud pressure pulse at the soil surface as a function of the size of the openings. When the apertures were reduced, the size of the pulse at the earth's surface was approximated
uavhengig av arealet av åpningene inntil et overraskende lite areal på 0,35 mm , hvoretter en liten minsking i pulsstørrelsen ble iakt-tatt. Dette var absolutt uventet, men er senere forstått etter omhyggelige .overveielser av de elastiske egenskaper for slamsøylen og den lagrede potensielle energi som beskrevet ovenfor. Denne oppda-gelse førte til det resultat at en liten pulsgenerator kan levere regardless of the area of the openings up to a surprisingly small area of 0.35 mm, after which a small decrease in the pulse size was observed. This was certainly unexpected, but was later understood after careful consideration of the elastic properties of the mud column and the stored potential energy as described above. This discovery led to the result that a small pulse generator can deliver
et brukbart signal j?å jordoverflaten. Deretter ble det foretatt beregninger og det ble bestemt at servoprinsippet for ventilvirkningen ikke var nødvendig og at servoventilen derfor ble sløyfet. Den di-rekte hurtigvirkende pulsgenerator som her beskrevet, ble deretter konstruert og har vist seg velegnet. a usable signal at the earth's surface. Calculations were then made and it was decided that the servo principle for the valve action was not necessary and that the servo valve was therefore omitted. The direct fast-acting pulse generator described here was then constructed and has proven to be suitable.
En negativ slamtrykkpulsgenerator 28 med følgende dimensjoner har vist seg velegnet: Åpningen 52 har en diameter på 1,27 cm, åpningen 53 har en diameter på 0,78 cm, arbeidsslaget for ventillegemet 36. er 0,3 cm, diameteren av stemplet 50 er 0,97 cm, diameteren av ventillegemet 36 i seteflaten er 1,1 cm, vinkelen for setet 37 i forhold til ventillegemets akse er 60°, diameteren for åpningen i setet 37 eller passasjen 48 er 0,95 cm, og diameteren av stempelstengene 46 og 47 er 0,475 cm. A negative mud pressure pulse generator 28 with the following dimensions has proven suitable: The opening 52 has a diameter of 1.27 cm, the opening 53 has a diameter of 0.78 cm, the working stroke of the valve body 36. is 0.3 cm, the diameter of the piston 50 is 0.97 cm, the diameter of the valve body 36 in the seat surface is 1.1 cm, the angle of the seat 37 in relation to the axis of the valve body is 60°, the diameter of the opening in the seat 37 or the passage 48 is 0.95 cm, and the diameter of the piston rods 46 and 47 is 0.475 cm.
Et annet viktig forhold ved oppfinnelsen er at lengden av det tidsrom i hvilket ventilen er åpen ikke har noen forbindelse med mengden av energi som er nødvendig. Den eneste energi som er nød-vendig er den som bringer ventilen til åpen stilling. Viktigheten av dette fremgår tydelig av følgende overveielse. Another important aspect of the invention is that the length of time in which the valve is open has no connection with the amount of energy that is required. The only energy that is necessary is that which brings the valve to the open position. The importance of this is clear from the following consideration.
Det er ved eksperimenter fastslått at for å oppnå et sterkt signal fra en dybde på 3050 m til 6100 m må ventilen holdes åpen i ca. i til 1 sekund og enhver elektromekanisk innretning som ar-beider i så lang tid vil ikke bare nødvendiggjøre meget energi, men vil også bli overopphetet og under spesielle forhold brenne opp som følge av den utviklede varme. Experiments have shown that in order to obtain a strong signal from a depth of 3050 m to 6100 m, the valve must be kept open for approx. for up to 1 second and any electromechanical device that works for such a long time will not only require a lot of energy, but will also overheat and under special conditions burn up as a result of the heat developed.
Som nevnt ovenfor, er det som eksempel angitt to typiske følere som kan anvendes i forbindelse med oppfinnelsen. Fig. 3C viser en føler for naturlig gammastråle og tilhører utstyr som i dette eksempel er av analog art. Fig. 3D viser en temperaturføler og i dette eksempel er denne av digital art. Den ene eller den andre av disse følere kan forbindes med inngangsklemmen i instrumenteringen som vist på fig. 3E som skal beskrives nedenfor. As mentioned above, two typical sensors that can be used in connection with the invention are indicated as examples. Fig. 3C shows a sensor for natural gamma rays and belongs to equipment which in this example is of an analogue nature. Fig. 3D shows a temperature sensor and in this example this is of a digital nature. One or the other of these sensors can be connected to the input terminal in the instrumentation as shown in fig. 3E to be described below.
Fig. 3C viser en geigerteller 168 som på vanlig måte tilfører en høyspenning +HV. Geigertelleren frembringer pulser som via en kondensator 169 tilføres en forsterker 171 som frembringer pulser i utgangen svarende til geigertellerens pulser. Disse pulser til-føres en krets 172 som frembringer en utgangspuls for hver 1024 geigertellerpulser og disse utgangspulser har en tidsavstand t^. Fig. 3C shows a Geiger counter 168 which supplies a high voltage +HV in the usual way. The Geiger counter produces pulses which via a capacitor 169 are supplied to an amplifier 171 which produces pulses in the output corresponding to the Geiger counter's pulses. These pulses are supplied to a circuit 172 which produces an output pulse for every 1024 Geiger counter pulses and these output pulses have a time interval t^.
Jo sterkere gammastråling, jo større blir pulsfrekvensen fra kret-sen 172 og jo kortere vil tiden t^ være. The stronger the gamma radiation, the greater the pulse frequency from the circuit 172 and the shorter the time t^ will be.
Fig. 3D viser temperaturføleren som er utstyrt med en tempera-turavhengig motstand 173 som leverer en likespenning som er proporsjonal med temperaturen. En forsterker 174 forsterker likespen-ningen og tilfører denne til en analog-digitalomformer 175 som leverer en rekke bittgrupper, den ene etter den annen som hver representerer et tall som er proporsjonalt med den avfølte temperatur. Utgangssignalene fra kraftforsterkerne 185, 186 anvendes for énergi-sering av viklingene som betjener ventillegemet 36. Når viklingen 55 energiseres, vil ankeret 57 på fig. 3B beveges oppover slik at stangen 47 betjener ventillegemet 36 slik at det åpner. Når viklingen 59 energiseres, vil ankeret 61 beveges nedover og dermed stangen 47 som betjener ventillegemet 36 til lukket stilling. Fig. 3D shows the temperature sensor which is equipped with a temperature-dependent resistor 173 which supplies a direct voltage which is proportional to the temperature. An amplifier 174 amplifies the direct voltage and supplies this to an analog-to-digital converter 175 which delivers a series of bit groups, one after the other, each representing a number proportional to the sensed temperature. The output signals from the power amplifiers 185, 186 are used to energize the windings that operate the valve body 36. When the winding 55 is energized, the armature 57 in fig. 3B is moved upwards so that the rod 47 operates the valve body 36 so that it opens. When the winding 59 is energized, the armature 61 will be moved downwards and thus the rod 47 which operates the valve body 36 to the closed position.
Ved de her anvendte følere representeres størrelsen av para-meterne nede i borehullet av elektriske pulser. Rekken av pulser With the sensors used here, the size of the parameters down in the borehole is represented by electrical pulses. The series of pulses
representerer en kode (binær eller annen) og rekken representerer størrelsen av parameteren. Fig. 3E viser hvorledes hver enkelt puls i denne kode betjener ventillegemet 36. På fig. 3E representerer 177 en slik puls som er meget kort i tid, bare noen få represents a code (binary or other) and the array represents the size of the parameter. Fig. 3E shows how each individual pulse in this code operates the valve body 36. In fig. 3E represents 177 such a pulse which is very short in time, only a few
mikrosekunder. Denne puls 177 påtrykkes blokken 178 som inneholder en monostabil multivibrator og fortrinnsvis inverterende likeretten-de kretser som reagerer på en enkelt inngangspuls og leverer to utgangspulser som er adskilt i tid ved liten t^, av hvilke den første opptrer samtidig med inngangspulsen og den andre opptrer med en for-sinkelse på t^ som vist med pulsene 179 og 180. Disse pulser 179 og 180 påtrykkes hver sin blokk 181, 182 som er identiske og for- ' lenger pulsene. Hver inngangspuls forlenges til en puls 183 respektivt 184 og tilføres en "Darlington"-forsterker 185 respektivt 186. microseconds. This pulse 177 is applied to the block 178 containing a monostable multivibrator and preferably inverting rectifier circuits which respond to a single input pulse and deliver two output pulses which are separated in time by small t^, of which the first occurs simultaneously with the input pulse and the second occurs with a delay of t^ as shown with the pulses 179 and 180. These pulses 179 and 180 are each applied to blocks 181, 182 which are identical and extend the pulses. Each input pulse is extended to a pulse 183 or 184 respectively and applied to a "Darlington" amplifier 185 or 186 respectively.
Ved en praktisk utførelse av fig. 3E er det valgt en konstant In a practical embodiment of fig. 3E a constant has been chosen
t^ = 500 millisekunder og t2 = 20 millisekunder. Når en enkelt puls 177 påtrykkes ledningen 167, blir Darlington-forsterkeren 185 koplet inn i 20 millisekunder og deretter koplet ut. 500 millisekunder senere blir Darlington-forsterkeren 186 koplet inn i 20 millisekunder og deretter koplet ut. Ventillegemet 36 åpnes i 500 millisekunder uten at det kreves energi i denne periode. Energi kreves bare i de korte 20 millisekunder som er nødvendig for å betjene ventillegemet 36 til åpen eller til lukket stilling. Med den hurtige bistabile virkning utøves høye trykk og volumer i slammet uten at det er nødvendig å anvende store kvanta energi, men derimot liten energi fra batterier som kan betjene ventillegemet ca. 1 million ganger. t^ = 500 milliseconds and t2 = 20 milliseconds. When a single pulse 177 is applied to the wire 167, the Darlington amplifier 185 is switched on for 20 milliseconds and then switched off. 500 milliseconds later, the Darlington amplifier 186 is switched on for 20 milliseconds and then switched off. The valve body 36 is opened for 500 milliseconds without energy being required during this period. Energy is required only for the short 20 milliseconds necessary to operate the valve body 36 to the open or to the closed position. With the fast bistable effect, high pressures and volumes are exerted in the sludge without the need to use large amounts of energy, but on the other hand small energy from batteries that can operate the valve body approx. 1 million times.
Ved en utførelse av anordningen ifølge oppfinnelsen er vekten av hele mekanismen innbefattet ventillegemet 36, ankeret 54, stangen 46 og stemplet 50, ca. 255 g. Ventillegemet 36 er beregnet på et differensialtrykk på 112 kg/cm 2 som inkluderer kraften som er nød-vendig for å åpne og lukke ventillegemet 36 og må overskride krefter som skyldes vertikal akselerasjon av hele anordningen nær borkronen 26. Hvis det antas en vibrasjon på 60 g og en vekt på 255 In an embodiment of the device according to the invention, the weight of the entire mechanism, including the valve body 36, the armature 54, the rod 46 and the piston 50, is approx. 255 g. The valve body 36 is designed for a differential pressure of 112 kg/cm 2 which includes the force necessary to open and close the valve body 36 and must exceed forces due to vertical acceleration of the entire device near the bit 26. If it is assumed a vibration of 60 g and a weight of 255
g, er den maksimale vertikale kraft på ventillegemet 36 som skyldes vibrasjon av anordningen 56 ca. 15,5 kg. For å være sikker på at ventillegemet 36 ikke vil åpne utilsiktet, må kraften som holder ventillegemet lukket på fig. 2B og kraften som åpner ventilen på g, the maximum vertical force on the valve body 36 due to vibration of the device 56 is approx. 15.5 kg. To be sure that the valve body 36 will not open unintentionally, the force holding the valve body closed in FIG. 2B and the force that opens the valve on
fig. 2A begge over^skride ca. 15,5 kg. Ved egnet valg av den første og andre uavhengige parameter kan det oppnås en balansert tilstand. Ved balansert skal her forstås at kraften som er nød-vendig for å åpne ventilen er lik kraften som er nødvendig for å lukke den. fig. 2A both exceed approx. 15.5 kg. By suitable selection of the first and second independent parameters, a balanced state can be achieved. Balanced means here that the force required to open the valve is equal to the force required to close it.
Utstyret på jordoverflaten som anvendes i forbindelse med anordningen nede i borehullet må eliminere interferensvirkning som opptrer i trykkomformeren 100 og som kan ha forskjellige former. The equipment on the ground surface that is used in connection with the device down in the borehole must eliminate the interference effect that occurs in the pressure converter 100 and which can take different forms.
Fig. 4 viser utstyret på jordoverflaten for overvåkning av radioaktivitet for jordformasjoner som boret passerer under boringen. Trykkomformeren 100 er forbundet med standrøret 16 og omformer variasjoner i slamtrykket i standrøret til elektrisk spenning. Denne spenning representerer en blanding av to kompo-nentsignaler, nemlig det nyttige informasjonssignal og interfe-renssignal. Informasjonssignalet er en rekke av korte negative slamtrykkpulser som dannes ved hurtig åpning og lukking av ventilen. Interferenssignalet har form av forholdsvis langsomme og periodiske trykkvariasjoner som frembringes ved slagene i slampumpen 12. Disse slampumpesignaler maskerer eller gjør informasjonssignalene Fig. 4 shows the equipment on the earth's surface for monitoring radioactivity for soil formations that the drill passes during drilling. The pressure converter 100 is connected to the standpipe 16 and converts variations in the mud pressure in the standpipe into electrical voltage. This voltage represents a mixture of two component signals, namely the useful information signal and interference signal. The information signal is a series of short negative mud pressure pulses that are formed by rapid opening and closing of the valve. The interference signal takes the form of relatively slow and periodic pressure variations which are produced by the strokes in the mud pump 12. These mud pump signals mask or make the information signals
utydelige. indistinct.
En viktig funksjon i denne forbindelse,er fra det forstyrrede signal som leveres av omformeren 100, å utlede et rent, ønsket informasjonssignal. Dette oppnås ved hjelp av en signalutleder 102 som er forbundet med utgangsklemmen 101 på trykkomformeren 100. Signalutlederen eliminerer den interfererende virkning og leverer på utgangen 108 en rekke pulser fra hvilke informasjonen med hensyn til parameteren nede i borehullet lett kan utledes. ^Det er klart at innenfor oppfinnelsens ramme er det mulig forskjellige endringer og modifikasjoner. F.eks. kan det nede i borehullet være anbragt følere for flere enn to parametere. Det er videre klart at følere for flere parametere kan anvendes samtidig og i dette tilfelle anvendes kjent teknikk som f.eks. tidsdeling, multipleksing og lignende for behandling av data som representerer de forskjellige parametere. An important function in this connection is to derive a clean, desired information signal from the disturbed signal delivered by the converter 100. This is achieved by means of a signal emitter 102 which is connected to the output terminal 101 of the pressure converter 100. The signal emitter eliminates the interfering effect and delivers at the output 108 a series of pulses from which the information regarding the parameter down in the borehole can be easily derived. ^It is clear that within the scope of the invention various changes and modifications are possible. E.g. sensors for more than two parameters can be placed down in the borehole. It is also clear that sensors for several parameters can be used simultaneously and in this case known techniques such as e.g. time division, multiplexing and the like for processing data representing the various parameters.
Det er videre klart at borstammen 31 på fig. 1 ikke behøver roteres ved hjelp av et roterende organ på jordoverflaten, men borkronen 26 kan roteres ved hjelp av en slammotor som er anordnet umiddelbart over borkronen 26 i borstammen. Når en slik slammotor anvendes, vil det over denne opptre et stort trykkfall fordi den drives av slamstrømmen. Dette store trykkfall kan utnyttes for å oppnå trykkforskjell mellom innsiden av borstammen og det ringformede rom mellom borstammen og borehullets vegg, og i et slikt tilfelle behøver det ikke anvendes borkrone av jettypen. It is also clear that the drill stem 31 in fig. 1 does not need to be rotated by means of a rotating body on the ground surface, but the drill bit 26 can be rotated by means of a mud motor which is arranged immediately above the drill bit 26 in the drill stem. When such a mud motor is used, a large pressure drop will occur across it because it is driven by the mud flow. This large pressure drop can be used to achieve a pressure difference between the inside of the drill stem and the annular space between the drill stem and the borehole wall, and in such a case a jet-type drill bit does not need to be used.
Tilstedeværelsen av trykkfallet over slammotoren understøtter driften av anordningen ifølge oppfinnelsen så lenge den negative slamtrykkpulsgenerator befinner seg over slammotoren. The presence of the pressure drop above the mud motor supports the operation of the device according to the invention as long as the negative mud pressure pulse generator is located above the mud motor.
Den nevnte struping gjelder enten en borkrone av jet-typen eller en slammotor eller begge. Uttrykket høytrykkssone gjelder på oversiden av strupingen og lavtrykkssonen gjelder undersiden av strupingen. The aforementioned throttling applies to either a jet-type drill bit or a mud motor or both. The term high pressure zone applies to the upper side of the throat and low pressure zone applies to the lower side of the throat.
Det er klart at i enkelte tilfeller kan det anvendes flere slampumper i en enkelt borerigg og disse pumper må nødvendigvis arbeide synkront. It is clear that in some cases several mud pumps can be used in a single drilling rig and these pumps must necessarily work synchronously.
Claims (21)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO872530A NO165733C (en) | 1977-12-05 | 1987-06-17 | PROCEDURE AND SYSTEM FOR TELEMETRY MEASUREMENTS IN A DRILL. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US85767777A | 1977-12-05 | 1977-12-05 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO783996L NO783996L (en) | 1979-06-06 |
NO151907B true NO151907B (en) | 1985-03-18 |
NO151907C NO151907C (en) | 1985-06-26 |
Family
ID=25326505
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO783996A NO151907C (en) | 1977-12-05 | 1978-11-28 | TELEMETRY DEVICE FOR GENERATING PRESSURE PULSES REPRESENTING ONE OR MORE PARAMETERS DOWN IN A DRILL |
NO844240A NO168546C (en) | 1977-12-05 | 1984-10-24 | PROCEDURE FOR PERFORMING MEASUREMENTS IN A DRILL. |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO844240A NO168546C (en) | 1977-12-05 | 1984-10-24 | PROCEDURE FOR PERFORMING MEASUREMENTS IN A DRILL. |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
AU (2) | AU4134478A (en) |
CA (2) | CA1124228A (en) |
DE (1) | DE2852575A1 (en) |
FR (1) | FR2410726A1 (en) |
GB (1) | GB2009473B (en) |
MX (1) | MX147050A (en) |
MY (1) | MY8500863A (en) |
NL (1) | NL187454C (en) |
NO (2) | NO151907C (en) |
SU (1) | SU1243633A3 (en) |
Families Citing this family (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2416339A1 (en) * | 1978-02-06 | 1979-08-31 | Westlake John | Downhole measurements transmitted to surface - by converting transducer signals into digital drilling fluid pressure pulses |
US4371958A (en) * | 1978-03-27 | 1983-02-01 | Claycomb Jack R | Drilling orientation tool |
FR2555654B1 (en) * | 1979-08-21 | 1989-04-14 | Scherbatskoy Serge Alexander | TELEMETRY APPARATUS AND METHODS FOR TRANSMITTING INFORMATION DURING DRILLING |
AU544112B2 (en) * | 1979-08-21 | 1985-05-16 | S.A. Scherbatskoy | Logging a borehole while drilling |
FR2554866B1 (en) * | 1979-08-21 | 1988-10-21 | Scherbatskoy Serge Alexander | MEASURING APPARATUS FOR USE IN A BOREHOLE AND OPERATING DURING DRILLING |
DE3028813C2 (en) * | 1980-07-30 | 1983-09-08 | Christensen, Inc., 84115 Salt Lake City, Utah | Method and device for the remote transmission of information |
US4386422A (en) * | 1980-09-25 | 1983-05-31 | Exploration Logging, Inc. | Servo valve for well-logging telemetry |
AU548627B2 (en) * | 1981-09-15 | 1985-12-19 | Exploration Logging Inc. | Apparatus for well logging while drilling |
CA1189442A (en) * | 1981-11-09 | 1985-06-25 | Gary D. Berkenkamp | Pump noise filtering apparatus for a borehole measurement while drilling system utilizing drilling fluid pressure sensing |
CA1188979A (en) * | 1981-11-09 | 1985-06-18 | Ross E. Smith | Pump noise filtering apparatus for a borehole measurement while drilling system utilizing drilling fluid pressure sensing and drilling fluid velocity sensing |
EP0080224B1 (en) * | 1981-11-24 | 1987-12-09 | Shell Internationale Researchmaatschappij B.V. | Means for generating electric energy in a borehole during drilling thereof |
USH55H (en) * | 1984-06-18 | 1986-05-06 | Method for improved mud pulse telemetry | |
WO1998016712A1 (en) * | 1996-10-11 | 1998-04-23 | Baker Hughes Incorporated | Apparatus and method for drilling boreholes |
GB0124589D0 (en) | 2001-10-12 | 2001-12-05 | Flight Refueling Ltd | Operating electrolyte based components |
US9312557B2 (en) | 2005-05-11 | 2016-04-12 | Schlumberger Technology Corporation | Fuel cell apparatus and method for downhole power systems |
US7881155B2 (en) * | 2006-07-26 | 2011-02-01 | Welltronics Applications LLC | Pressure release encoding system for communicating downhole information through a wellbore to a surface location |
GB2493511B (en) | 2011-07-29 | 2018-01-31 | Sondex Wireline Ltd | Downhole energy storage system |
EA038017B1 (en) | 2011-11-03 | 2021-06-23 | Фасткэп Системз Корпорейшн | Production logging instrument |
RU2522207C2 (en) * | 2012-03-19 | 2014-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Химмотолог" | Device for determination of oil products quality |
US9453410B2 (en) | 2013-06-21 | 2016-09-27 | Evolution Engineering Inc. | Mud hammer |
EP4325025A3 (en) | 2013-12-20 | 2024-04-24 | Fastcap Systems Corporation | Electromagnetic telemetry device |
WO2015171528A1 (en) * | 2014-05-03 | 2015-11-12 | Fastcap Systems Corporation | Mud pulse telemetry device |
WO2015174951A1 (en) * | 2014-05-14 | 2015-11-19 | Halliburton Energy Services, Inc. | Method and apparatus for generating pulses in a fluid column |
CN107461191B (en) * | 2017-08-03 | 2021-09-14 | 中石化石油工程技术服务有限公司 | Temperature calibration method for orientation-while-drilling electromagnetic wave boundary detection instrument |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2096279A (en) * | 1935-03-26 | 1937-10-19 | Geophysical Service Inc | Insulated pipe connection |
US2354887A (en) * | 1942-10-29 | 1944-08-01 | Stanolind Oil & Gas Co | Well signaling system |
US2787759A (en) * | 1950-08-31 | 1957-04-02 | Jan J Arps | Apparatus for logging wells |
US3186222A (en) * | 1960-07-28 | 1965-06-01 | Mccullough Tool Co | Well signaling system |
US3408561A (en) * | 1963-07-29 | 1968-10-29 | Arps Corp | Formation resistivity measurement while drilling, utilizing physical conditions representative of the signals from a toroidal coil located adjacent the drilling bit |
US3315224A (en) * | 1964-09-01 | 1967-04-18 | Exxon Production Research Co | Remote control system for borehole logging devices |
US3488629A (en) * | 1968-12-12 | 1970-01-06 | Schlumberger Technology Corp | Pressure wave noise filter with reflection suppression |
US3555504A (en) * | 1968-12-12 | 1971-01-12 | Schlumberger Technology Corp | Pressure wave noise filter |
FR2096920B1 (en) * | 1970-07-16 | 1974-02-22 | Aquitaine Petrole | |
US3742443A (en) * | 1970-07-27 | 1973-06-26 | Mobil Oil Corp | Apparatus for improving signal-to-noise ratio in logging-while-drilling system |
NO135686C (en) * | 1970-07-30 | 1977-05-11 | Schlumberger Inland Service | |
FR2117726B1 (en) * | 1970-12-10 | 1973-12-07 | Aquitaine Petrole | |
US3716830A (en) * | 1970-12-18 | 1973-02-13 | D Garcia | Electronic noise filter with hose reflection suppression |
US3732728A (en) * | 1971-01-04 | 1973-05-15 | Fitzpatrick D | Bottom hole pressure and temperature indicator |
US3737845A (en) * | 1971-02-17 | 1973-06-05 | H Maroney | Subsurface well control apparatus and method |
US3825078A (en) * | 1972-06-29 | 1974-07-23 | Exxon Production Research Co | Method of mounting and maintaining electric conductor in a drill string |
US3958217A (en) * | 1974-05-10 | 1976-05-18 | Teleco Inc. | Pilot operated mud-pulse valve |
US3949354A (en) * | 1974-05-15 | 1976-04-06 | Schlumberger Technology Corporation | Apparatus for transmitting well bore data |
US4001774A (en) * | 1975-01-08 | 1977-01-04 | Exxon Production Research Company | Method of transmitting signals from a drill bit to the surface |
-
1978
- 1978-10-27 CA CA314,590A patent/CA1124228A/en not_active Expired
- 1978-11-03 AU AU41344/78A patent/AU4134478A/en not_active Abandoned
- 1978-11-13 MX MX175594A patent/MX147050A/en unknown
- 1978-11-16 NL NL7811317A patent/NL187454C/en not_active IP Right Cessation
- 1978-11-28 NO NO783996A patent/NO151907C/en unknown
- 1978-11-28 FR FR7833604A patent/FR2410726A1/en active Granted
- 1978-12-04 GB GB7847078A patent/GB2009473B/en not_active Expired
- 1978-12-04 SU SU782693354A patent/SU1243633A3/en active
- 1978-12-05 DE DE19782852575 patent/DE2852575A1/en active Granted
-
1982
- 1982-04-22 CA CA000401516A patent/CA1150716A/en not_active Expired
-
1983
- 1983-05-06 AU AU14337/83A patent/AU1433783A/en not_active Abandoned
-
1984
- 1984-10-24 NO NO844240A patent/NO168546C/en unknown
-
1985
- 1985-12-30 MY MY863/85A patent/MY8500863A/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2410726B1 (en) | 1985-01-11 |
NO844240L (en) | 1979-06-06 |
FR2410726A1 (en) | 1979-06-29 |
MX147050A (en) | 1982-09-27 |
MY8500863A (en) | 1985-12-31 |
NO168546B (en) | 1991-11-25 |
GB2009473A (en) | 1979-06-13 |
DE2852575C2 (en) | 1992-01-23 |
NL187454B (en) | 1991-05-01 |
NL187454C (en) | 1991-10-01 |
NL7811317A (en) | 1979-06-07 |
DE2852575A1 (en) | 1979-06-07 |
CA1150716A (en) | 1983-07-26 |
NO151907C (en) | 1985-06-26 |
SU1243633A3 (en) | 1986-07-07 |
AU4134478A (en) | 1979-06-14 |
NO168546C (en) | 1992-03-04 |
NO783996L (en) | 1979-06-06 |
AU1433783A (en) | 1983-09-08 |
GB2009473B (en) | 1982-11-24 |
CA1124228A (en) | 1982-05-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO151907B (en) | TELEMETRY DEVICE FOR GENERATING PRESSURE PULSES REPRESENTING ONE OR MORE PARAMETERS DOWN IN A DRILL | |
US3964556A (en) | Downhole signaling system | |
US3058532A (en) | Drill bit condition indicator and signaling system | |
NO821728L (en) | SERVICE VALVE FOR REMOVAL OF DRILL HOLE CONDITIONS | |
US7319638B2 (en) | Hydraulic oscillator for use in a transmitter valve | |
US4120097A (en) | Pulse transmitter | |
NO324104B1 (en) | Apparatus and method for mud pulse telemetry by means of a reciprocating pulse system. | |
US7392857B1 (en) | Apparatus and method for vibrating a drill bit | |
US7250873B2 (en) | Downlink pulser for mud pulse telemetry | |
US4930586A (en) | Hydraulic drilling apparatus and method | |
NO339292B1 (en) | Apparatus for creating pressure pulses in the fluid in a borehole | |
US4699223A (en) | Method and device for percussion earth drilling | |
NO334910B1 (en) | Downhole tools and method of controlling the same | |
NO851197L (en) | ROTATING CUTTER VALVE FOR DRILL FLUID TELEMETRY SYSTEMS | |
GB2396875A (en) | Active controlled bottomhole pressure system & method background of the invention | |
NO342358B1 (en) | Reciprocating pulse sensor for mud pulse telemetry and a method for transmitting pressure pulses from a downhole site through a flowing fluid into a borehole | |
GB2233011A (en) | Fluid operated hammer drill with rotating bit. | |
US9309762B2 (en) | Controlled full flow pressure pulser for measurement while drilling (MWD) device | |
NO155984B (en) | DEVICE FOR GENERATING ELECTRICITY DURING A DRILL. | |
NO317197B1 (en) | Electro-hydraulically controlled tractor | |
NL9102007A (en) | SOURCE CONTROL SYSTEM. | |
US6484817B2 (en) | Signaling system for drilling | |
US5836353A (en) | Valve assembly for borehole telemetry in drilling fluid | |
US2424108A (en) | Hydraulic ram system | |
CA2453010C (en) | Frequency regulation of an oscillator for use in mwd |