Pressure pulse generator

专利摘要:
Ein Druckimpulsgenerator (9) für ein Bohrwerkzeug (13) im Bohrloch, der einen Stator (40; 50) mit einer Öffnung (41; 51), durch die ein Fluidstrom (1) hindurchgeht, und einen Rotor (43; 53), der so beschaffen ist, dass er sich gegenüber dem Stator (40; 50) dreht, um den Strom von mehr oder weniger Fluid (1), das aus der Öffnung (41; 51) des Stators (40; 50) austritt, zuzulassen, umfasst. Der Rotor (43; 53) ist mit einer Öffnung (44; 54) versehen, wobei die beiden Öffnungen (41, 44; 51, 54) eine Kommunikationsfläche (48) für den Durchgang des Fluidstroms (1) darstellen. Der Rotor (43; 53) kann Fluid (1) hindurchlassen. Eine Turbine (65) mit Schaufeln (80, 81, 82), die sich als Reaktion auf das durch den Rotor (53) strömende Fluid (1) drehen, kann ebenfalls vorgesehen sein. Die Turbine (65) sit über eine Antriebswelle (55) wirksam mit dem Rotor (53) verbunden. Der Fluidstrom (1) durch den Rotor (53) kann verwendet werden, um die Turbine (65) zu drehen und Energie zu liefern, die in dem Bohrlochwerkzeug (13) genutzt werden kann.A pressure pulse generator (9) for a drilling tool (13) in the borehole, which has a stator (40; 50) with an opening (41; 51) through which a fluid stream (1) passes and a rotor (43; 53) which is arranged to rotate relative to the stator (40; 50) to allow the flow of more or less fluid (1) exiting the opening (41; 51) of the stator (40; 50) , The rotor (43; 53) is provided with an opening (44; 54), the two openings (41, 44; 51, 54) representing a communication surface (48) for the passage of the fluid flow (1). The rotor (43; 53) can let fluid (1) pass through. A turbine (65) with blades (80, 81, 82) rotating in response to the fluid (1) flowing through the rotor (53) may also be provided. The turbine (65) is operatively connected to the rotor (53) via a drive shaft (55). The fluid flow (1) through the rotor (53) can be used to rotate the turbine (65) and provide energy that can be used in the downhole tool (13).
公开号:DE102004005332A1
申请号:DE102004005332
申请日:2004-02-04
公开日:2004-08-19
发明作者:Steve R. Gomez；Adame Houston Kante；Eric Lavrut；Peter Cypress Rellinger
申请人:Schlumberger Technology BV；
IPC主号:E21B47-18

专利说明:
[0001] Die Erfindung betrifft einen Druckimpulsgeneratornach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a pressure pulse generatoraccording to the preamble of claim 1.
[0002] Beim Bohren von Bohrlöchern undinsbesondere beim Erstellen von Bohrberichten während des Bohrvorgangs und/oderbeim Messen währenddes Bohrvorgangs wird das Bohren mittels eines Gestängerohrstrangsvollzogen, der in einem Bohrwerkzeug endet. Protokollier- und/oderMesswerkzeuge sind im Bohrloch in der Nähe des Bohrwerkzeugs in einem Gestängerohrdes Strangs angeordnet. Die Protokoll- oder Messdaten werden andie Oberfläche übertragen.When drilling boreholes andespecially when preparing drilling reports during the drilling process and / orwhile measuring duringthe drilling process is drilling using a drill pipe stringcompleted, which ends in a drilling tool. Logging and / orMeasuring tools are in the drill hole near the drilling tool in a drill pipearranged of the strand. The log or measurement data are ontransfer the surface.
[0003] Es gibt bereits verschiedene Verfahrenzum Erreichen dieser Übertragung.Die Übertragungkann durch elektrische Signale überelektrische Leiter, die durch den Gestängerohrstrang führen, aberauch durch Schallsignale, die durch die Gestängerohre in dem Strang übertragenwerden, erfolgen. Diese Verfahren ermöglichen eine relativ hohe Übertragungsgeschwindigkeit.Jedoch sind die älterendieser Techniken relativ teuer einzusetzen und machen beim Anschlussder Leiter an die Verbindungsstellen zwischen den Gestängerohrenim Strang Probleme. Den Letzteren fehlt es, bedingt durch das während des Bohrenserzeugte starke Geräusch,an Zuverlässigkeit.There are already various proceduresto achieve this transfer.The transfercan be via electrical signalselectrical conductors that run through the drill pipe string, howeveralso by sound signals transmitted through the drill pipes in the stringwill be done. These methods enable a relatively high transmission speed.However, the older ones areThese techniques are relatively expensive to use and make when connectingthe conductor to the connection points between the drill pipeproblems in the strand. The latter is missing due to the fact that during drillingmade a lot of noise,in reliability.
[0004] Es ist bekannt, das Bohrfluid alsMittel zur Übertragungtiefenmodulierter Schallwellen, die für die Antwort des Protokollier-und/oder Messwerkzeugs kennzeichnend sind, zu verwenden.It is known to be the drilling fluidTransfer meansdepth-modulated sound waves, which are used for the response of the loggingand / or measuring tool are to be used.
[0005] 1 zeigteine Bohrvorrichtung, die zur Durchführung solcher Protokolle und/oderMessungen geeignet ist. Ein in einem Behälter 14 enthaltenesBohrfluid 1 wird durch eine Pumpe 4 von der Oberfläche 2 inden Innenraum eines Gestängerohrstrangs 3,der in eine Erdformation 7 gebohrt werden soll, eingeleitet.Das Bohrfluid 1 kommt an einem Bohrer 5 am Endedes Gestängerohrstrangs 3 an. DasBohrfluid 1 tritt aus dem Gestängerohrstrang 3 ausund kehrt durch den Raum 6 zwischen dem Gestängerohrstrang 3 undder Erdformation 7 an die Oberfläche 2 zurück. DerWeg des Bohrfluids 1 ist durch die Pfeile angedeutet. 1 shows a drilling device which is suitable for performing such protocols and / or measurements. One in a container 14 contained drilling fluid 1 is by a pump 4 from the surface 2 into the interior of a drill pipe string 3 that is in an earth formation 7 to be drilled. The drilling fluid 1 comes on a drill 5 at the end of the drill pipe string 3 on. The drilling fluid 1 emerges from the drill pipe string 3 and sweeps across the room 6 between the drill pipe string 3 and the earth formation 7 to the surface 2 back. The path of the drilling fluid 1 is indicated by the arrows.
[0006] Eines der Gestängerohre 3.1 in demGestängerohrstrang 3,das sich in der Nähedes Bohrers 5 befindet, ist mit Instrumenten versehen.Dieses mit Instrumenten versehene Gestängerohr 3.1 enthält wenigstenseine Messvorrichtung 8, die unter anderem dazu vorgesehenist, die physikalischen Eigenschaften der Erdformation wie etwaderen Dichte, Porosität,Widerstandfähigkeitusw. zu bewerten. Diese Messvorrichtung 8 ist Teil einesWerkzeugs 13 zum Erstellen von Bohrberichten während desBohrvorgangs (LWD = logging-while-drilling).One of the drill pipes 3.1 in the drill pipe string 3 that is near the drill 5 is equipped with instruments. This drill pipe with instruments 3.1 contains at least one measuring device 8th , which is intended, among other things, to evaluate the physical properties of the earth formation, such as its density, porosity, resistance, etc. This measuring device 8th is part of a tool 13 for creating drilling reports during the drilling process (LWD = logging-while-drilling).
[0007] Wenn diese Messvorrichtung 8 für das Bohrenwichtige Parameter wie etwa Temperatur, Druck, Bohrwerkzeugorientierungusw. misst, ist sie Teil eines Werkzeugs zum Messen während desBohrvorgangs (MWD = measuring-while-drilling).If this measuring device 8th measures important parameters for drilling such as temperature, pressure, drilling tool orientation etc., it is part of a tool for measuring during the drilling process (MWD = measuring-while-drilling).
[0008] Das mit Instrumenten versehene Gestängerohr 3.1 istim Allgemeinen eine Schwerstange. Dies ist ein Gestängerohr,das schwerer als die anderen ist. Sie bringt ausreichend Gewichtauf den Bohrer 5 auf, damit dieser in die Erdformation 7 bohrt.The drill pipe provided with instruments 3.1 is generally a collar. This is a drill pipe that is heavier than the others. It puts enough weight on the drill 5 so that this into the earth formation 7 drilled.
[0009] Um eine Druckschwankung im Bohrfluid 1 hervorzurufenund dadurch Daten zu übertragen,ist in dem instrumentierten Gestängerohr 3.1 genau über demBereich, der die Messvorrichtung 8 enthält, ein Druckimpulsgenerator 9 angeordnet.Der Druckimpulsgenerator 9 ist Teil eines Telemetriemoduls 12, dessenFunktion es ist, die Datenübertragungzwischen der Messvorrichtung 8 im Bohrloch und den Drucksensoren 10 ander Oberflächezu steuern. Das Telemetriemodul 12 ist Teil des Werkzeugszum Erstellen von Bohrberichten und/oder zum Messen während desBohrvorgangs.A pressure fluctuation in the drilling fluid 1 to evoke and thereby transmit data is in the instrumented drill pipe 3.1 exactly over the area that the measuring device 8th contains a pressure pulse generator 9 arranged. The pressure pulse generator 9 is part of a telemetry module 12 whose function is to transfer data between the measuring device 8th in the borehole and the pressure sensors 10 to control on the surface. The telemetry module 12 is part of the tool for creating drilling reports and / or for measuring during the drilling process.
[0010] US3 309 656 beschreibt einen Rotations-Druckimpulsgenerator.Durch Rotation mit konstanter Geschwindigkeit unterbricht er teilweise,jedoch wiederholt, den Fluss des Bohrfluids 1. Die Unterbrechungenbewirken, dass der Druckimpulsgenerator Druckimpulse mit einer Trägerfrequenzerzeugt, die zur Unterbrechungsrate proportional ist. Das Beschleunigenoder Verlangsamen des Generators moduliert die Phase oder die Frequenzder Druckwellen zum Übertragender Daten, die mit den von der Messvorrichtung 8 durchgeführten Messungenverbunden sind, zur Oberfläche 2.Die Drucksensoren 10 an der Oberfläche 2 empfangen dieDruckwellen, die sich in dem Bohrfluid 1 ausbreiten. DasSchallsignal, das die an der Oberfläche erfassten Druckwellen repräsentiert,wird vor der Demodulation in einer Verarbeitungsvorrichtung 11 gefiltert,um das Rauschen, das unvermeidlich ist, zu beseitigen. Die durchdas Telemetriemodul 12 einschließlich des Druckimpulsgenerators 9,der Verarbeitungsvorrichtung 11 und der Drucksensoren 10 gebildeteAnordnung wird im Folgenden als "Telemetriesystem" bezeichnet. US 3,309,656 describes a rotary pressure pulse generator. By rotating at a constant speed, it partially, but repeatedly, interrupts the flow of the drilling fluid 1 , The interruptions cause the pressure pulse generator to generate pressure pulses with a carrier frequency that is proportional to the interruption rate. Accelerating or decelerating the generator modulates the phase or frequency of the pressure waves to transmit the data with that from the measuring device 8th performed measurements are connected to the surface 2 , The pressure sensors 10 on the surface 2 receive the pressure waves that are in the drilling fluid 1 spread. The sound signal, which represents the pressure waves detected on the surface, is processed in a processing device before demodulation 11 filtered to remove the noise that is inevitable. The through the telemetry module 12 including the pressure pulse generator 9 , the processing device 11 and the pressure sensors 10 The arrangement formed is referred to below as a "telemetry system".
[0011] Bedingt durch das Bohrfluid, dasim Allgemeinen Schlamm ist, ist das Schallsignal, das an der Oberfläche wiedergewonnenwird, stark gedämpft. Diesbegrenzt die Leistung des Druckimpuls-Telemetriesystems.Due to the drilling fluid, theis generally mud, is the sound signal that is recovered on the surfaceis steamed strongly. Thislimits the performance of the pressure pulse telemetry system.
[0012] Obwohl Rotations-Druckimpulsgeneratoren inden letzten zehn Jahren weiterentwickelt wurden, besitzen sie nochimmer Schwächen. US 6 219 301 beschreibteinen Druckimpulsgenerator, der in den 2A und 2B gezeigtist. Der gezeigte Druckimpulsgenerator 9 enthält einenStator 20 mit mehreren Umfangsöffnungen 21 und einenRotor 22 mit Blättern 23 inForm eines Kreuzes. Der Rotor 22 wird nahe am Stator 20 voneinem (nicht gezeigten) Motor angetrieben. Das Bohrfluid, dessenVerlagerung durch die Pfeile angedeutet ist, strömt durch die Umfangsöffnungen 21 desStators 20. Wenn sich der Rotor 22 dreht, blockierter teilweise die Statoröffnungen 21 undversperrt entweder den Durchgang des Fluids wesentlich oder lässt anderenfallszu, dass es stark hindurchströmt.In 2A befindet sichder Druckimpulsgenerator in der so genannten "offenen" Stellung. Die Rotorblätter 23 überdeckendie Öffnungen 21 nicht,weshalb der Fluidstrom durch den Druckimpulsgenerator maximal ist.Für denFluiddurchgang lässtsich eine Kommunikationsflächedefinieren, die den Statoröffnungenentspricht, beispielsweise Dreiecke, deren Seiten etwa 20, 30 und30 mm betragen.Although rotary pressure pulse generators have been developed over the past decade, they still have weaknesses. US 6,219,301 describes a pressure pulse generator, which in the 2A and 2 B is shown. The pressure pulse generator shown 9 contains a stator 20 with several peripheral openings 21 and a rotor 22 with leaves 23 in the form of a cross. The rotor 22 gets close to the stator 20 driven by a motor (not shown). The drilling fluid, the displacement of which is indicated by the arrows, flows through the peripheral openings 21 of the stator 20 , If the rotor 22 turns, it partially blocks the stator openings 21 and either blocks the passage of the fluid essential or otherwise allows it to flow heavily through it. In 2A the pressure pulse generator is in the so-called "open" position. The rotor blades 23 cover the openings 21 not why the fluid flow through the pressure pulse generator is maximum. A communication area can be defined for the fluid passage, which corresponds to the stator openings, for example triangles, the sides of which are approximately 20, 30 and 30 mm.
[0013] In 2B befindetsich der Druckimpulsgenerator in der so genannten "geschlossenen" Stellung. Die Rotorblätter versperrenteilweise die Öffnungen 21 desStators 20, weshalb der Fluidstrom durch den Druckimpulsgeneratorminimal ist. Der Druckimpulsgenerator verhindert den Durchgang von Fluidnicht vollständig.Da dieses Fluid zur Schmierung des Bohrwerkzeugs dient, muss espermanent in dem Gestängerohrstrangzirkulieren, damit mit dem Bohren fortgefahren werden kann. Wenndie Blätter 23 desRotors 22 den Statoröffnungen 21 gegenüberliegen,besitzen die Öffnungen 21 einenunversperrten Raum 24. Die Kommunikationsfläche für das Fluidentspricht den Räumen 24,beispielsweise Rechtecken von etwa 28 × 4 mm.In 2 B the pressure pulse generator is in the so-called "closed" position. The rotor blades partially block the openings 21 of the stator 20 , which is why the fluid flow through the pressure pulse generator is minimal. The pressure pulse generator does not completely prevent the passage of fluid. Since this fluid is used to lubricate the drilling tool, it must be continuously circulating in the drill string so that drilling can continue. If the leaves 23 of the rotor 22 the stator openings 21 opposite, have the openings 21 an unlocked room 24 , The communication area for the fluid corresponds to the rooms 24 , for example rectangles of approximately 28 × 4 mm.
[0014] Wenn sich der Rotor 22 dreht,erzeugt er flussabwärtsvom Druckimpulsgenerator einen Fluidstrom, in dem der Druck mitder Umdrehungsgeschwindigkeit abfällt und ansteigt. Die durchden Generator erzeugten Druckimpulse rotieren mit konstanter Geschwindigkeitund sind nicht vollkommen sinusförmig.In 4 sind solche Impulsemit dem Bezugszeichen A versehen. Eine vollkommene Sinuslinie istmit B bezeichnet. Er tritt ein Abschneiden auf. Energie geht inForm von Oberschwingungen verloren. Diese Oberschwingungen können dieDemodulation des Signals an der Oberfläche stören.If the rotor 22 rotates, it generates a fluid flow downstream of the pressure pulse generator, in which the pressure drops and increases with the speed of rotation. The pressure pulses generated by the generator rotate at a constant speed and are not completely sinusoidal. In 4 such pulses are provided with the reference symbol A. A perfect sine line is labeled B. There is a cut off. Energy is lost in the form of harmonics. These harmonics can interfere with the demodulation of the signal on the surface.
[0015] Das Fluid enthält unvermeidlich feste Teilchenoder Trümmer.Diese Trümmerdürfen,um leicht zu beseitigen zu sein, nicht zu groß sein, da sie durch die Umfangsöffnungen 21 desStators 20 gehen müssen.Da größere Trümmer häufig vorkommen,muss der Antriebsmotor so leistungsstark sein, dass der Rotor diesezerkleinern kann. Wenn die Trümmerzermahlen sind, könnensie abgeführtwerden. Jedoch kann das Zerkleinern dieser Trümmer einen Verschleiß am Rotorhervorrufen. Wenn die Motorleistung nicht ausreichend ist, blockiertund verstopft der Druckimpulsgenerator, was zu einem Verstopfendes Gestängerohrstrangsführenkann.The fluid inevitably contains solid particles or debris. These debris must not be too large to be easily removed, as they pass through the circumferential openings 21 of the stator 20 have to go. Since larger debris occurs frequently, the drive motor must be so powerful that the rotor can shred it. When the rubble has been ground, it can be removed. However, crushing these debris can cause wear on the rotor. If engine power is insufficient, the pressure pulse generator blocks and clogs, which can lead to clogging of the drill pipe string.
[0016] Im Bemühen um die erforderliche Leistung sindDruckimpulsgeneratoren in Kombination mit Turbinen verwendet worden. US 5 517 464 beschreibt einenintegrierten Modulator und Turbinen-Generator mit einem Turbinenlaufrad,das übereine Antriebswelle mit einem Modulatorrotor flussabwärts vom Laufrad gekoppeltist. Das Turbinenlaufrad wird verwendet, um den Modulatorrotor,der mit einem Wechselstromgenerator gekoppelt ist, anzutreiben.Trotz dieses Fortschritts in der Energieerhaltung im Bohrloch bestehtein ständigwachsender Bedarf an mehr Energie bei Bohrlocharbeiten. Was benötigt wird,ist ein System, das die Kraft des Fluids, das durch den Generatorströmt,kanalisieren und/oder nutzen kann, um zusätzliche Energie zu erzeugen.In order to achieve the required power, pressure pulse generators have been used in combination with turbines. US 5,517,464 describes an integrated modulator and turbine generator with a turbine impeller that is coupled via a drive shaft to a modulator rotor downstream of the impeller. The turbine impeller is used to drive the modulator rotor, which is coupled to an alternator. Despite this progress in downhole energy conservation, there is an ever increasing need for more energy in downhole operations. What is needed is a system that can channel and / or use the power of the fluid flowing through the generator to generate additional energy.
[0017] Aufgabe der Erfindung ist es, einenDruckimpulsgenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen,der es ermöglicht,auch größere Teilchendurchzulassen, ohne diese zu zerkleinern.The object of the invention is aTo create pressure pulse generator according to the preamble of claim 1,which enableseven larger particleslet it through without crushing it.
[0018] Diese Aufgabe wird mittels der Merkmale desAnspruchs 1 gelöst.This task is accomplished through the characteristics of theClaim 1 solved.
[0019] Ein derartiger Druckimpulsgeneratorkann selbst in der geschlossenen Stellung ohne weiteres große Trümmer durchlassen,ohne diese zu zerkleinern. Die Gefahr des Blockierens und Verstopfensist wesentlich verringert. Da die Trümmer, ohne sie zu zermahlen,abgeführtwerden können,arbeitet der Druckimpulsgenerator gemäß der Erfindung mit wenigerEnergie.Such a pressure pulse generatorcan easily pass large debris even in the closed position,without crushing them. The risk of blocking and constipationis significantly reduced. Since the rubble, without grinding it,dissipatedcan bethe pressure pulse generator according to the invention works with lessEnergy.
[0020] Es ist weiter möglich, den Druckimpulsgeneratorso zu gestalten, dass er nahezu sinusförmige Druckimpulse erzeugt,um so durch Verwendung eines solchen Generators die Leistung desTelemetriesystems zu steigern. Die Erfindung kann mit einer Turbineversehen sein, die in Kombination mit dem Generator verwendet wird,um Energie im Bohrloch zu erzeugen.It is also possible to use the pressure pulse generatorto be designed so that it generates almost sinusoidal pressure pulses,so by using such a generator the performance of theBoost telemetry system. The invention can be used with a turbinebe provided, which is used in combination with the generator,to generate energy in the borehole.
[0021] Um dies zu erreichen, enthält der Druckimpulsgeneratoreinen Stator mit einer Öffnung,durch die ein Fluid strömt,und einen Rotor, der ebenfalls mit einer Öffnung versehen ist. Der Rotordreht sich dem Stator gegenüberliegend,um in dieser Weise mehr oder weniger Fluid aus der Statoröffnung herausströmen zu lassen.Die zwei Öffnungenstellen eine Kommunikationsflächefür denFluidstrom dar. Diese Kommunikationsfläche verändert sich zwischen einer maximalenund einer minimalen Fläche inAbhängigkeitvon der Position des Rotors in Bezug auf den Stator. Die Kommunikationsfläche kannsich im Wesentlichen sinusförmigverändern.To achieve this, the pressure pulse generator containsa stator with an opening,through which a fluid flowsand a rotor, which is also provided with an opening. The rotorturns opposite to the stator,to allow more or less fluid to flow out of the stator opening in this way.The two openingsprovide a communication areafor theFluid flow represents. This communication area changes between a maximumand a minimal area independencefrom the position of the rotor with respect to the stator. The communication area canis essentially sinusoidalchange.
[0022] Diese Kommunikationsfläche umfassteinen Abschnitt, der sich unabhängigvon der Position des Rotors in Bezug auf den Stator im Mittelbereichder Stator-Rotor-Baugruppe befindet.This communication area includesa section that is independentfrom the position of the rotor in relation to the stator in the central areathe stator-rotor assembly.
[0023] Die Statoröffnung kann einen mittlerenAbschnitt, der sich im Mittelbereich des Stators befindet, und wenigstenseine Keule, die mit dem mittleren Abschnitt kommuniziert, aufweisen. Ähnlich kanndie Rotoröffnungeinen mittleren Abschnitt, der sich im Mittelbereich des Rotorsbefindet, und wenigstens eine Keule, die mit dem mittleren Abschnittkommuniziert, aufweisen. Dieser mittlere Abschnitt ist vorzugsweisekreisförmig.Die Keule kann Teil eines Kreissektors sein.The stator opening can be a middle oneSection, which is located in the central area of the stator, and at leasthave a club that communicates with the central portion. Similar canthe rotor openinga middle section, which is in the central region of the rotoris located, and at least one club that matches the middle sectioncommunicates. This middle section is preferredcircular.The club can be part of a circular sector.
[0024] In einer Alternative ist die Keulevorzugsweise Teil eines Trapezes.In an alternative is the clubpreferably part of a trapezoid.
[0025] Die Anzahl von Keulen einer Öffnung trägt zur Bestimmungder Periode der Druckimpulse bei. Eine besonders interessante Formfür wenigstens eineder Öffnungenist vorzugsweise die rechteckige Form. Dieses Rechteck ist vorzugsweisezentrisch. Bei dieser Konfiguration sind die Druckimpulse vorzugsweisesinusförmig,wenn sich der Rotor mit konstanter Geschwindigkeit dreht. Eine weiterebesonders interessante Form fürwenigstens eine der Öffnungenist die Kreuzform.The number of lobes in an opening helps determine the period of the pressure pulses. A particularly interesting shape for at least one of the openings is preferably the rectangular shape. This rectangle is preferably central. In this configuration, the pressure pulses are preferably sinusoidal when the rotor is rotating at a constant speed. Another particularly interesting shape for at least one of the openings is the cross shape.
[0026] Die Amplitude der Druckimpulse istdurch die Differenz zwischen dem maximalen und dem minimalen Querschnittbestimmt.The amplitude of the pressure pulses isby the difference between the maximum and minimum cross-sectioncertainly.
[0027] Bei einem solchen Druckimpulsgenerator wirddas in dem Fluid enthaltene Geröllvom Rotor in Richtung des im Mittelbereich der Stator-Rotor-Baugruppebefindlichen Abschnitts geführt.With such a pressure pulse generatorthe debris contained in the fluidfrom the rotor towards the middle of the stator-rotor assemblysection located.
[0028] Die Erfindung betrifft außerdem einWerkzeug zum Erstellen von Bohrberichten während des Bohrvorgangs, daseinen in dieser Weise gekennzeichneten Druckimpulsgenerator enthält.The invention also relates to aTool for generating drilling reports during the drilling processcontains a pressure pulse generator characterized in this way.
[0029] Die Endung betrifft außerdem einWerkzeug zum Messen währenddes Bohrvorgangs, das einen in dieser Weise gekennzeichneten Druckimpulsgeneratorenthält.The ending also affects aTool to measure duringof the drilling process using a pressure pulse generator identified in this waycontains.
[0030] Die Erfindung betrifft außerdem einTelemetriesystem, das einen in dieser Weise gekennzeichneten Druckimpulsgeneratorenthält.The invention also relates to aTelemetry system, which is a pressure pulse generator identified in this waycontains.
[0031] In wenigstens einem Aspekt beziehtsich die Erfindung auf einen Druckimpulsgenerator, der einen Statormit einer Öffnung,die fürden Durchgang eines Fluidstroms gedacht ist, und einen Rotor umfasst,der so beschaffen ist, dass er sich dem Stator gegenüberliegenddreht, um das Hindurchströmenvon Fluid zuzulassen, damit es durch die Öffnung des Stators austritt.Der Generator ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor ebenfallsmit einer Öffnungversehen ist, wobei beide Öffnungeneine Kommunikationsflächefür denDurchgang des Fluidstroms darstellen. Der Generator kann außerdem einemit dem Rotor verbundene Turbine umfassen.Related in at least one aspectthe invention relates to a pressure pulse generator comprising a statorwith an opening,the forthe passage of a fluid flow is intended and comprises a rotor,which is designed to face the statorturns to flowing throughof fluid to allow it to exit through the opening of the stator.The generator is characterized in that the rotor is alsowith an openingis provided, both openingsa communication areafor theRepresent passage of fluid flow. The generator can also be aturbine connected to the rotor.
[0032] In einem weiteren Aspekt beziehtsich die Erfindung auf einen Druckimpulsgenerator, der einen Statormit einer Statoröffnung,die fürden Durchgang eines Fluidstroms gedacht ist, einen Rotor, der sobeschaffen ist, dass er sich dem Stator gegenüberliegend dreht, um wahlweisezuzulassen, dass der Fluidstrom aus der Öffnung des Stators austrittund durch den Rotor hindurchführt,und eine mit dem Rotor wirksam verbundene Turbine umfasst. Der Rotor istmit einer Rotoröffnungversehen. Die Öffnungen definiereneine Kommunikationsflächefür denDurchgang des Fluidstroms. Die Turbine besitzt Schaufeln, die sichals Reaktion auf den Fluidstrom durch den Rotor drehen.In another aspect relatesthe invention relates to a pressure pulse generator comprising a statorwith a stator opening,the forthe passage of a fluid stream is thought to be a rotor that sois that it rotates opposite the stator in order to chooseallow the fluid flow to exit the opening of the statorand passes through the rotor,and comprises a turbine operatively connected to the rotor. The rotor iswith a rotor openingMistake. Define the openingsa communication areafor thePassage of fluid flow. The turbine has blades that arerotate in response to fluid flow through the rotor.
[0033] In einem weiteren Aspekt beziehtsich die Erfindung auf einen Druckimpulsgenerator für ein Bohrwerkzeugim Bohrloch. Durch dieses Bohrwerkzeug strömt ein Fluid. Der Druckimpulsgeneratorumfasst einen Stator, einen Rotor und eine Turbine. Der Stator weisteine Statoröffnungauf, die so beschaffen ist, dass sie das Fluid hindurchströmen lässt undmehrere Statorkeulen definiert. Der Rotor ist in der Nähe der Statoröffnungenangeordnet und weist eine Rotoröffnungauf, die mehrere Rotorkeulen definiert, deren Abmessung den Statorkeulenentspricht. Der Rotor kann sich in Bezug auf den Stator drehen,derart, dass das Fluid wahlweise hindurchgeht. Der Rotor enthält einenKanal, der durch ihn hindurchführt,und besitzt wenigstens eine Öffnung,um das Fluid austreten zu lassen. Die Turbine ist mit dem Rotorverbunden und weist wenigstens eine Schaufel auf. Die Turbine wirddurch den Fluidstrom, der durch den Rotor hindurch und über diewenigstens eine Schaufel hinweg verläuft, rotatorisch angetrieben,wodurch Energie fürdas Bohrlochwerkzeug zur Verfügunggestellt wird.In another aspect relatesthe invention relates to a pressure pulse generator for a drilling toolin the borehole. A fluid flows through this drilling tool. The pressure pulse generatorincludes a stator, a rotor, and a turbine. The stator pointsa stator openingwhich is designed to allow the fluid to flow through it anddefined several stator lobes. The rotor is near the stator openingsarranged and has a rotor openingon, which defines several rotor lobes, the dimension of which the stator lobesequivalent. The rotor can rotate in relation to the stator,such that the fluid optionally passes through it. The rotor contains oneChannel that runs through itand has at least one opening,to let the fluid out. The turbine is with the rotorconnected and has at least one blade. The turbine willthrough the fluid flow through the rotor and over theat least one blade runs, driven by rotation,whereby energy forthe downhole tool is availableis provided.
[0034] In einem nochmals weiteren Aspektbezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Stromerzeugungin einem Bohrlochwerkzeug. Die Schritte umfassen das wahlweise Hindurchleiteneines Fluid durch eine Öffnungeines Stators und eine entsprechende Öffnung eines Rotors in demBohrlochwerkzeug, das Hindurchleiten des Fluid durch den Rotor undHerausleiten des Fluid überein oder mehrere im Rotor befindliche Austrittsöffnungen sowie das Erzeugenvon Rotationsenergie durch Leiten des Fluids von wenigstens einerAustrittsöffnung über wenigstenseine Turbinenschaufel einer mit dem Rotor wirksam verbundenen Turbine.In yet another aspectThe invention relates to a method for generating electricityin a downhole tool. The steps include optional routinga fluid through an openingof a stator and a corresponding opening of a rotor in theDownhole tool, the passage of the fluid through the rotor andLeading the fluid overone or more outlet openings in the rotor and the generationof rotational energy by directing the fluid from at least oneExit opening over at leasta turbine blade of a turbine operatively connected to the rotor.
[0035] Weitere Ausgestaltungen der Erfindungsind der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen zuentnehmen.Further refinements of the inventionare to the following description and claimsremove.
[0036] Die Erfindung wird nachstehend anhandvon in den beigefügtenAbbildungen dargestellten Ausführungsbeispielennäher erläutert.The invention is illustrated belowfrom in the attachedIllustrations shown embodimentsexplained in more detail.
[0037] 1 (bereitsbeschrieben) zeigt eine Bohrvorrichtung, die mit einem Werkzeugzum Erstellen von Bohrberichten während des Bohrvorgangs und/oderzum Messen währenddes Bohrvorgangs ausgestattet ist. 1 (already described) shows a drilling device which is equipped with a tool for producing drilling reports during the drilling process and / or for measuring during the drilling process.
[0038] Die 2A, 2B (bereits beschrieben)zeigen einen Druckimpulsgenerator des Standes der Technik in deroffenen bzw. in der geschlossenen Stellung.The 2A . 2 B (already described) show a pressure pulse generator of the prior art in the open or in the closed position.
[0039] Die 3A, 3B zeigen eine Ausführungsformeines Druckimpulsgenerators in der offenen bzw. in der geschlossenenStellung.The 3A . 3B show an embodiment of a pressure pulse generator in the open or in the closed position.
[0040] 4 zeigtdie Druckimpulse, die durch den Druckimpulsgenerator von 2 (Kurve A) und den Druckimpulsgeneratorvon 3 (Kurve C) erzeugt werdenim Vergleich zu einer reinen Sinuslinie (Kurve B). 4 shows the pressure pulses generated by the pressure pulse generator from 2 (Curve A) and the pressure pulse generator from 3 (Curve C) are generated compared to a pure sine line (curve B).
[0041] Die 5A, 5B zeigen die Vorderseiteder Stator-Rotor-Baugruppe eines Druckimpulsgenerators in der offenenbzw. in der geschlossenen Stellung.The 5A . 5B show the front of the stator-rotor assembly of a pressure pulse generator in the open or in the closed position.
[0042] 6 zeigtGeröll,das in dem Druckimpulsgenerator des Standes der Technik steckt. 6 shows scree, which is in the pressure pulse generator of the prior art.
[0043] Die 7A, 7B zeigen die Bahn, die vom Geröll verfolgtwird, bevor es aus einem Druckimpulsgenerator geräumt wird.The 7A . 7B show the path that is followed by the scree before it is cleared from a pressure pulse generator.
[0044] Die 8A, 8B zeigen die Vorderseiteeines Druckimpulsgenerators mit vier keulenförmigen Öffnungen bzw. die Form dererzeugten Druckimpulse.The 8A . 8B show the front of a pressure pulse generator with four club-shaped openings or the shape of the pressure pulses generated.
[0045] Die 9A, 9B zeigen die Vorderseiteeines Druckimpulsgenerators mit zwei Öffnungen in Form von Kreissektorkeulenbzw. die Form der erzeugten Druckimpulse.The 9A . 9B show the front of a pressure pulse generator with two openings in the form of circular sector lobes or the shape of the pressure pulses generated.
[0046] Die 10A und 10B zeigen die Vorderseite einesDruckimpulsgenerators mit zwei optimierten keulenförmigen Öffnungenbzw. die Form der erzeugten Druckimpulse.The 10A and 10B show the front of a pressure pulse generator with two optimized club-shaped openings or the shape of the pressure pulses generated.
[0047] 10C zeigteine dreidimensionale Ansicht eines Druckimpulsgenerators. 10C shows a three-dimensional view of a pressure pulse generator.
[0048] Die 11A, 11B, 11C und 11D zeigendie Vorderseite eines Druckimpulsgenerators mit drei keulenförmigen Öffnungenbzw. die Form der erzeugten Druckimpulse.The 11A . 11B . 11C and 11D show the front of a pressure pulse generator with three club-shaped openings or the shape of the pressure pulses generated.
[0049] Die 11E und 11F zeigen eine schematischeAnsicht, teilweise als Querschnitt, bzw. eine dreidimensionale Ansichteines Druckimpulsgenerators mit einer Turbine.The 11E and 11F show a schematic view, partially as a cross section, or a three-dimensional view of a pressure pulse generator with a turbine.
[0050] Der in den 3A, 3B gezeigteDruckimpulsgenerator ist dazu bestimmt, Druckimpulse im Strom einesFluids zu erzeugen, das ein Bohrfluid sein kann, das in einer miteinem Telemetriesystem wie jenem von 1 ausgestattetenBohrvorrichtung verwendet wird.The one in the 3A . 3B The pressure pulse generator shown is designed to generate pressure pulses in the flow of a fluid, which may be a drilling fluid, in one with a telemetry system such as that of 1 equipped drilling device is used.
[0051] Er umfasst einen Stator 40,der mit einem Rotor 43 zusammenwirkt, wobei die Stator-40-Rotor-43-Baugruppeinnerhalb eines Gestängerohrs 30 ineinem Gestängerohrstrangangeordnet ist. Der Stator 40 weist eine Öffnung 41 auf.Der Rotor 43 weist ebenfalls eine Öffnung 44 auf. Umdie Druckimpulse in dem durch die Pfeile angedeuteten Fluidstromzu erzeugen, dringt das Fluid von der Stator-40-Seite in den Druckimpulsgeneratorein. Das Fluid strömtdurch die Öffnung 41 desStators 40. Wenn es die Öffnung 41 des Stators 40 verlässt, geht esin die Öffnung 44 desRotors 43, der dem Stator 40 gegenüberliegt.Ein (nicht gezeigter) Motor versetzt den Rotor um eine zum Fluidstromparallele Achse xx' inDrehung.It includes a stator 40 with a rotor 43 cooperates with the stator-40-rotor-43 assembly within a drill pipe 30 is arranged in a drill pipe string. The stator 40 has an opening 41 on. The rotor 43 also has an opening 44 on. In order to generate the pressure pulses in the fluid flow indicated by the arrows, the fluid penetrates into the pressure pulse generator from the stator 40 side. The fluid flows through the opening 41 of the stator 40 , If it's the opening 41 of the stator 40 leaves, it goes into the opening 44 of the rotor 43 that the stator 40 opposite. A motor (not shown) rotates the rotor about an axis xx 'parallel to the fluid flow.
[0052] Wenn sich der Rotor 43 dreht,lässt erzu, dass mehr oder weniger Fluid aus der Öffnung 41 des Stators 40 strömt. Diebeiden Öffnungen 41, 44 definiereneine Kommunikationsfläche(oder Schnittfläche) 48 für den Durchgangdes Fluids, die zwischen einem minimalen und einem maximalen Querschnitt variiert.Diese Kommunikationsfläche 48 umfassteinen Abschnitt, der sich unabhängigvon der Stellung des Rotors in Bezug auf den Stator im Mittelbereich derStator-Rotor-Baugruppebefindet. Die Achse xx' liegtin dieser Kommunikationsfläche 48.Der Mittelbereich ist ein Bereich, der die Mitte der Stator-Rotor-Baugruppeumschließt.In 3A befindet sich derGenerator in der "offenen" Stellung, in derdie Kommunikationsfläche 48 maximalist. In 3B befindetsich der Generator in der "geschlossenen" Stellung, in derder Kommunikationsflächequerschnitt 48 minimalist.If the rotor 43 rotates, it allows more or less fluid from the opening 41 of the stator 40 flows. The two openings 41 . 44 define a communication area (or cutting area) 48 for the passage of the fluid, which varies between a minimum and a maximum cross section. This communication area 48 comprises a section which is independent of the position of the rotor in relation to the stator in the central region of the stator-rotor assembly. Axis xx 'lies in this communication area 48 , The central area is an area that encloses the center of the stator-rotor assembly. In 3A the generator is in the "open" position, in the communication area 48 is maximum. In 3B the generator is in the "closed" position in which the communication area cross-section 48 is minimal.
[0053] Im Allgemeinen enthält die Öffnung 41 des Stators 40 einenmittleren Abschnitt 42, d. h. einen Abschnitt, der sichim Mittelbereich des Stators 40 befindet, und wenigstenseine Keule 46, die mit dem mittleren Abschnitt 42 kommuniziert.Dieser mittlere Abschnitt 42 und diese Keule 46 sindin 5B sichtbar.Generally contains the opening 41 of the stator 40 a middle section 42 , ie a section that is in the central region of the stator 40 and at least one club 46 that with the middle section 42 communicated. This middle section 42 and this club 46 are in 5B visible.
[0054] Ähnlichenthältdie Öffnung 44 desRotors 43 einen mittleren Abschnitt 45, d. h.einen Abschnitt, der sich im Mittelbereich des Rotors 43 befindet,und wenigstens eine Keule 47, die mit dem mittleren Abschnitt 45 kommuniziert.Dieser mittlere Abschnitt 45 und diese Keule 47 sindin 5B sichtbar.The opening contains something similar 44 of the rotor 43 a middle section 45 , ie a section that is in the central region of the rotor 43 and at least one club 47 that with the middle section 45 communicated. This middle section 45 and this club 47 are in 5B visible.
[0055] Bei einer solchen Konfiguration der Öffnungen 41, 44 desStators 40 und des Rotors 43 wird eine Kommunikationsfläche 48 für den Durchgang desFluids erzielt, bei der sich ein Abschnitt in einem Mittelbereichder Stator-Rotor-Baugruppebefindet. Die Öffnungen 41, 44 desRotors und des Stators könnenwie in den 3A, 3B völlig gleich sein, jedoch könnten sieauch unterschiedlicher Form sein.With such a configuration of the openings 41 . 44 of the stator 40 and the rotor 43 becomes a communication area 48 achieved for the passage of the fluid, in which a section is located in a central region of the stator-rotor assembly. The openings 41 . 44 of the rotor and the stator can be as in the 3A . 3B be completely the same, but they could also be different shapes.
[0056] In den 5A, 5B sind beide Öffnungen 41, 44 rechteckigund zur Achse xx' zentrisch.Dann befindet sich der mittlere Abschnitt 42, 45 inder Mitte des Rechtecks, währendsich die zwei Keulen 46, 47 auf beiden Seitenbefinden. Wenn der Rotor mit konstanter Geschwindigkeit angetriebenwird, ermöglicht einesolche Konfiguration das Erzeugen vorzugsweise sinusförmiger Druckimpulse,die in 4 mit C bezeichnetsind. Es entsteht praktisch kein Energieverlust in Form von Oberschwingungen.Der Kommunikationsquerschnitt verändert sich vorzugsweise sinusförmig. DerDruckimpulsgenerator besitzt eine höhere Leistung, wobei an derOberflächeeine bessere Signaldemodulation erreicht werden kann. Diese Formvon Druckimpulsen war mit dem in den 2A, 2B gezeigten Generator desStandes der Technik nicht möglich.In the 5A . 5B are both openings 41 . 44 rectangular and central to axis xx '. Then there is the middle section 42 . 45 in the middle of the rectangle while the two clubs 46 . 47 located on both sides. When the rotor is driven at a constant speed, such a configuration enables the generation of preferably sinusoidal pressure pulses which are in 4 are denoted by C. There is practically no loss of energy in the form of harmonics. The communication cross section changes preferably sinusoidally. The pressure pulse generator has a higher output, whereby better signal demodulation can be achieved on the surface. This form of pressure pulse was similar to that in the 2A . 2 B shown generator of the prior art is not possible.
[0057] In den 5A, 5B ist der Stator 40 nurdurch seine Öffnung 41 gezeigt.In dieser Ausführungsform sinddie Öffnungen 41, 44 desStators 40 und des Rotors 43 vorzugsweise völlig gleich,rechteckig und zentrisch. In 5A sinddie Öffnungen 41, 44 aufeinanderausgerichtet und liegen übereinander.Der Winkel des Rotors 43 zum Stator 40 ist nullmodulo π.Die Flächefür denDurchgang des Fluidstroms, d. h. die Kommunikationsfläche zwischenden beiden Öffnungen 41, 44 istmaximal und gleich der Oberflächeeiner der Öffnungen 41, 44.Der Druckabfall des Fluidstroms durch den Druckimpulsgenerator istminimal. Die Öffnungen 41, 44 können dieAbmessungen 75 mm × 20mm besitzen, jedoch ist diese Erfindung nicht auf einen Druckimpulsgeneratorbegrenzt, dessen Rotor und Stator diese Abmessungen besitzen. Trümmer, diekleiner sind als die oben genannten Abmessungen, können durchden Druckimpulsgenerator gehen.In the 5A . 5B is the stator 40 only through its opening 41 shown. In this embodiment, the openings are 41 . 44 of the stator 40 and the rotor 43 preferably completely identical, rectangular and centric. In 5A are the openings 41 . 44 aligned with one another and lying one above the other. The angle of the rotor 43 to the stator 40 is zero modulo π. The area for the passage of the fluid flow, ie the communication area between the two openings 41 . 44 is maximum and equal to the surface of one of the openings 41 . 44 , The pressure drop in the fluid flow through the pressure pulse generator is minimal. The openings 41 . 44 can have dimensions of 75 mm × 20 mm, but this invention is not limited to a pressure pulse generator whose rotor and stator have these dimensions. Debris that are smaller than the dimensions mentioned above can pass through the pressure pulse generator.
[0058] In 5B istder Rotor 43 um π/2modulo π gedrehtworden, womit die zwei Öffnungen 41, 44 nungegeneinander versetzt sind. Die Keulen 46, 47 befindensich beiderseits der Kommunikationsfläche.In 5B is the rotor 43 rotated by π / 2 modulo π, making the two openings 41 . 44 are now offset from each other. The clubs 46 . 47 are located on both sides of the communication area.
[0059] Die Kommunikationsfläche 48 istminimal und durch die Schnittflächezwischen den beiden Öffnungen 41, 44,d. h. dem kleinen weißenQuadrat, wiedergegeben. Der Druckabfall des Fluidstroms durch denDruckimpulsgenerator ist in diesem Fall maximal. Die Abmessungender Kommunikationsflächezwischen den beiden Öffnungen 41, 44 betragen vorzugsweise20 mm × 20mm. Die mittleren Abschnitte der Öffnung 41 des Stators 40 undder Öffnung 44 desRotors 43 sind durch die Kommunikationsfläche 48 zwischenden beiden Öffnungen 41, 44 wiedergegeben.Jegliche Trümmer,deren Abmessungen kleiner als diese Abmessungen sind, können durchden Druckimpulsgenerator gehen. Die Gefahr eines Verstopfens istviel geringer als bei der Struktur der 2.The communication area 48 is minimal and due to the intersection between the two openings calculations 41 . 44 , ie the small white square. The pressure drop in the fluid flow through the pressure pulse generator is maximum in this case. The dimensions of the communication area between the two openings 41 . 44 are preferably 20 mm × 20 mm. The middle sections of the opening 41 of the stator 40 and the opening 44 of the rotor 43 are through the communication area 48 between the two openings 41 . 44 played. Any debris whose dimensions are smaller than these dimensions can pass through the pressure pulse generator. The risk of clogging is much less than with the structure of the 2 ,
[0060] 6 hilftzu erläutern,warum die Gefahr eines Verstopfens bei der Konfiguration gemäß den 2 groß ist. Die Öffnungen 21 des Stators 20 liegenam Umfang und sind vorzugsweise dreieckig. Wenn sich die Blätter 23 desRotors 22 drehen, schieben sie das Geröll 25 in eine Eckeder dreieckigen Öffnung 21 desStators 20. Das Geröllbleibt zwischen einem der Blätter 23 desRotors 22 und einer Ecke einer Öffnung 21 des Stators 20 stecken,wie in dieser Abbildung gezeigt ist. Wenn der Antriebsmotor desRotors leistungsstark genug ist, dass er das Geröll 25 zermahlt undabführt,kann der Druckimpulsgenerator seine Funktion weiterhin erfüllen, jedoch kanndas beteiligte Blatt 23 des Rotors 22 hierbeibeschädigtwerden. 6 helps explain why there is a risk of clogging when configured according to the 2 is great. The openings 21 of the stator 20 are circumferential and are preferably triangular. If the leaves 23 of the rotor 22 turn, push the scree 25 into a corner of the triangular opening 21 of the stator 20 , The rubble remains between one of the leaves 23 of the rotor 22 and a corner of an opening 21 of the stator 20 as shown in this illustration. If the drive motor of the rotor is powerful enough that it is the scree 25 grinded and removed, the pressure pulse generator can continue to perform its function, but the sheet involved can 23 of the rotor 22 be damaged.
[0061] Wenn der Motor nicht stark genugist, um das Gerölloder die Trümmer 25 zuzerkleinern, kann der Druckimpulsgenerator in einen Entstopfungszyklus gehen,wobei sich der Rotor 22 mehrmals rückwärts und vorwärts dreht,bis die Trümmerzermahlen sind. Dies führtzu einem höherenEnergieverbrauch und gegebenenfalls zu einer Beschädigung desRotors 22.If the engine is not strong enough to clear the rubble or the debris 25 to shred, the pressure pulse generator can go into a unblocking cycle, whereby the rotor 22 turns backwards and forwards several times until the rubble is ground. This leads to higher energy consumption and possibly damage to the rotor 22 ,
[0062] Wenn das Geröll 25 nach einer gewissen Zeitspannenoch immer nicht zermahlen ist, wird die Situation kritisch. EineLösungist, alles zu stoppen und das Gestängerohr an die Oberfläche hochzuziehen,um Zugang zum Druckimpulsgenerator zu erhalten.If the rubble 25 after a certain period of time it is still not ground, the situation becomes critical. One solution is to stop everything and pull the drill pipe up to the surface to gain access to the pressure pulse generator.
[0063] Wenn von einer äußeren Stelle Trümmer 49 ankommen,siehe 7A, 7B, werden sie durch den Rotor 43,der eine Kraft F aufbringt, vorwärtsgeführt. DieKraft F setzt sich aus zwei zueinander senkrechten Komponenten F1,F2 zusammen. Die Kraft F führtdazu, dass sich die Trümmer 49 näher zumMittelbereich der Stator-Rotor-Baugruppe bewegen, und schiebt siedeshalb in Richtung der Kommunikationsfläche zwischen der Öffnung 41 desStators 40 und der Öffnung 44 desRotors 43.If debris from an outside point 49 arrive, see 7A . 7B , they are through the rotor 43 , which exerts a force F, is guided forward. The force F is composed of two mutually perpendicular components F1, F2. The force F causes the debris 49 closer to the center of the stator-rotor assembly, and therefore pushes it toward the communication area between the opening 41 of the stator 40 and the opening 44 of the rotor 43 ,
[0064] Wenn sich der Druckimpulsgeneratorwie in 7B in der geschlossenenStellung befindet, besitzt die auf die Trümmer 49 ausgeübte Kraftnur eine Komponente F1. Die Trümmer 49 befindensich an der Kommunikationsfläche 48 undwerden abgeführt, wennsie die geeigneten Abmessungen besitzen. Wenn sie zu groß sind,könnensie abgeführtwerden, wenn der Rotor 43 um π/2 aus der in 7B gezeigten Stellung versetzt wordenist, wodurch der Kommunikationsabschnitt 48 zwischen der Öffnung 41 desStators 40 und der Öffnung 44 desRotors 43 maximal wird. Die Gefahr eines Verstopfens istverglichen mit der Konfiguration der 2 und 6 wesentlich kleiner.If the pressure pulse generator is as in 7B is in the closed position, it owns the debris 49 applied force only one component F1. The debris 49 are located on the communication area 48 and are discharged if they have the appropriate dimensions. If they are too large, they can be removed if the rotor 43 by π / 2 from the in 7B position shown has been moved, thereby the communication section 48 between the opening 41 of the stator 40 and the opening 44 of the rotor 43 maximum. The risk of clogging is compared to the configuration of the 2 and 6 much smaller.
[0065] Der Druckimpulsgenerator ermöglicht das BeseitigengroßerTrümmer,da es unabhängigvon der Stellung des Rotors in Bezug auf den Stator nur einen mittlerenFluiddurchgangsbereich gibt. Im Stand der Technik war der Fluiddurchgangsbereich stetsaufgeteilt.The pressure pulse generator enables removalgreaterDebris,since it is independentonly a medium one from the position of the rotor in relation to the statorFluid passage area there. In the prior art, the fluid passage area has always beendivided up.
[0066] Die Anzahl von Keulen, die eine Rotor-oder eine Statoröffnungbesitzt, trägtzur Bestimmung der Periode der erzeugten Druckimpulse bei. EineZweikeulenkonfiguration sowohl der Statoröffnung als auch der Rotoröffnung wiein 6 führt zu einerPeriode π,währendeine Vierkeulenstruktur wie in 8A zueiner Periode π/2führt.Verallgemeinert lässtsich sagen, dass eine Konfiguration mit n Keulen (wobei n eine ganzeZahl größer alsnull ist) sowohl bei der Rotoröffnungals auch bei der Statoröffnungzu einer Periode 2π/nführt.Wenn die Rotor- und die Statoröffnungennicht die gleiche Anzahl von Keulen besitzen, wird dies etwas komplizierter.The number of lobes that have a rotor or a stator opening helps determine the period of the pressure pulses generated. A two-lobe configuration of both the stator opening and the rotor opening as in 6 leads to a period π, while a four lobe structure as in 8A leads to a period π / 2. In general, it can be said that a configuration with n lobes (where n is an integer greater than zero) leads to a period 2π / n for both the rotor opening and the stator opening. If the rotor and stator openings do not have the same number of lobes, this becomes a little more complicated.
[0067] Es sei angemerkt, dass Konfigurationenmit weniger (ein oder zwei) Keulen bei maximalen Durchgangsflächen gleicherGröße das Abführen desgrößten Trümmer ermöglichen.It should be noted that configurationswith fewer (one or two) lobes with the same maximum through-areaSize of the drainage of theenable the greatest debris.
[0068] 8A zeigtein Beispiel eines Druckimpulsgenerators, bei dem sowohl die Stator-als auch die Rotoröffnungendie Form eines Kreuzes mit vier Zweigen besitzen. Diese Öffnungennehmen die Form von zwei Rechtecken an, die um π/2 versetzt sind. Die Eckender Rechtecke sind abgerundet. Diese Öffnungen 41, 44 besitzeneinen mittleren Abschnitt 42 bzw. 45 und vierKeulen 46 bzw. 47. In der geschlossenen Stellungwie in 8A wird die Fluiddurchgangsfläche umsokomplexer, je größer dieAnzahl von Keulen ist. 8A shows an example of a pressure pulse generator in which both the stator and the rotor openings have the shape of a cross with four branches. These openings take the form of two rectangles that are offset by π / 2. The corners of the rectangles are rounded. These openings 41 . 44 have a middle section 42 respectively. 45 and four clubs 46 respectively. 47 , In the closed position as in 8A the larger the number of lobes, the more complex the fluid passage area.
[0069] 8B zeigtdie Erscheinungsform der von einem solchen Druckimpulsgeneratorerzeugten Druckimpulse. Die Impulse sind vorzugsweise sinusförmig, wobeiihre Periode halb so groß istwie jene, die in 5 gezeigtist. Die Amplitude der erzeugten Druckimpulse wird durch die Differenzzwischen der maximalen Kommunikationsfläche und der minimalen Kommunikationsfläche, d.h. die Differenz zwischen der Fluiddurchgangsfläche in der offenen Stellungund der Fluiddurchgangsflächein der geschlossenen Stellung, gesteuert. 8B shows the appearance of the pressure pulses generated by such a pressure pulse generator. The pulses are preferably sinusoidal, with a period half that of those in 5 is shown. The amplitude of the pressure pulses generated is controlled by the difference between the maximum communication area and the minimum communication area, ie the difference between the fluid passage area in the open position and the fluid passage area in the closed position.
[0070] Die Geometrie der Stator- und Rotoröffnungensteuert die Form der erzeugten Druckimpulse. Eine zentrische rechteckigeForm erzeugt nahezu sinusförmigeImpulse. Andere Konturen sind natürlich möglich.The geometry of the stator and rotor openingscontrols the shape of the pressure pulses generated. A centric rectangularForm creates almost sinusoidalImpulse. Other contours are of course possible.
[0071] Es ist beispielsweise möglich, denRotor- und Statoröffnungeneine Geometrie zu verleihen, wie sie in 9A gezeigt ist. Die Rotor- und Statoröffnungen sind vorzugsweise völlig gleich. Jede der Öffnungen 41, 44 besitztvorzugsweise einen kreisförmigenmittleren Abschnitt 42, 45 mit zwei diametral entgegengesetztenkreissektorförmigenKeulen 46, 47. Diese Kreissektoren sind etwa gleich π/2. Wenn sichder Generator in der geschlossenen Stellung befindet, entsprichtdie Kommunikationsflächean den zwei Öffnungen 41, 44 demmittleren Abschnitt 42. 9B zeigtdie Form der mit einem Druckimpulsgenerator des Typs von 9A erzeugten Impulse. DieseForm ist relativ weit entfernt von einer reinen Sinuslinie.For example, it is possible to give the rotor and stator openings a geometry as shown in 9A is shown. The rotor and stator openings are preferably completely the same. Each of the openings 41 . 44 preferably has a circular central section 42 . 45 with two diametrically opposed circular sector shaped clubs 46 . 47 , These circle sectors are approximately equal to π / 2. When the generator is in the closed position, the communication area at the two openings corresponds 41 . 44 the middle section 42 , 9B shows the shape of the with a pressure pulse generator of the type of 9A generated impulses. This form is relatively far from a pure sine line.
[0072] Die Geometrie der Öffnungen 41, 44 kann feinabgestimmtwerden, um einerseits die Form der erzeugten Druckimpulse zu optimierenund andererseits die größtmögliche Mindestkommunikationsfläche zu erhalten. 10A zeigt eine solche optimierte Formfür die Öffnungen 41, 44 desStators 40 und des Rotors 43. Sie ist von derzentrischen, rechteckigen Öffnungabgeleitet. Jede der Öffnungenbesitzt vorzugsweise einen kreisförmigen mittleren Abschnitt 42, 45 undzwei Keulen 46, 47, die mit der mittleren Öffnung 42, 45 kommunizieren.Diese zwei Keulen sind diametral entgegengesetzt, konisch etwaserweitert und gerundet.The geometry of the openings 41 . 44 can be fine-tuned to optimize the shape of the generated pressure impulses on the one hand and to obtain the largest possible minimum communication area on the other. 10A shows such an optimized shape for the openings 41 . 44 of the stator 40 and the rotor 43 , It is derived from the central, rectangular opening. Each of the openings preferably has a circular central portion 42 . 45 and two clubs 46 . 47 that with the middle opening 42 . 45 communicate. These two clubs are diametrically opposed, slightly tapered and rounded.
[0073] 10B zeigtdie Form der Impulse, die durch den Druckimpulsgenerator von 10A erzeugt werden (KurveD), wobei diese Form mit einer perfekten Sinuslinie (Kurve E) verglichenwerden kann. 10B shows the shape of the pulses generated by the pressure pulse generator from 10A generated (curve D), this shape can be compared with a perfect sine line (curve E).
[0074] 10C zeigteine dreidimensionale Ansicht eines Druckimpulsgenerators gemäß der Erfindung mitder Konfiguration von 10A.Der Druckimpulsgenerator befindet sich in der offenen Stellung.Die Pfeile zeigen die Richtung des Fluidflusses an. Der Rotor 43 istin seiner Gesamtheit gezeigt, da er in den vorhergehenden Abbildungennur durch einen ersten Abschnitt 43.1, der dem Stator 40am nächstenliegt, schematisch gezeigt worden ist. Dieser erste Abschnitt 43.1 kommuniziertmit einem zweiten Abschnitt 43.2 in Form eines Trichters,um den den Rotor verlassenden Fluidstrom abzuleiten. Der erste Abschnitt 43.1 istaus einem besonders starken Material gefertigt, da er die Hauptlastdes in dem Fluid enthaltenen Geröllsaufnimmt. Der (nicht gezeigte) Antriebsmotor des Rotors wäre hierflussabwärts vomRotor angeordnet. 10C FIG. 3 shows a three-dimensional view of a pressure pulse generator according to the invention with the configuration of FIG 10A , The pressure pulse generator is in the open position. The arrows indicate the direction of fluid flow. The rotor 43 is shown in its entirety, since it is only shown by a first section in the previous figures 43.1 which is closest to the stator 40 has been shown schematically. This first section 43.1 communicates with a second section 43.2 in the form of a funnel to discharge the fluid flow leaving the rotor. The first paragraph 43.1 is made of a particularly strong material because it absorbs the main load of the debris contained in the fluid. The drive motor (not shown) of the rotor would be arranged downstream of the rotor here.
[0075] Die 11A, 11B und 11C zeigen eine weitere vorgeschlageneForm fürdie Öffnungen 51, 54 einesStators 50 bzw. eines Rotors 53. Jede dieser Abbildungenzeigt den Rotor in einer anderen Drehposition in Bezug auf den Stator. 11A zeigt den Rotor mitdem Stator ausgerichtet bei einer Drehung von null Grad bzw. inder "offenen" Stellung. 11B zeigt den Rotor in einerZwischenstellung in Bezug auf den Stator bei einer Drehung von 30Grad. 11C zeigt dennicht mit dem Stator ausgerichteten Rotor bei einer Drehung von60 Grad bzw. in der "geschlossenen" Stellung.The 11A . 11B and 11C show another proposed shape for the openings 51 . 54 a stator 50 or a rotor 53 , Each of these figures shows the rotor in a different rotational position with respect to the stator. 11A shows the rotor aligned with the stator at zero degree rotation or in the "open" position. 11B shows the rotor in an intermediate position with respect to the stator at a rotation of 30 degrees. 11C shows the rotor not aligned with the stator at a rotation of 60 degrees or in the "closed" position.
[0076] Die Statoröffnung 51 weist vorzugsweise einekreisförmigemittlere Öffnung 52 unddrei Keulen 56, 57, 58 auf, die mit dermittleren Öffnung 52 kommunizieren.Die Rotoröffnung 54 weistvorzugsweise eine kreisförmigemittlere Öffnung 55 unddrei Keulen 66, 67, 68 auf, die mit dermittleren Öffnung 55 kommunizieren.Die Keulen sind vorzugsweise gleich beabstandet, konisch etwas erweitertund gerundet. Obwohl drei konisch erweiterte Keulen gezeigt sind, kanneine andere Anzahl oder Form verwendet werden.The stator opening 51 preferably has a circular central opening 52 and three clubs 56 . 57 . 58 on that with the middle opening 52 communicate. The rotor opening 54 preferably has a circular central opening 55 and three clubs 66 . 67 . 68 on that with the middle opening 55 communicate. The clubs are preferably equally spaced, slightly tapered and rounded. Although three conically extended lobes are shown, a different number or shape can be used.
[0077] D zeigtdie Form der durch den Druckimpulsgenerator der 11A, 11B und 11C erzeugten Druckimpulse.Die Punkte H, I und J kennzeichnen den Druckabfall, der der in den 11A, 11B bzw. 11C gezeigtenStellung des Rotors entspricht. D shows the shape of the by the pressure pulse generator 11A . 11B and 11C generated pressure pulses. The points H, I and J indicate the pressure drop that the in the 11A . 11B respectively. 11C shown position of the rotor corresponds.
[0078] In den 8B, 9B, 10B und 11D sindverschiedene Druckimpulskurven gezeigt, die dem Fluidstrom in verschiedenenRotor/Stator-Konfigurationen entsprechen. Die 8B, 10B und 11D zeigen sinusförmige Wellen,die durch Drehung des Rotors mit konstanter Geschwindigkeit erzeugtworden sind. 9B istebenfalls aus einer Drehung mit konstanter Geschwindigkeit entstanden,stellt jedoch eine nicht sinusförmigeWelle dar, die auf der Geometrie der Rotor/Stator- Konfiguration basiert.Jedoch könntedurch Variieren der Geschwindigkeit der Rotor/Stator-Konfigurationvon 9A während jederPeriode auch eine sinusförmigeWelle erzeugt werden. Die Veränderungvon Geschwindigkeiten und Geometrien kann so gehandhabt werden,dass die gewünschteWelle erzeugt wird. Außerdemkann der Abstand zwischen dem Rotor und dem Stator eingestellt werden,um so Veränderungender Druckimpulsamplitude hervorzurufen. Je näher sich der Rotor am Stator befindet,desto höherist die Druckimpulsamplitude.In the 8B . 9B . 10B and 11D Various pressure pulse curves are shown that correspond to the fluid flow in different rotor / stator configurations. The 8B . 10B and 11D show sinusoidal waves generated by rotating the rotor at constant speed. 9B is also the result of a constant speed rotation, but is a non-sinusoidal wave based on the geometry of the rotor / stator configuration. However, by varying the speed of the rotor / stator configuration from 9A a sinusoidal wave is also generated during each period. The change in speeds and geometries can be managed in such a way that the desired shaft is generated. In addition, the distance between the rotor and the stator can be adjusted so as to cause changes in the pressure pulse amplitude. The closer the rotor is to the stator, the higher the pressure pulse amplitude.
[0079] 11E zeigteinen Druckimpulsgenerator, der in Verbindung mit der in den 11A, 11B und 11C gezeigtenRotor/Stator-Konfiguration verwendbar ist. 11E ist eine Querschnittsansicht desin einem Bohrlochwerkzeug wie etwa der Bohrvorrichtung von 1 angeordneten Generator.Der Generator umfasst einen Stator 50 mit einer Öffnung 51 undeinen in der Nähedes Stators 50 angeordneten Rotor 53. Die Pfeilezeigen die Richtung des Fluidflusses durch den Stator 50 undden Rotor 54 an. Eine Rotorwelle 55 ist mit demRotor wirksam verbunden und wird durch den Generator rotatorischangetrieben, wie durch den gekrümmtenPfeil angedeutet ist. Mit dem Rotor 53 und der Antriebswelle 55 ist eineTurbine 65 verbunden. 11E shows a pressure pulse generator, which in connection with the in the 11A . 11B and 11C rotor / stator configuration shown can be used. 11E FIG. 10 is a cross-sectional view of the in a downhole tool such as the drilling device of FIG 1 arranged generator. The generator includes a stator 50 with an opening 51 and one near the stator 50 arranged rotor 53 , The arrows show the direction of fluid flow through the stator 50 and the rotor 54 on. A rotor shaft 55 is effectively connected to the rotor and is driven in rotation by the generator, as indicated by the curved arrow. With the rotor 53 and the drive shaft 55 is a turbine 65 connected.
[0080] 11F isteine dreidimensionale Ansicht eines Rotors 53 und einerTurbine 65, die Teil des Generators von 11E sind. Der Rotor 53 umfassteinen ersten Abschnitt 53.1 und einen zweiten Abschnitt 53.2.Der Rotor 53 weist wie der Rotor, der in den 11A, 11B und 11C vollständiger gezeigtist, eine Öffnung 54,Keulen 66, 67, 68 und einen mittlerenAbschnitt 55 auf. 11F is a three dimensional view of a rotor 53 and a turbine 65 that are part of the generator of 11E are. The rotor 53 includes a first section 53.1 and a second section 53.2 , The rotor 53 points like the rotor in the 11A . 11B and 11C more fully shown is an opening 54 , Clubs 66 . 67 . 68 and a middle section 55 on.
[0081] Nochmals zu 11F, durch das Bohrlochwerkzeug und durchdie Öffnungdes Stators und des Rotors hindurch strömt Fluid in den Generator,wie durch den Pfeil angedeutet ist. Das Fluid strömt durchden Rotor 53 und tritt durch drei Öffnungen 69 im zweitenAbschnitt 53.2 des Generators aus. Das Fluid, das die Öffnungen 69 imRotor verlässt,strömt über eineoder mehrere Schaufeln 80, 81, 82 derTurbine 65. Die Kraft des Fluids, die gegen die Schaufeln drückt, drehtdie Turbine 65. Die Drehkraft der Schaufel kann dann verwendetwerden, um Energie wie etwa mechanische Rotationsenergie für den Rotor bereitzustellen.Again, too 11F , through the downhole tool and through the opening of the stator and Fluid flows through the rotor into the generator, as indicated by the arrow. The fluid flows through the rotor 53 and enters through three openings 69 in the second section 53.2 of the generator. The fluid that the openings 69 leaves in the rotor, flows over one or more blades 80 . 81 . 82 the turbine 65 , The force of the fluid that presses against the blades rotates the turbine 65 , The rotational force of the blade can then be used to provide energy such as mechanical rotational energy to the rotor.
[0082] Die Schaufeln der Turbine sind vorzugsweiseso beschaffen, dass sie sich der Kraft des Fluids unterwerfen, wennes durch das Bohrlochwerkzeug strömt, und eine maximale Energieerzeugen. Wie in 11F gezeigtist, sind die Schaufeln gebogen, um den Oberflächenkontakt mit dem aus den Öffnungen 69 austretendenFluid zu verstärken.Jedoch können selbstverständlich eineoder mehrere Schaufeln gerade oder winkelig sein oder andere Geometrienbesitzen, die gegenüberdem Fluidstrom geeignet sind. Außerdem kann die Austrittsöffnung 66 angeschrägt, geformt,strukturiert oder anderweitig abgeglichen sein, um den Strom indie gewünschtRichtung in Bezug auf die Schaufeln zu lenken. Der Abstand zwischenden Öffnungen 69 undden Schaufeln und/oder der Abstand zwischen dem Rotor und dem Statorkönnenebenfalls eingestellt werden, um die Kraft des Fluids auf die Schaufelzu verstärken und/oderzu verringern. In dieser Weise kann der Fluidstrom so optimiertwerden, dass die durch die Turbine erzeugte Energie angepasst wird.The blades of the turbine are preferably designed to submit to the force of the fluid as it flows through the downhole tool and to generate maximum energy. As in 11F is shown, the blades are curved to provide surface contact with that from the openings 69 to increase emerging fluid. However, one or more blades may of course be straight, angled, or have other geometries that are appropriate to the fluid flow. In addition, the outlet opening 66 beveled, shaped, structured, or otherwise balanced to direct the flow in the desired direction with respect to the blades. The distance between the openings 69 and the blades and / or the distance between the rotor and the stator can also be adjusted to increase and / or decrease the force of the fluid on the blade. In this way, the fluid flow can be optimized so that the energy generated by the turbine is adapted.
[0083] Die Turbine 65 der 11E und 11F ist vorzugsweise flussabwärts vomRotor 53 dargestellt. Die Turbine kann an verschiedenenStellen längsdes Rotors und in Richtung des Fluidstroms durch den Generator angeordnetsein. Außerdemkann der Generator in Bezug auf den Fluidstrom umgedreht und aneiner "rückwärtigen" Stelle in dem Bohrlochwerkzeugangeordnet sein, wenn die Schaufelneigung ebenfalls umgekehrt ist.Die Rotorwelle kann vom Stator aus nach oben oder nach unten weisen.The turbine 65 the 11E and 11F is preferably downstream of the rotor 53 shown. The turbine may be located at various locations along the rotor and in the direction of fluid flow through the generator. In addition, the generator can be flipped with respect to the fluid flow and located at a "rear" location in the downhole tool when the blade pitch is also reversed. The rotor shaft can point upwards or downwards from the stator.
[0084] Zurück zu 1, es sei angenommen, dass das Bezugszeichen 13 einWerkzeug zum Erstellen von Bohrberichten während des Bohrvorgangs bezeichnetund den Druckimpulsgenerator 9 gemäß der Erfindung enthält. Es könnte natürlich auchangenommen werden, dass das Bezugszeichen 13 ein Werkzeugzum Messen währenddes Bohrvorgangs angibt.Back to 1 , it is assumed that the reference symbol 13 called a tool for generating drilling reports during the drilling process and the pressure pulse generator 9 contains according to the invention. It could of course also be assumed that the reference symbol 13 specifies a tool to measure during drilling.
[0085] Nochmals mit Bezug auf 1, die Erfindung betrifftaußerdemein Telemetriesystem, das das Telemetriemodul 12 mit demDruckimpulsgenerator 9 gemäß der Erfindung, die Drucksensoren 10 ander Oberflächeund die Verarbeitungsvorrichtung 11 umfasst.Again with reference to 1 , The invention also relates to a telemetry system that the telemetry module 12 with the pressure pulse generator 9 according to the invention, the pressure sensors 10 on the surface and the processing device 11 includes.
[0086] Der Rotor und/oder der Stator könnten mehrere Öffnungenaufweisen, wobei die Stator- und die Rotoröffnungen verschieden sein könnten, wobeidie gezeigten Formen natürlichnicht die einzig möglichenFormen sind.The rotor and / or the stator could have multiple openingshave, wherein the stator and the rotor openings could be different, whereinthe shapes shown, of coursenot the only possibleShapes are.

权利要求:
Claims (27)
[1]
Druckimpulsgenerator (9) mit einemStator (40) mit einer Statoröffnung (41), die für den Durchgangeines Fluidstroms (1) vorgesehen ist, und einem Rotor(43), der so beschaffen ist, dass er sich gegenüber demStator (40) dreht, um wahlweise zuzulassen, dass der Fluidstrom(1), der aus der Statoröffnung(41; 51) austritt, hindurchgeht, dadurchgekennzeichnet, dass der Rotor (43) mit einer Rotoröffnung (44)versehen ist, wobei die Öffnungen(41, 44) eine Kommunikationsfläche (48) für den Durchgangdes Fluidstroms (1) definieren.Pressure pulse generator ( 9 ) with a stator ( 40 ) with a stator opening ( 41 ) necessary for the passage of a fluid flow ( 1 ) is provided, and a rotor ( 43 ), which is designed so that it faces the stator ( 40 ) rotates to selectively allow the fluid flow ( 1 ) coming out of the stator opening ( 41 ; 51 ) emerges, passes through, characterized in that the rotor ( 43 ) with a rotor opening ( 44 ) is provided, the openings ( 41 . 44 ) a communication area ( 48 ) for the passage of the fluid flow ( 1 ) define.
[2]
Druckimpulsgenerator (9) nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, dass die Kommunikationsfläche (48) in Abhängigkeitvon der Stellung des Rotors (43) in Bezug auf den Stator(40) zwischen einer minimalen Fläche und einer maximalen Fläche variiert.Pressure pulse generator ( 9 ) according to claim 1, characterized in that the communication surface ( 48 ) depending on the position of the rotor ( 43 ) in relation to the stator ( 40 ) varies between a minimum area and a maximum area.
[3]
Druckimpulsgenerator (9) nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, dass sich die Kommunikationsfläche (48) im Wesentlichensinusförmigverändert.4. Druckimpulsgenerator (9) nach einem der Ansprüche 1 bis3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsfläche (48)einen Abschnitt enthält, dersich unabhängigvon der Stellung des Rotors (43) in Bezug auf den Stator(40) in einem Mittelbereich des Stators und des Rotorsbefindet.Pressure pulse generator ( 9 ) according to claim 2, characterized in that the communication surface ( 48 ) changed essentially sinusoidally. 4. Pressure pulse generator ( 9 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the communication surface ( 48 ) contains a section that is independent of the position of the rotor ( 43 ) in relation to the stator ( 40 ) is located in a central area of the stator and the rotor.
[4]
Druckimpulsgenerator (9) nach einem derAnsprüche1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Statoröffnung (41) einenmittleren Abschnitt (42), der sich in einem Mittelbereichdes Stators befindet, und wenigstens eine Keule (46), diernit dem mittleren Abschnitt (42) kommuniziert, umfasst.Pressure pulse generator ( 9 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the stator opening ( 41 ) a middle section ( 42 ), which is located in a central region of the stator, and at least one lobe ( 46 ) with the middle section ( 42 ) communicates, includes.
[5]
Druckimpulsgenerator (9) nach einem derAnsprüche1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoröffnung (44) einenmittleren Abschnitt (45), der sich in einem Mittelbereichdes Rotors befindet, und wenigstens eine Keule (47), diemit dem mittleren Abschnitt (45) kommuniziert, umfasst.Pressure pulse generator ( 9 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rotor opening ( 44 ) a middle section ( 45 ), which is located in a central region of the rotor, and at least one lobe ( 47 ) with the middle section ( 45 ) communicates, includes.
[6]
Druckimpulsgenerator (9) nach Anspruch 5 oder6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der mittleren Abschnitte(42, 45) kreisförmig ist.Pressure pulse generator ( 9 ) according to claim 5 or 6, characterized in that at least one of the central sections ( 42 . 45 ) is circular.
[7]
Druckimpulsgenerator (9) nach Anspruch 5 oder6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Keulen (46, 47)Teil eines Kreisausschnitts ist.Pressure pulse generator ( 9 ) according to claim 5 or 6, characterized in that at least one of the clubs ( 46 . 47 ) Is part of a segment of a circle.
[8]
Druckimpulsgenerator (9) nach Anspruch 5 oder6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Keulen (46, 47)Teil eines Trapezes ist. 10. Druckimpulsgenerator (9) nacheinem der Ansprüche 5bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Keulen (46, 47)wenigstens einer der Öffnungen (41, 44)zur Bestimmung einer Periode der Druckimpulse beiträgt.Pressure pulse generator ( 9 ) according to claim 5 or 6, characterized in that at least one of the clubs ( 46 . 47 ) Is part of a trapezoid. 10th Pressure pulse generator ( 9 ) according to one of claims 5 to 9, characterized in that the number of clubs ( 46 . 47 ) at least one of the openings ( 41 . 44 ) contributes to the determination of a period of the pressure pulses.
[9]
Druckimpulsgenerator (9) nach einem derAnsprüche1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Öffnungen(41, 44) rechteckig ist.Pressure pulse generator ( 9 ) according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least one of the openings ( 41 . 44 ) is rectangular.
[10]
Druckimpulsgenerator (9) nach Anspruch11, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechteck zentriert ist.Pressure pulse generator ( 9 ) according to claim 11, characterized in that the rectangle is centered.
[11]
Druckimpulsgenerator (9) nach Anspruch12, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckimpulse sinusförmig sind,wenn sich der Rotor (43) mit konstanter Geschwindigkeitdreht.Pressure pulse generator ( 9 ) according to claim 12, characterized in that the pressure pulses are sinusoidal when the rotor ( 43 ) rotates at a constant speed.
[12]
Druckimpulsgenerator (9) nach einem der Ansprüche 1 bis10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Öffnungen(41, 44) die Form eines Kreuzes besitzt.Pressure pulse generator ( 9 ) according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least one of the openings ( 41 . 44 ) has the shape of a cross.
[13]
Druckimpulsgenerator (9) nach einem der Ansprüche 2 bis14, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Kommunikationsfläche (48)einen Druckimpuls mit einer Amplitude definiert, die durch die Differenzzwischen der maximalen Flächeund der minimalen Flächebestimmt ist.Pressure pulse generator ( 9 ) according to one of claims 2 to 14, characterized in that the change in the communication surface ( 48 ) defines a pressure pulse with an amplitude that is determined by the difference between the maximum area and the minimum area.
[14]
Druckimpulsgenerator (9) nach einem der Ansprüche 4 bis15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (43) bei derDrehung eine Kraft auf das im Fluid (1) enthaltene Geröll (49)ausübt,die das Geröll (49)in Richtung der Kommunikationsfläche(48) schiebt.Pressure pulse generator ( 9 ) according to one of claims 4 to 15, characterized in that the rotor ( 43 ) when rotating a force on the in the fluid ( 1 ) contained scree ( 49 ) who exerts the rubble ( 49 ) towards the communication area ( 48 ) pushes.
[15]
Druckimpulsgenerator (9) nach einem dervorangehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass er für die Verwendung in einem Werkzeug(13) zum Erstellen von Bohrberichten während des Bohrvorgangs, einemWerkzeug (13) zum Messen während des Bohrvorgangs, einemTelemetriesystem (12) und einer Kombination daraus geeignetist.Pressure pulse generator ( 9 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it is for use in a tool ( 13 ) to create drilling reports during the drilling process, a tool ( 13 ) for measuring during the drilling process, a telemetry system ( 12 ) and a combination of them is suitable.
[16]
Druckimpulsgenerator (9) nach Anspruch2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckimpulse nicht sinusförmig sind,wenn sich der Rotor (43) mit konstanter Geschwindigkeitdreht.Pressure pulse generator ( 9 ) according to claim 2, characterized in that the pressure pulses are not sinusoidal when the rotor ( 43 ) rotates at a constant speed.
[17]
Druckimpulsgenerator (9) nach Anspruch18, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (41, 44) nichtoptimiert ist.Pressure pulse generator ( 9 ) according to claim 18, characterized in that the opening ( 41 . 44 ) is not optimized.
[18]
Druckimpulsgenerator (9) nach Anspruch19, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit während jederPeriode der Umdrehung variiert wird.Pressure pulse generator ( 9 ) according to claim 19, characterized in that the speed is varied during each period of the rotation.
[19]
Druckimpulsgenerator (9) nach einem der Ansprüche 1 bis20, dadurch gekennzeichnet, dass die Statoröffnung (41; 51)mehrere Statorkeulen (46; 56, 57, 58)definiert und die Rotoröffnung(44; 54) mehrere Rotorkeulen (47; 66, 67, 68)mit Abmessungen, die den Statorkeulen (46; 56, 57, 58)entsprechen, definiert, wobei sich der Rotor (43; 53)in Bezug auf den Stator (40; 50) so drehen kann,dass das Fluid (1) wahlweise hindurchgeht.Pressure pulse generator ( 9 ) according to one of claims 1 to 20, characterized in that the stator opening ( 41 ; 51 ) several stator lobes ( 46 ; 56 . 57 . 58 ) and the rotor opening ( 44 ; 54 ) several rotor lobes ( 47 ; 66 . 67 . 68 ) with dimensions that correspond to the stator columns ( 46 ; 56 . 57 . 58 ), where the rotor ( 43 ; 53 ) in relation to the stator ( 40 ; 50 ) can rotate so that the fluid ( 1 ) optionally goes through.
[20]
Druckimpulsgenerator (9) nach einem dervorangehenden Ansprüche,gekennzeichnet durch eine Turbine (65), die mit dem Rotor(53) wirksam verbunden ist, wobei die Turbine (65)Schaufeln (80, 81, 82) aufweist, diesich als Reaktion auf die Strömungdes Fluids (1) entweder durch die Statoröffnung (51), durchdie Rotoröffnung(54) oder durch Kombinationen daraus drehen.Pressure pulse generator ( 9 ) according to one of the preceding claims, characterized by a turbine ( 65 ) with the rotor ( 53 ) is effectively connected, the turbine ( 65 ) Shovels ( 80 . 81 . 82 ), which is in response to the flow of the fluid ( 1 ) either through the stator opening ( 51 ), through the rotor opening ( 54 ) or by combinations of them.
[21]
Druckimpulsgenerator (9) nach Anspruch22, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (65) über eineAntriebswelle (55) mit dem Rotor (53) verbundenist.Pressure pulse generator ( 9 ) according to claim 22, characterized in that the turbine ( 65 ) via a drive shaft ( 55 ) with the rotor ( 53 ) connected is.
[22]
Druckimpulsgenerator (9) nach Anspruch22 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (65)flussabwärtsvom Rotor (53) angeordnet ist.Pressure pulse generator ( 9 ) according to claim 22 to 23, characterized in that the turbine ( 65 ) downstream of the rotor ( 53 ) is arranged.
[23]
Druckimpulsgenerator (9) nach einem der Ansprüche 22 bis24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (80, 81, 82)gebogen sind.Pressure pulse generator ( 9 ) according to one of claims 22 to 24, characterized in that the blades ( 80 . 81 . 82 ) are bent.
[24]
Druckimpulsgenerator (9) nach einem der Ansprüche 22 bis25, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (43; 53)mehrere Austrittsöffnungen(69) aufweist, die mit der Rotoröffnung (54) in Fluidverbindungstehen, wobei jedes Blatt auf eine entsprechende Öffnung (69)ausgerichtet ist.Pressure pulse generator ( 9 ) according to one of claims 22 to 25, characterized in that the rotor ( 43 ; 53 ) several outlet openings ( 69 ) with the rotor opening ( 54 ) are in fluid communication with each sheet on a corresponding opening ( 69 ) is aligned.
[25]
Druckimpulsgenerator (9) nach Anspruch26, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (65) durch denFluidstrom (1) aus der Rotoröffnung (54, 69)und überdie Schaufeln (80, 81, 82) rotatorischangetrieben wird, wodurch Energie für das Bohrlochwerkzeug (13)geliefert wird.Pressure pulse generator ( 9 ) according to claim 26, characterized in that the turbine ( 65 ) through the fluid flow ( 1 ) from the rotor opening ( 54 . 69 ) and over the blades ( 80 . 81 . 82 ) is rotationally driven, which generates energy for the downhole tool ( 13 ) is delivered.
[26]
Verfahren zum Erzeugen von Energie in einem Bohrlochwerkzeug(13) mit einem wahlweisen Hindurchleiten eines Fluids(1) durch eine Öffnungeines Stators (50) und eine entsprechende Öffnung einesRotors (53) in dem Bohrlochwerkzeug (13), und Erzeugenvon Rotationsenergie durch Leiten des Fluids (1) von den Öffnungen(69) überwenigstens eine Turbinenschaufel (80, 81, 82)einer mit dem Rotor (53) wirksam verbundenen Turbine (65).Method of generating energy in a downhole tool ( 13 ) with an optional passage of a fluid ( 1 ) through an opening of a stator ( 50 ) and a corresponding opening of a rotor ( 53 ) in the downhole tool ( 13 ), and generating rotational energy by directing the fluid ( 1 ) from the openings ( 69 ) via at least one turbine blade ( 80 . 81 . 82 ) one with the rotor ( 53 ) effectively connected turbine ( 65 ).
[27]
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet,dass das Fluid (1), das die Rotoröffnung (54) verlässt, inmehrere Strömeaufgeteilt wird.A method according to claim 28, characterized in that the fluid ( 1 ) that the rotor opening ( 54 ), is divided into several streams.

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2007-12-13| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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