NO851197L - Roterende skjaerventil for telemetrisystemer for borefluid - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører telemetrisystemer for borefluid og nærmere bestemt et telemetrisystem som innehar en roterende ventil for å modulere trykket til et borefluid som sirkulerer i en borestreng i en brønnboring.

Telemetrisystemer for borefluid, vanligvis referert til som boreslampulssystemer, er spesielt tilegnet for telemetri av informasjon fra bunnen av et borehull til jordoverflaten under boreoperasjoner av oljebrønner. Informasjonen som telemetriformidles innbefatter ofte, men er ikke begrenset til, parametre for trykk, temperatur, saltinnhold, retning og avvik til brønnboringen og kronetilstander. Andre parametre innbefatter loggdata, slik som motstandsevnen til de for-skjellige lag, sonisk tetthet, porøsitet, induksjon, selv-potensial og trykkgradienter. Denne informasjon er kritisk for effektivitet i boreoperasjonen.

Et eksempel på tidligere boreslampulssystemer av den forannevnte art er vist i U.S.-patent nr. 3.964.556. Prinsippene fremsatt i dette krever at sirkulasjon av borefluidene opp-hører for å operere systemet. Andre systemer har brukt en kontrollert begrensning anbragt i den sirkulerende boreslam-strøm og er vanligvis referert til som positive pulssystemer. Med boreslamvolumer som enkelte ganger overstiger 2271.l/min. og pumpetrykk som overskrider 20,69 MPa, krever begrensningen av denne store, høytrykksstrøm svært kraftige apparater nede i brønnhullet og kraftkilder. Videre må systemene kreve bevegelse av ventildeler under svært høye trykktilstander. Denne tilstand resulterer i en myriade av problemer vedrørende varigheten av ventildeler som er utsatt for høyt trykk, abrasiver, fluidstrømtilstander.

Et annet eksempel på et tidligere boreslampulssystem er vist

i U.S.-patent nr. 4.351.037. Denne teknologi innbefatter en ventil nede i brønnhullet for å ventilere en del av de sirkulerende borefluider fra det indre av borstrengen til det ringformede rom mellom rørstrengen og borehullveggen. Bore-

fluider blir sirkulert ned inne i borstrengen, ut gjennom borkronen og opp det ringformede rom til overflaten. Dette sirkulasjonsmønster utvikler en trykkdifferanse på omkring 6,895 MPa til 20,69 MPa over borkronen. På samme måte eksisterer en vesentlig trykkdifferanse over veggene til borstrengen ovenfor borkronen. Ved øyeblikkelig å ventilere en del av fluidstrømmen ut en sideåpning over kronen i borstrengen, fremstilles et øyeblikkelig trykkfall og er detekterbart ved overflaten for å skaffe tilveie en indikasjon på ventileringen nede i brønnhullet. Et instrument nede i hullet eller detektor er anordnet til å generere et signal eller mekanisk virkning ved oppståelse av en detektert hendelse nede i hullet for å fremskaffe den ovenfor angitte ventilering. Ventilen nede i hullet som er beskrevet, er delvis definert ved et ventilsete som har et innløp og utløp, og en ventilstamme som er bevegbar til og fra innløpsenden av'• ventilsetet og i en lineær bane med borstrengen.

Et hovedproblem tilknyttet negative trykkpulssystemer er slitasjen og utskiftning av ventildeler, særlig når data-mengden utvides. Det er svært ønskelig å operere et slikt system så lenge som mulig siden utskifting av system-komponenter vanligvis krever den tidkrevende og kostbare fjerning av ventil-rsystemet fra sin lokalisering nede i hullet og fra borstrengen ved brønnhodet for utskifting av slitte deler.

Tidligere kjente systemer som innehar tallerkenventiler fremviser stor slitasje på grunn av strømningskretsbanen til fluidet gjennom ventilen. Setet til tallerkenen slites hurtig ved en høy grad av abrasiv fluidstrømning når ventilen er i åpen stilling. Videre er utformingen på tallerkenen slik at en puls kun dannes når ventilen er åpen og, derfor strømmer fluid rundt og også sliter av ventilstammen. I tillegg er det ønskelig å ha en hurtigvirkende åpne- og lukke-bevegelse av ventildelene for å skape en brå trykkpuls for adekvat detektering ved overflaten. Hurtig lukking av tallerkenventilen genererer en høy støtkraft fra ventilhodet på ventilsetet. Denne kraft sliter hurtig ventildelene, særlig når abrasive partikler er tilstede i fluidstrømmen gjennom ventilen. Slike partikler påstøter ventildelene og forringer tetningsflåtene til ventilen. Repeterende støt-krefter kan også avbryte deler av ventildelene siden erosjons-motstandige materialer ofte er sprøe og ikke støtmotstandige.

Med hensyn til ulempene av konstruksjoner av tallerkenventiler, har andre ventilsystemer blitt forbedret. Andre negative pulssystemer av tidligere kjente konstruksjoner bruker en roterende virkende ventil som bruker en masse av roterende ventildeler. En drivmotor og et girsystem er inntatt for å operere det roterende ventilhodet for registrering av strømningsåpningene. Mens den er effektiv i å redusere den abrasive slitasje, er ventilaktiveringen gjennom en motor og girmekanisme relativt sakte, hvilket reduserer trykkpulsens bråhet.

De forannevnte eksempler viser noen av de kritiske betraktninger som eksisterer i anvendelsen av en hurtigvirkende ventil på en høytrykksfluidstrøm for generering av en brå trykkpuls. Andre betraktninger i bruken av disse systemer for borehullsoperasjoner involverer de ekstreme støtkrefter og vibrasjonsmessige energier som eksisterer i en bevegende borstreng. Resultatet er stor slitasje, ødeleggelse og feil i opererende deler av systemet. De særlige vanskeligheter som påstøtes i en borstrengomgivelse, innbefattende behovet for et lenge varende system for å forhindre for tidlig funksjonsfeil og utskiftning av deler, krever et enkelt og grovt ventilsystem.

Et fremskritt i bbreslampulstelemetrisystemer er vist i

anmeldt US-søknad nr. 460.461. En lineær skjærventil er beskrevet som overkommer mange av ulempene av den tidligere kjente teknikk og er et utmerket totalsystem for de fleste

boreslampulstelemetriapplikasjoner. Imidlertid for visse applikasjoner som krever høyere pulsamplituder og således større ventilstrømningsgrader fremviser den lineærvirkende skjærventil visse begrensninger. For eksempel er den maksi-male fluidstrømningsgrad og amplitude som er mulig med en lineært virkende skjærventil begrenset av størrelsen til ventilåpningen som kan åpnes og lukkes innenfor gitte kraft-parametre. Kraften som er tilgjengelig for å operere ventilåpningen er begrenset ved dimensjonene til den lineære solenoid som kan.rommes i et borstrengparti i borehullet. Fordi skjærventilaktiveringen er en markert forbedring over tidligere kjente utførelser, vil det være en fordel å tilveiebringe fordelene med denne med kapasiteten av større ventilstrøm-ningsgrader og høyere pulsamplituder.

Fremgangsmåten og apparatet av den foreliggende oppfinnelse overkommer de forannevnte ulemper ved tidligere teknikk ved å tilveiebringe et nytt og forbedret boreslamspulstelemetri-system som bruker en forbedret, rotervirkende skjærventil. Fordelene med skjærventilaktiveringen blir således tilveie-bragt med et roterende solenoidsystem som regulerer en roterende ventilåpning og sete som har et større strømnings-tverrsnitt. Den roterende solenoidventil tillater også en skreddersying av kraftkurven til solenoiden for maksimal kraft over den ønskede bevegelsesavstand for aktivering av en større strømningsventil.

Den foreliggende oppfinnelse ser på et telemetrisystem for borefluid ved bruk av et rotervirkende skjærventilsystem for å modulere trykket til borefluidet som sirkulerer i en borestreng i en brønnboring. Nærmere bestemt innbefatter et aspekt av oppfinnelsen en rotervirkende skjærventil innbefattende et hus plassert i borestrengen, hvor huset har en strømningspassasje formet derigjennom, og en skjærventil-åpning plassert tvers over passasjen for selektiv regulering av strømmen av borefluid derigjennom. En ende av strømnings-passasjen er ventilert utenfor borestrengen og innretninger er forsynt for selektivt å rotere ventilåpningen for å meddele trykkpulser i borestrengen i respons til åpning og lukking av strømningspassasjen.

Et annet aspekt av oppfinnelsen innbefatter opereringen av ventilåpningen ved en solenoid som har en aktiveringsaksel dreibart forbundet til ventilåpningen for positiv drift av ventilåpningen til åpen og lukket stilling i en minimal tids-periode. Et ventilsete er også forsynt i en samsvarende ut-forming relativt til ventilåpningen og er konstant tvunget til kontakt med denne ved en forspenningskraft.

I et annet aspekt innbefatter oppfinnelsen en forbedret fluidstrømningsventil for et telemetrisystem for borefluid i et borehull av den type tilpasset for å utvikle trykkendringer i borefluidet under en boreoperasjon. Borefluid sirkuleres nedad gjennom borestrengen og oppad gjennom ringrommet formet mellom borestrengen og borehullet. Forbedringene innbefatter et hus plassert i borestrengen som er tilpasset for strøm-ningen av borefluid rundt dette og formet med en passasje derigjennom for valgt fluidkommunikasjon mellom borestrengen og borehullets ringrom. En skjærventil er anordnet i huset tvers over passasjen og innbefatter et ventilsete og dreiende åpningselement som har opprettede åpninger formet derigjennom. Åpningselementet er bevegbart i en bue inn og ut av aksiell oppretthet med ventilseteåpningen. Ventilaktiveringsinnretninger er koplet til åpningen for dreibart å bevege åpningselementet gjennom en bue relativt til ventilsetet for å åpne passasjen og meddele en trykkpuls. Innretninger er også forsynt for konstant å tvinge ventilåpningselementet eller ventilglideren mot ventilsetet. Ventilglideren er ett i hovedsak plant plateelement som har i det minst en glideråpning deri av en tilstrekkelig størrelse relativt til ventilseteåpningen, slik at glideråpningskantene ikke er utsatt for abrasiv boreslamstrøm når ventilen er i åpen posisjon og åpningene er i oppretthet.

I enda ett aspekt av oppfinnelsen, er glideren og sete-åpningsgeometriene og ventilaktiveringsinnretningen konstruert for å minimere åpne- og lukketidene til disse. På denne måte er tiden som setet er utsatt for abrasiv slitasje av borefluid minimalisert. Disse og andre trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil komme klarere frem fra den følgende detaljerte beskrivelse og kravene.

Andre trekk og tiltenkte fordeler med oppfinnelsen vil frem-komme med henvisning til den følgende detaljerte beskrivelse i forbindelse med de vedlagte tegninger, hvor: Figur 1 er en skjematisk skisse av et borehull og borestreng plassert deri, som viser trykkpulsventilen til den foreliggende oppfinnelse og overflateutstyret for mottak av telemetriformidlet data fra denne;

figur 2 er en forstørret tverrsnittsskisse sett forfra av en utførelse av moduleringsventilen av den foreliggende oppfinnelse ;

figur 3A, 3B og 3C er tverrsnitt sett ovenfra tatt langs linjene 3A-3A, 3B-3B og 3C-3C henholdsvis av figur 2, som viser ventilens strømningsinnløpåpninger, ventilsleide og ventilens utgangsåpninger til trykkpulsventilen;

figur 4 er en tverrsnittsskisse sett fra siden av moduleringsventilen i figur 2 som viser et annet aspekt av konstruksjonen til denne;

figur 5 er en forstørret tverrsnittsskisse sett forfra av en alternativ utførelse av moduleringsventilen til den foreliggende oppfinnelse; og

figur 6 er en skjematisk illustrasjon av en utførelse av et roterende solenoiddrivsystem oppbygd i samsvar med prinsippene

av oppfinnelsen.

Idet det først vises til figur 1 er det vist et borehull 10 med en borestreng 11 plassert deri. Elementene av borestrengen 11 er skjematisk vist og innbefatter seksjoner av borerør 12 opphengt fra en boreplattform 13, sikret ved brønnhodet 15. En enhet nede i brønnhullet er anordnet ved enden av borestrengen 11 og innbefatter en borkrone 17 over hvilke det er lokalisert rørpartiet 18. Rørpartiet 18 er konstruert til å romme instrumenter for å detektere borehull-parametre. Slik informasjon telemetriformidles til brønn-hodet 15 ved et telemetriskjærventilsystem lokalisert i rør-partiet 16 og som innbefatter gjenstanden av den foreliggende oppfinnelse.

Idet det fortsatt refereres til figur 1 innbefatter borestrengen 11 videre et krafttilførselsrørparti 14 tilstøtende til skjærventilrørpartienheten 16. Et instrumentrørparti 19 er sikret over ventilrørpartiet 16 og rommer tilknyttet elektronikk for koding av informasjon som indikeres av detekterte data til et format som i sin tur driver ventilrør-partienheten 16, for å meddele data på borefluidet ved telemetri til overflaten. Borefluidet eller boreslammet sirkuleres fra en lagringstank 20 eller lignende ved brønn-hodet 15 ved hjelp av en pumpe 21 som beveger boreslammet ned den sentrale aksielle åpning i borestrengen 11 til å utgå under høyt trykk gjennom borkronen 17. Etterhvert som boreslammet passerer gjennom kronen 17, erfarer det et vesentlig trykkfall fordi det beveger seg inn i det store rom av borehullets ringrom 22, som omgir borestrengen. Boreslammet frakter så avskjæringer fra bunnen av borehullet 10 til brønn-hodet 15 hvor de fjernes og slammet returneres til tanken 20 ved rørledningen 23.

Det kan sees i figur 1 at ventilen 16 innbefatter en omløps-passasje 24 som tjener til å forbinde det indre av fluid-strømningsbanen for borerøret med borehullets ringrom 22. Et tilstrekkelig volum av boreslam kan således ventileres gjennom ventilen 16 og passasjen 24 for å bevirke en trykkpulsmoduler-ing av boreslamtrykket, hvilket er detekterbart ved overflaten. En trykktransduktor 25 er således lokalisert i kommunikasjon med et pumperør 2 6 ved brønnhodet 15 for å detektere slike moduleringer av pumpetrykket for å motta data overført fra nede i brønnhullet. Utgangen til transduktoren 25 blir dekodet ved elektronikkutstyr 25 (a) ved overflaten og prosess-signalene blir så passert til utskriverutstyr 25(b). Et skjematisk format til en analog utskrift er vist i figur 1 inntil elektronikkutstyret 25(a). Topplinjen (a) viser trykk-fluktueringene som karakteriserer de normale oscillerende trykkfall som observeres over borkronen 17. Linjen (b) viser den skjelnbare effekt på overflatetrykket bevirket ved effektivt å ventilere fluid gjennom ventilenheten 16 nede i brønnhullet. Effektiv ventiloperering krever evnen til hurtig aktivering, høye strømningsgrader og minimal for-ringelse under bruk i uvennlige omgivelser av området nede i brønnhullet. Pulstelemetrisystemet for boreslam ved bruk av en roterbar skjærventil av den foreliggende oppfinnelse på en slik måte under en boreoperasjon vil bli beskrevet i nærmere detalj nedenfor.

Det vises nå til figur 2 hvor en roterbar ventilenhet 30 danner gjenstanden for den foreliggende oppfinnelse og er vist i en forstørret tverrsnittsskisse sett fra siden.Ventilenheten 30 er plassert i ett i hovedsak sylindrisk ventilhus 27, som er dimensjonert for posisjonering i boringen til et vektrør eller ventilrørparti 16, som har dimensjoner av et vektrør. Ventilrørpartiet 16 blir så forbundet til borstrengen 11 for å danne en del av strømningsbanen for boreslam nede i brønnhullet. I den øvre del av huset 27 er det anordnet et par aksielt opprettet og dreibart koplede solenoider 28 og 29. Den øvre solenoid 28 innbefatter en utgående aksel 31, koplet til en utgående aksel 33 av den nedre solenoid 29. En fleksibel kopling 32 er brukt for å leddfor- binde akslene 31 og 33 i stivt rotasjonsmessig inngrep, mens de opptar den aksielle akselbevegelse typisk for solenoid-aktivering. En nedre ende 34 av den utgående aksel 33 til den nedre solenoid 29 blir så koplet gjennom en fleksibel kopling 35 til en aktiveringsaksel 36. Solenoidene 28 og 29 er begge bygd opp innvendig med kam og rampemekanismer (ikke vist), som omvandler den lineære aktivering av deres respektive aksler 31 og 33 til dreiebevegelse. Fordelen av en slik enhet er størst ved at rampene og kammene kan konstrueres for høyt moment i området av akseldreining som er nødvendig for å overkomme maksimal ventilmotstand mot fluid-strømmen. Rampevinkelen langt inn i slaget kan således være relativt bratt for å oppnå et høyt dreiemoment for lav-aksiell kraft. Slike fordeler er kritiske når det håndteres høye massestrømningsgrader og høye fluidtrykk gjennom ventilen, og er vanligvis ikke tilgjengelige med lineære aktiveringsventilsystemer.

Fortsatt med henvisning til figur 2 er aktiveringsakselen 36 mottatt gjennom en ventilmonteringsramme 37, som støtter et øvre lager 38 og et nedre lager 39. Lagrene fører den aktiverende aksel 36 for dreiebevegelse. Under monteringselementet 37 er det dannet i sideveggene av huset 27 et par av motstående halvmåneformede forsenkninger 41 og 42. Forsenkningene 41 og 42 er i direkte fluidkommunikasjon med fluid som passerer ned den sentrale del av borestrengen 11,

i rørpartiet 16 og rundt huset 27. Forsenkningene 41 og 42 ligger over et nedre støtteelement 43, som har et par av motstående aksielt forløpende åpninger 44 og 45, sentralt lokalisert i hver av forsenkningene 41 og 42. Strømnings-passasjene 44 og 45 er henholdsvis koaksiale med et par av sylindriske ventilseter 46 og 47. Ventilsetene er plassert innenfor skuldergitte forsenkninger 48 og 49, formet i de nedre deler av det nedre monteringselement 43.

Det kan sees i figur 2 at de sylindriske ventilseter 46 og 47 hver har radielt forløpende flenselement 51, som mottas i skulderdelene av åpningene 48 og 49. Det sylindriske legemet til ventilsetene 46 og 47 mottas i en del med mindre diameter til den skulderformede forsenkning og avtettet mot fluid-lekkasje ved o-ringer. Den ytre sylindriske overflate av ventilsetene 46 og 47 er plassert i de ytre vegger av de sylindriske skulderformede deler 48 og 49 for å forme ringformede hulrom 53 over og tilstøtende de radielt forløpende flenser 51. Plassert i hver av de ringformede hulrom 53 er en spiralfjær 52, som omgir den sylindriske legemsdel av ventilsetet og fjæren presser den nedre del av ventilsetet 46 og 47 til samvirke med en rotasjonsmessig aktivert ventil-glider 60. Glideren 60 er avlang med flate øvre og nedre flater og en sentral åpning ved hvilke den er festet til aktiveringsakselen 36 gjennom en sikringsmutter 61. Gliderelementet 60 innbefatter et par glideråpninger 62 og 63 som, med en posisjon av glideren, er i aksiell oppretthet med de åpne boringer av ventilsetene 46 og 47. Også i oppretthet med de åpne boringer av ventilsetene 46 og 47 og plassert under gliderelementet 60 er et par av aksielt opprettede utgangsåpninger 64 og 65. De nedre deler av åpningene 64 og 65 er i fluidkommunikasjon med et par utgangspassasjer 66 og' 67, som går sammen til en enkelt utslippsåpning 69.

Åpningen 69 er i fluidkommunikasjon med ventileringsåpningen 24, som tillater utgang av fluid til ringrommet 22.

Idet det nå vises til figur 3 er det vist en serie av tverr-snittsskisser sett ovenfra av deler av ventilenheten 30.

Figur 3A viser posisjonen av forsenkningene 41 og 42 og åpningene 44 og 45 formet deri. Figur 3B viser en vinkel-posisjon av ventilglideren 60 med sine glideråpninger 62 og 63 i aksiell oppretthet med ventilsetene 46 og 47 og ut-slippsåpningen 64 og 65 henholdsvis. I denne stilling strømmer fluid fra området 70 rundt huset 27 inn i forsenkningene 41 og 42 og gjennom åpningene 44 og 45. Fluidet strømmer så gjennom ventilsetene 46 og 47, glideråpningene 62 og 63, og utslippsåpningene 64 og 65. Som vist i figur 3C passerer fluidet så gjennom utslippspassasjer 66 og 67 til utgangs-

åpningen 69 inn i borehullets ringrom 22.

Idet det igjen vises til figur 3B, kan det sees at når gliderelementet 60 dreies til den motsatte rotasjonsmessige posisjon, vist med stiplede linjer, ligger den flate øvre overflate av gliderelementet 60 an mot de flensede ender 51 av ventilsetene 46 og 47. Ventilsetene 46 og 47 blir holdt i tett samvirke med glideren 60 ved hjelp av fjærspenningen til fjærene 48 og trykket til fluidet i ringrommet 70. Ventilsetene 46 og 47 er plassert under den øvre ende av de skuldergitte forsenkninger 48 og 49, hvorved fluidtrykk deri utøves aksielt på hvert ventilsete for å tvinge det mot glideren 60.

I denne stilling blir passasjene 44 og 45 avtettet for å forhindre passering av borefluider fra ringrommet 70 med høyt trykk mellom veggene til den sentrale boring av borestrengen og ventilenhetshuset 27 til det ringformede rom 22 med lavere trykk mellom de ytre vegger av borestrengen og de indre vegger av borehullet 12.

Idet det nå vises til figur 4 kan det sees hvordan et par utslippspassasjer 66 og 67 går sammen til den enkle utslippsåpning 6 9. Sideveggene til rørpartiet 16 innbefatter en tverrgående åpning 71 i register med en tverrgående åpning 73 i huset 27. Åpningen 73 mottar en skulderformet innsatshylse 75 gjengeforbundet i åpningen og anordnet for fjerning fra veggen av rørpartiet 16. En o-ringtetning 76 er plassert mellom hylsen 75 og åpningene 71 og 73 for å avtette den indre boring 70 til borestrengen fra ringrommet 22 mellom borestrengen og borehullveggen.

Idet det fortsatt refereres til figur 4 er det vist en øvre del av huset 27 formet med en adkomståpning 81 for borehull-fluid.Adkomståpningen 81 tillater fluid i ringrommet 70 å kommunisere med et par av motstående aksielle sylindriske boringer 82 og 83 i hvilke er plassert et par trykkutlignings-stempler 84 og 85 henholdsvis. Stemplene 84 og 85 er begge sammenstilt med o-ringstetninger 86 som tetter dem mot veggene til sylindrene 82 og 83. De nedre hulrom 87 av sylindrene er fylt med en olje i fluidkommunikasjon med trykk-rørledninger 88 og 89, dannet i monteringselementet 43. Rør-ledningene 88 og 89 blir ventilert under monteringselementet 43 til trykkhulrommet 90 formet inntil den nedre ende av aktiveringsakselen 36 (vist i figur 2), til hvilke det er festet sikringsmutteren 61. Således overføres trykket til fluidet i borebrønnen fra boringens ringrom 22 gjennom stemplene 84 og 85 og de oljefylte hulrom 87,88 og 90 for å utligne trykket over aktiveringsakselen 36. Denne trykk-balanse forhindrer binding av lagrene 38 og 39 fra aksielle belastninger og minimerer de nødvendige krefter for å dreie akselen 36 og aktivere gliderelementet 60.

Således tjener under drift aktiveringen av solenoiden 28 til legemlig å rotere solenoiden 29 sin aksel 34 og aktiveringsakselen 36. Denne bevegelse dreier glideren 60 til lukket posisjon og blokkerer fluidstrømmen gjennom ventilen 30.Fluid tillates så å sirkulere på normal måte. Aktivering

av solenoidventilen 29 dreier aktiveringsakselen 34 i motsatt retning. Denne bevegelse dreier aktiveringsakselen 36 i motsatt retning og beveger glideren 60, åpningene 62 og 63 til aksiell oppretthet med åpningene av ventilsetene 46 og 47. Denne posisjon tillater høytrykksfluid å passere fra ringrommet 70 i vektrøret gjennom utgangsåpninger 66 og 67 og ut-slippsåpninger 69 inn i ringrommet 27 til borehullet. Denne omløpsstrøm fremskaffer et vesentlig og brått trykkfall i borefluidet. Trykkfallet blir referert til som en negativ trykkpuls når den mottas ved brønnhodet 15.

Idet det nå vises til figur 5, er det vist en alternativ ut-førelse av en dreievirkende skjærventil 100, som har en enkelt strømningsåpning. Ventilen 100 fremskaffer en negativ trykkpuls på den samme måte som fremsatt ovenfor, hvor et par solenoider (ikke vist) er plassert i huset 127 og festet til aktiveringsakselen 36 som føres i et par lagre 38 og 39.

Den nedre ende av akselen 36 er festet til gliderelementet

102, som har en enkelt åpning 162. Huset 127 innbefatter en øvre forsenkning 103 i strømningskommunikasjon med den sentrale del av borerøret og ringrommet 70. Forsenkningen 103 innbefatter øvre aksiell åpning 104, i hvilke er plassert et enkelt sylindrisk ventilsete 105 avtettet til sidene av boringen ved en O-ring 106 og med en nedre flenset del 107,

som er i høydemessig samvirke med den øvre overflate av ventilglideren 102. Den nedre del av huset 127 innbefatter utslippstrømpassasje 110 i strømningskommunikasjon med en utslippsåpning 112, som passerer gjennom huset 127 og ut gjennom veggene av rørpartiet 16 inn i ringrommet 92 mellom rørpartiet og borehullveggen.

Idet det fortsatt vises til figur 5, blir en dreiesolenoid aktivert for å dreie akselen 36 og bevege gliderelementet 102 til enten oppretthet eller misoppretthet med åpningen 162 med den aksielle åpning i ventilsetet 105. Denne dreiemessige aktivering tilveiebringer en boreslamstrømpassasje fra den sentrale del av vektrøret og ringrommet 70 til det ringformede rom 72 og et negativt trykkfall, som fremsatt ovenfor. Det enkelte åpningsgliderelement 102 vil pr. definisjon kreve en større åpning 162 for å tilveiebringe like strømningsgrader som utførelsen med doble åpninger i figur 2. Likeledes må akselen 36 monteres på en slik måte at den kompenserer for ubalanserte belastninger fremstilt ved den enkle åpning.

Idet det nå vises til figur 6 er det vist en bruddstykkevis, skjematisk perspektivskisse av en utførelse av et dreiesolenoid-drivsystem oppbygd i samsvar med prinsippene av oppfinnelsen.

En dreiesolenoid 199 er vist med stiplede linjer og innbefatter en kraftvikler 200 og utgående aksel 201. Den utgående aksel 201 er koplet til en rampe eller kam 202 for å omdanne aksiell bevegelse av akselen til dreiebevegelse. Akselen 201 blir således bygd med en kamfølger 204 plassert over rampe-overflaten 206 for utvalgt translasjonsbevegelse. Aksiell bevegelse av akselen 201 meddelt fra solenoiden 199 i pil retningen 207 bevirker kamfølgeren 204 å gli nedad mot rampen 206, som meddeler dreiebevegelse i pilretningen 208. Dreining av akselen 201 utføres gjennom fleksibel kopling 35 og nedre aksel 36 til ventilglideren 60. Ventilåpningene 62 og 63

blir således selektivt orientert i samsvar med aktiveringen av solenoiden 199. Maksimal kraft i dreining av ventilglideren 60 påvirkes ved å skreddersy krumningen av rampen 206 som en funksjon av utgangskraften til solenoiden relativt til den lineære posisjon av akselen 201. For eksempel er den nedre rampeseksjon 201 formet ved den nødvendige helning for å maksimere dreiekraftutgangen ved en bestemt slagposisjon av akselen 21. Videre kan rampeflaten 206 konstrueres på en brattere måte i den nedre del av slaget for å oppnå en høy momentutgang for en lav aksiell kraft fra solenoiden 199.

Da mer kraft er oppnåelig fra solenoiden 199, må rampevinkelen være grunnere. Modifikasjon av rampevinkelen tillater således å skreddersy kraftkurven til solenoiden. Maksimalt moment er således tilgjengelig tvers over hele dreiningen av glideren 60 i pilretningen 214, som tillater bruk av større åpninger 62 og 63. Større åpninger fremskaffer større strømningsgrader og høyere amplituder i den negative puls, som er en distinkt fordel over tidligere teknikks fremgangsmåter og apparater.

I den typiske drift av systemet beskrevet ovenfor, er verktøy-strengen vist i figur 1, forsynt med en eller flere instrumenter for å detektere parametre nede i brønnhullet, eller oppståelse av begivenheter nede i hullet. Med hvilke som helst av et antall detekterte begivenheter, tilveiebringer krets-komponentene til systemet et signal som, på grunn av sin kodede stilling i et format av signaler, er indikerende for oppståelsen av eller verdien av en spesiell begivenhet. Således blir dette signal sendt i form av en elektrisk puls av tilstrekkelig tidsvarighet til å aktivere solenoiden 28.

Dette i sin tur vil dreie glideren 60 til å opprette

åpningene 62 og 63 i glideren 60 med strømningsåpningene i ventilsetene 46 og 47. Bevegelsen av glideren er hurtig, slik at en hurtig frigjøring av borefluid oppstår gjennom de opp-

rettede inn- og utløpsåpninger 44 og 64, og 45 og 65 henholdsvis. Denne brå fluidstrømning gjennom ventilåpningene tillater borefluider under høyt pumpetrykk i borestrengen 11 å øyeblikkelig uttømmes i borehullets ringrom 22. Utslipp av borefluider med høyt trykk fra borerøret 11 til ringrommet 22 med relativt lavt trykk bevirker et hurtig trykkfall i boreslamsøylen i borerøret 12, hvilket er observerbart ved transduktoren 25 i boreslampumperøret 26 som en negativ puls. Når ventilen har åpnet for en tilstrekkelig varighet for å tilveiebringe en puls, aktiveres solenoiden 29 til å bevege enhetssolenoidarmaturen mot den lukkede ventilposisjon som vist i figur 3B. Registrering av trykkfluktuasjonene observert ved transduktoren 25 når formatet er dekodet ved det elektroniske utstyr 25(a), kan tilveiebringe en utskrift 25(b), som direkte indikerer detekterte begivenheter nede i brønnhullet eller ventilen. Den foregående beskrivelse av oppfinnelsen har vært rettet primært mot en bestemt fore-trukket utførelse i samsvar med kravene i patentbestemmelsene og for formål av forklaring og illustrasjon. Det vil være åpenbart imidlertid for fagmannen at mange modifikasjoner og endringer av dette spesifikke apparat kan gjøres uten å

avvike fra oppfinnelsens ramme. For eksempel kan dimensjonene, form og materialer såvel som detaljer ved den viste utførelse variere. Derfor er oppfinnelsen ikke begrenset til den bestemte konstruksjonsform vist og beskrevet, men dekker alle modifikasjoner som faller innenfor rammen av de følgende krav.

Claims (13)

1. Fluidstrømventil for et telemetrisystem for borefluid i et borehull av den type tilpasset for å utvikle trykkendringer i borefluidet under en boreoperasjon ved å bruke en borestreng med borefluid sirkulerende nedad derigjennom og oppad gjennom ringrommet dannet mellom borestrengen og borehullet, karakterisert ved at den innbefatter: et hus anordnet i borestrengen tilpasset for strømning av borefluid deromkring og dannet med en passasje derigjennom for valgt strømningskommunikasjon mellom borestrengen og borehullets ringrom; en skjærventil anordnet i nevnte hus tvers over passasjen og innbefattende et ventilsete og rotasjonsgliderelement som har opprettede åpninger formet derigjennom, hvor glideråpningen er bevegbar i en bue inn og ut av aksiell oppretthet med ventilsetet; og ventilaktiveringsinnretninger for kopling av glideren for dreiebevegelse av glideråpningen gjennom en bue relativt til ventilsetet for å åpne nevnte passasje og generere en trykkpuls .

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at den innbefatter innretninger for konstant å tvinge ventilsetet mot ventilglideren.

3. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at ventilglideren er et i hovedsak plant plateelement som har i det minste en åpning deri av en tilstrekkelig størrelse relativt til ventilseteåpningen, hvor kantene av nevnte plate-åpning er i hovedsak beskyttet fra fluidstrøm derigjennom når ventilen er i en åpen posisjon og åpningene er i oppretthet.

4. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at tverrsnittet av åpningene i ventilen og ventilsetene er sirkulære.

5. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at ventilaktiveringsinnretningen innbefatter en første solenoid som har en drivaksel som forløper derfra i forbindelse med ventilglideren for rotasjon av denne, og kaminnretninger koplet til akselen for å omdanne lineær aktivering av solenoiden til dreiebevegelse av akselen.

6. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved at kaminnretningen innbefatter en rampe formet deri med en variabel helling for omdannelse av ikke-lineære aksielle krefter av nevnte solenoid til en i hovedsak lineær, rotasjonskraft for å rotere ventilglideren.

7. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter en andre solenoid koplet til den første solenoid og kaminnretninger for rotasjon av ventilglideren i en motsatt retning til den av den første solenoid.

8. Apparat ifølge krav 7, karakterisert ved at den første og andre solenoid er koplet til hverandre og hvor den første solenoid er sikret til huset.

9. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved at kaminnretningen innbefatter rampeinnretninger som har en varierbar helling destinert ved en funksjon komplementær til funksjonen som definerer solenoidkraften som en funksjon av den lineære akselposisjon, hvor ikke-lineær aksiell kraft til solenoidakselen blir omdannet til en lineær dreiebevegelse.

10. Ventilapparat nyttig i et telemetrisystem for borefluid i et borehull for overføring av datapulser fra en ende av en rørstreng til en annen ved å meddele trykkpulser til et borefluid som sirkulerer ned rørstrengen, gjennom et bore-element og opp ringrommet mellom rørstrengen og borehullveggen, hvorved ventilen opererer i borefluidstrømningsbanen for å modulere strømningen av borefluidet og derved meddele detekterbare trykkpulser til borefluidet, karakterisert ved at den innbefatter: et hus plassert i nevnte borestreng tilpasset for strømning av borefluid deromkring og formet med en passasje derigjennom for utvalgt strømningskommunikasjon mellom borestrengen og borehullets ringrom; en skjærventil montert i nevnte hus tvers over passasjen og innbefattende et ventilsete og dreiegliderelement som har opprettede åpninger formet derigjennom, hvor glideråpningen er bevegbar i en bue inn og ut av aksiell oppretthet med ventilsetet; ventilaktiveringsinnretninger for kopling til glideren for dreiebevegelse av glideråpningen gjennom en bue relativt til ventilsetet for å åpne passasjen og generere en trykkpuls; og hvor ventilaktiveringsinnretningen innbefatter en første solenoid og kaminnretning koplet til denne for omdannelse av ikke-lineære aksielle krefter til solenoiden til en i hovedsak lineær, dreiekraft for å dreie ventilglideren.

11. Apparat ifølge krav 10, karakterisert ved at den innbefatter innretninger for konstant å tvinge ventilglideren mot ventilsetet.

12. Apparat ifølge krav 10, karakterisert ved at ventilaktiveringsinnretningen videre innbefatter en andre solenoid koplet til den første solenoid, og hvor den første solenoid er sikret til huset for å meddele dreining relativt til denne.

13. Apparat ifølge krav 10, karakterisert ved at kaminnretningen innbefatter rampeinnretninger som har en varierbar helling definert ved en funksjon komplementært til funksjonen som definerer solenoidkraften som en funksjon av den lineære posisjon av akselen, hvor ikke-lineær aksiell kraft til solenoidakselen blir omdannet til en lineær rotasjons-bevegelse.