FR2554866A1 - Measuring instrument intended to be used in a borehole and working during the drilling operation - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne, d'une manière générale, des mesures pratiquées en cours de forage d' un trou de soidage dans le sol et elle concerne plus particulièrement des systèmes, des appareils et des procédés dais lvsquels ozi utilise des ondes de choc hydrauliques dans la colonne de boue de forage afin de transmettre, à la surface du sol, des signaux représentant un ou plusieurs paramètres du fond du trou. L'invention concerne également des systèmes et des procédés en vue de détecter ces si- gnaux en présence de bruits parasites. The present invention generally relates to measurements made during the drilling of a groundhole in the ground and more particularly to systems, apparatuses and methods for which hydraulic shock waves are used in the drilling mud column for transmitting, on the ground surface, signals representing one or more parameters of the bottom of the hole. The invention also relates to systems and methods for detecting such signals in the presence of spurious noises.
La présente invention concerne des systèmes en vue de transmettre, à la surface du sol, des données du fond du trou d'un puits au cours du forage de ce dernier. The present invention relates to systems for transmitting, at the ground surface, data from the bottom of a well's borehole during the drilling of the well.
Depuis longtemps, il a été admis, dans l'industrie pétrolière, que l'obtention de données relatives au fond d'un trou au cours du forage d'un puits pourrait fournir des informations intéressan tts à l'opérateur chargé du forage. Des informations telles que le poids réel exercé sur le trépan, l'inclinaison et la portée du trou de sondage, la fact de l'outil, la pression du fluide de meme que la température régnant au fond du trou et la radioactivité des substances qui entourent ou que rencontre le trépan, stylaient toutes exprimées par des quantités intéressantes pour l'opérateur chargé du forage.Un ccrtain nombre de propositions ont été émises daiis la techlliquc antérieure en vue de mesurez Ces quantités en cours de forage, pour les transmettre ensuite à la surface du sol. Dans la techni que antérieure, différents systèmes de transmission ont été proposés à cet effet. A cet égard, on se référera, par exemple, aux brevets des Etats-Unis d'Amérique n 2.787.795 accordé au nom de J.J. Arps, 2.887.298 accordé au nom de H.D. Hampton, 4.078.620 accordé aux noms de J.Ii. Westlake et al., 4.001.773 accordé aux noms de A.E. Lamel et al., 3.964.556 accordé aux noms de Marvin Gearhart et al., 3.983.948 accoudé au nom de J.D.Jeter et 3.791.043 accordé au nom de M.K. Russell. Tous les brevets énumérés cidessus sont mentionnés ici à titre de référence. It has long been recognized in the oil industry that obtaining bottom hole data while drilling a well could provide information of interest to the drilling operator. Information such as the actual weight on the bit, the inclination and range of the borehole, the tool's fact, the pressure of the fluid and the temperature at the bottom of the hole and the radioactivity of the substances around or met the drill, all of which were expressed in quantities of interest to the drilling operator. A number of proposals have been issued in the past to measure these quantities during drilling, for subsequent transmission to the drilling operator. the soil surface. In the prior art, different transmission systems have been proposed for this purpose. In this regard reference may be made, for example, to U.S. Patent Nos. 2,787,795 granted to JJ Arps, 2,887,298 granted to HD Hampton, 4,078,620 to J. ii. Westlake et al., 4.001.773 granted to the names of AE Lamel et al., 3.964.556 granted to the names of Marvin Gearhart et al., 3.983.948 leaning on behalf of JDJeter and 3.791.043 granted on behalf of MK Russell . All patents listed above are mentioned here for reference.
Du point de vue pratique, la plus prometteuse de ces propositions antérieures est probablement celle consistant à émettre des signaux par des impulsions de pression dans le fluide de forage. From a practical point of view, the most promising of these earlier proposals is probably that of emitting signals by pressure pulses in the drilling fluid.
Différents procédés ont été suggérés dans la technique anterieure en vue de produire ces pulsations de boue soit par un étranglement contrôlé du circuit de boue au moyen d'un clapet réducteur de débit judicieusement installé dans le courant principal de boue, soit au moyen d'un clapet de dérivation intercalé entre l'intérieur du train de tiges de forage (côté haute pression) et l'espace annulaire entourant ce train de tiges (côté basse pression).Various methods have been suggested in the prior art for producing these sludge pulsations either by controlled slugging of the sludge circuit by means of a flow restrictor valve suitably installed in the sludge main stream, or by means of a sludge valve. bypass valve interposed between the inside of the drill string (high pressure side) and the annular space surrounding this drill string (low pressure side).
Dans la technique antérieure, il a été suggéré de produire ces impulsions de pression de boue au moyen de clapets ayant pour but de réduire le flux de boue à l'intérieur du train de tiges ou de dériver une certaine partie de ce flux vers la zorit de basse pression située dans ltespace annulaire entourant le train de tiges.Ces clapets fonctionnent nécessairement lentement car, lorsqu'ils sont utilisés à l'intérieur du train de tiges, ils doivent contrôler des volwnes très im portants de boue et, lorsqu'ils sont utilisés pour contrôler une dérivation, en raison des différences de pression très élevées, ces clapets sont également actionnés lentement par un moteur. Par exemple en réponse à une mesure pratiquée en dessous de la surtace du sol, un clapet à moteur de ce type in tercalé entre l'intérieur du train de tiges et l'espace annulaire a pour effet de produire des réductions et des élévations leiites de la pression de la boue.Ces réductions et élévations de pression sont ensuite détectées à la surface du sol. In the prior art, it has been suggested to produce these mud pressure pulses by means of valves intended to reduce the flow of sludge within the drill string or to divert a certain portion of this flow to the zorite. low pressure in the annular space surrounding the drill string. These valves necessarily work slowly because, when they are used inside the drill string, they must control very large volumes of mud and, when they are used to control a bypass, because of the very high pressure differences, these valves are also operated slowly by a motor. For example, in response to a measurement below the soil surface, a motor valve of this type interposed between the inside of the drill string and the annular space has the effect of producing reductions and elevations of mud pressure. These reductions and pressure increases are then detected on the soil surface.
Afin de mieux comprendre le fonction nement drun clapet à moteur agissant lentement du type suggéré selon la technique antérieure, on se référera à la figure 1A qui montre l'ouverture et la fermeture d'un clapet de ce type en fonction du temps. En se référant plus spécifiquement à cette figure 1A, le temps, t, est porté en abscisse, tandis que le degré d'ouverture du clapet, R, est porté en ordonnée.
In order to better understand the operation of a slow acting motor valve of the type suggested by the prior art, reference is made to FIG. 1A which shows the opening and closing of a valve of this type as a function of time. Referring more specifically to this FIG. 1A, the time, t, is plotted on the abscissa, while the degree of opening of the flap, R, is plotted on the ordinate.
où S0 indique la surface totale de l'ouverture et
S(t) indique la surface qui est ouverte au moment t au cours du processus d'ouverture ou de fermeture du clapet. Dès lors, lorsque R = 0, le clapet est fermé et lorsque R = 1, le clapet est complètement ouvert. Les moments intervenant dans le fonction moment du clapet sont les suivants
@(v) = 0A1 est le moment auquel le clapet com
mence à s'ouvrir ;
tb(v) = OB1 est le moment auquel le clapet est
complètement ouvert ; (v)
tc(@) = OC1 est le moment auquel le clapet
commence à se fermer ;
td(v) = OD1 est le moment auquel le clapet est
complètement ferme.where S0 indicates the total area of the opening and
S (t) indicates the area that is open at time t during the opening or closing process of the flap. Therefore, when R = 0, the valve is closed and when R = 1, the valve is fully open. The moments intervening in the moment function of the valve are the following
@ (v) = 0A1 is the moment at which the check valve com
start to open;
tb (v) = OB1 is the moment at which the flap is
completely open; (V)
tc (@) = OC1 is the moment at which the flap
begins to close;
td (v) = OD1 is the moment at which the flap is
completely firm.
Laps de temps
Time lapse
T vvJ sera appelé "temps d'ouverture ou de fer
a meture du clapet". Laps de temps
T(v) sella appelé "temps de débit ouvert". Dès lors,
b la période totale dc fonctionnement du clapet est
T vvJ will be called "opening time or iron
on the flap "Time lapse
T (v) sella called "open flow time". Since then,
b the total operating period of the flap is
Dans les essais décrits ci-dessus, on avait Ta(v) = 1 seconde, Tb(v) = 2 secondes et, par conséquent, le temps total de fonctionnement du clapet était T(v) = 4 secondes. Ces ouvertures et fermetures relativement lentes du clapet donnaient lieu à des réductions et des élévations d'une lenteur correspondante dans la pression de la boue à la surface du sol (voir figure 1B). In the tests described above, we had Ta (v) = 1 second, Tb (v) = 2 seconds and, therefore, the total operating time of the valve was T (v) = 4 seconds. These relatively slow openings and closures of the valve gave rise to corresponding slowness reductions and elevations in mud pressure at the soil surface (see Fig. 1B).
On peut constater que la pression de la boue diminuait de sa valeur normale qui était, par exemple, de 70 kg/cm2 (lorsque le clapet était fermé), à sa valeur minimale de 52,5 kg/cm2 (lorsque le clapet était ouvert). Les moments intervenant dans les variations de pression ainsi observées étaient les suivants
t(5a) = 0E1 est le moment auquel la pression de
la boue commence à diminuer à partir de
sa valeur normale de 70 kg/cm2 ;
t(b) = OF1 est le moment auquel la pression de
la boue atteint sa valeur minimale à
52,5 kg/cm2, valeur à laquelle elle est
maintenue jusqu'au moment tîc = 0G1 ;
t1c(s) = 0G1 est le moment auquel la pression de
la boue commence à s'élever ;
t1d(s) = OH1 est le moment auquel la pression de
la boue atteint sa valeur normale de
70 kg/cm2.It can be seen that the sludge pressure decreased from its normal value which was, for example, 70 kg / cm 2 (when the valve was closed) to its minimum value of 52.5 kg / cm 2 (when the valve was open ). The moments occurring in the pressure variations thus observed were as follows
t (5a) = 0E1 is the moment at which the pressure of
the mud begins to decrease from
its normal value of 70 kg / cm2;
t (b) = OF1 is the moment at which the pressure of
the mud reaches its minimum value at
52.5 kg / cm2, which value it is
maintained until the moment tcc = 0G1;
t1c (s) = 0G1 is the moment at which the pressure of
the mud begins to rise;
t1d (s) = OH1 is the moment at which the pressure of
the mud reaches its normal value of
70 kg / cm2.
Dès lors, la pression diminuait au cours du laps de temps
puis elle restait constante au cours du laps de temps
et ensuite, elle s'élevait de sa valeur réduite à sa valeur normale au cours du laps de temps
As a result, the pressure decreased during the lapse of time
then she stayed constant over the lapse of time
and then it rose from its value reduced to its normal value over the lapse of time
Dès lors, le laps de temps total au cours duquel la bou@ s'écou- lait à travers le clapet de dérivation suite à un seul fon@tionnement du clapet principal. était ::
Therefore, the total time in which the bubble was flowing through the bypass valve as a result of a single operation of the main valve. was ::
En figure 1A, on a désigné des quan
In FIG. 1A, we have designated
<tb> titis <SEP> par <SEP> exemple, <SEP> t(v) <SEP> - <SEP> tir), <SEP> (v) <SEP> (v) <SEP> t(vj <SEP> (v)
<tb> a <SEP> et <SEP> "b <SEP> avec <SEP> l'exposant <SEP> "v" <SEP> pour <SEP> indiquer
<tb> <SEP> b <SEP> t
<tb> que ces quantités concernent le fonctionnement du clapet situé en dessous de la surface du sol.
<tb> titis <SEP> by <SEP> example, <SEP> t (v) <SEP> - <SEP> shot, <SEP> (v) <SEP> (v) <SEP> t (vj <SEP > (v)
<tb> a <SEP> and <SEP>"b<SEP> with <SEP> the exponent <SEP>" v "<SEP> for <SEP> specify
<tb><SEP> b <SEP> t
<tb> these quantities concern the operation of the valve located below the surface of the ground.
<tb><Tb>
<SEP> t5
<tb> D'autre <SEP> part, <SEP> eli <SEP> figure <SEP> 1D, <SEP> les <SEP> quantités <SEP> t(S),
<tb> (s) <SEP> {,sj <SEP> T(S)J <SEP> (s) <SEP> , <SEP> (s) <SEP> et <SEP> (s)
<tb> tlb <SEP> 2 <SEP> Ic <SEP> ) <SEP> tld <SEP> ld <SEP> 1 <SEP> T3 <SEP> T25 > , <SEP> T5 > <SEP> et <SEP> T <SEP> t <SEP> sont
<tb> <SEP> 3
<tb> désignées par l'exposant "s" pour indiquer que ces quantités concernent les mesures pratiquées à la surface du sol. Cette distinction entre les quantites portant l'exposant "v" et celles portant l'exposant "s" est essentielle afin de comprendre parfaitement certaines des nouvelles caractéristi ques de la présente invention.A cet égard, il est essentiel d'établir une distinction entre la cause et l'effet ou, eii d'autres mots, entre les phénomènes se produisant au fond du trou à proximité du clapet et ceux survenant au détecteur installé en surface. <SEP> t5
<tb> Other <SEP> part, <SEP> eli <SEP> figure <SEP> 1D, <SEP> the <SEP> quantities <SEP> t (S),
<tb> (s) <SEP> {, sj <SEP> T (S)} <SEP> (s) <SEP>, <SEP> (s) <SEP> and <SEP> (s)
<tb> tlb <SEP> 2 <SEP> Ic <SEP>) <SEP> tld <SEP> ld <SEP> 1 <SEP> T3 <SEP>T25>,<SEP>T5><SEP> and <SEP> T <SEP> t <SEP> are
<tb><SEP> 3
<tb> designated by the exponent "s" to indicate that these quantities relate to measurements made on the soil surface. This distinction between the quantities carrying the exponent "v" and those carrying the exponent "s" is essential in order to fully understand some of the new features of the present invention. In this respect, it is essential to distinguish between the cause and effect or, in other words, between the phenomena occurring at the bottom of the hole near the valve and those occurring at the surface-mounted detector.
Une caractéristique essentielle du système proposé antérieurement est basée sur les relations suivantes
An essential feature of the system previously proposed is based on the following relationships
Ces relations démontrent que la période de réduction ou d'élévation de la pression à la surface du sol était la même que la période correspondante d'ouverture et de fermeture du clapet, tandis que la période au cours de laquelle la pression était pratiquement constante (à une valeur réduite) était la même que la période pendant laquelle le clapet était complètement ouvert. These relationships demonstrate that the period of reduction or increase in pressure at the soil surface was the same as the corresponding period of valve opening and closing, while the period during which the pressure was nearly constant ( at a reduced value) was the same as the period during which the valve was fully open.
En d'autres mots, la réduction < '-t et l'élévation ulté- rieure de la pression de la boue à la surface du sol étaient en correspondance exacte avec l'ouverture ct la fermeture du clapet. Dans la présente spécification, il sera stipulé que cette condition, exprimée par les relations (6), (7) et (8), est en relation avec un "régime de variations lentes de pression".
In other words, the reduction and subsequent rise in mud pressure at the soil surface corresponded exactly with the opening and closing of the valve. In the present specification, it will be stipulated that this condition, expressed by the relations (6), (7) and (8), is related to a "regime of slow variations of pressure".
Tel quil est suggéré dans la technique antérieure, le régime de variations lentes de pression n'est pas approprié pour pratiquer une télé mesure au cours d'opérations de forage, en particulier, lorsqu'on doit mesurer plusieurs paramètres au fond d'un trou. Au moment où un premier paramètre a été mesuré, codé, transmis à la surface, puis décodé, le trou de forage du puits peut s'être approfondi et le deuxième paramètre risque de ne plus être disponible pour la mesure. Des laps de temps relativement longs sont nécessaires pour convertir les données mesurées sous une forme appro priée poux la détection et l'enregistrement.Tout le processus de consignation est fastidieux et de longue haleizie-. De plus, des difficultés supplé- mezitaires résultent de différents effets parasites tels que les pulsations dues à la pompe à boue et aux bruits associés aux diverses opérations de forage. On pense qu'un clapet à moteur fonctionriant lentement tel que celui suggéré dans la tech nique antérieure n n'est pas en mesure de répondre aux conditions habituelles imposées dans l'industrie. As is suggested in the prior art, the regime of slow pressure variations is not suitable for tele-measurement during drilling operations, in particular when several parameters must be measured at the bottom of a hole. . At the moment a first parameter has been measured, coded, transmitted to the surface, and then decoded, the borehole of the well may have deepened and the second parameter may no longer be available for measurement. Relatively long periods of time are required to convert the measured data into a form suitable for detection and recording. The entire recording process is tedious and time-consuming. In addition, additional difficulties arise from various spurious effects such as the pulsations due to the sludge pump and the noises associated with the various drilling operations. It is believed that a slowly operating motor valve such as that suggested in the prior art is not able to meet the usual conditions imposed in the industry.
Certains objets de la présente invention sont réalisés en utilisant des ondes de choc hydrauliques en vue d'effectuer la télémesure d'informations de consignation en cours de forage. Ces ondes dt choc sont produites par un clapet de déri vatiozi agissant très rapidement (presque instantané ment pour toutes les applications pratiques), ce clapet était intercalé entre l'intérieur du train de tiges et l'espace annulaire entourant ce dernier. Some objects of the present invention are realized using hydraulic shock waves for telemetry of logging information while drilling. These shock waves are produced by a vatiozi valve acting very quickly (almost instantaneously for all practical applications), this valve was inserted between the inside of the string of rods and the annular space surrounding it.
Lorsque ce clapet de dérivation s'ouvre brusquement, la pression régnant au voisinage immédiat de ce clapet tombe et revient presque instantanément à sa valeur normale en émettant une nette impulsion négative tandis que, en revanche, lorsque le clapet de dérivation se ferme brusquement, une nette impulsion positive est émise. il est fait appel à l'élastici- té de la colonne de boue pour faciliter la formation et la transmission de ces ondes de choc . Ce phénomène est analogue à l'effet bien connu de coup de bélier que l'on a rencontré antérieurement dans les systèmes de transmission hydrauliques. (Voir, par exemple, Jolin Parmakian, "Water Hammer Analysis",
Prentice Hall, Inc., New York, N.Y., E.U.A. 1955 ou
V. L. Streeter et E.B.Wylie, 1,Hydraulic Transients" "McGraw-Hill Boook Co.", New York, N.Y., E.U.A).When this bypass valve opens suddenly, the pressure in the immediate vicinity of the valve falls and returns almost instantly to its normal value by emitting a sharp negative impulse while, on the other hand, when the bypass valve closes suddenly, a Positive positive impulse is emitted. The elasticity of the mud column is used to facilitate the formation and transmission of these shock waves. This phenomenon is analogous to the well-known water hammer effect that has been encountered previously in hydraulic transmission systems. (See, for example, Jolin Parmakian, "Water Hammer Analysis,"
Prentice Hall, Inc., New York, NY, USA 1955 or
VL Streeter and EBWylie, 1, Hydraulic Transients "McGraw-Hill Boook Co.," New York, NY, USA).
Des caractéristiques importantes de la présente invention, par exemple, la formation et la déteetion ondes de coc hydrauliques, sont représentées schématiquement dans les figures 2A et 2B. Le graphique de la figure 2A représente les ouvertures et les fermetures d'un clapet à action rapide produisant des ondes de choc , tandis que le glaphi(lue de la figure 2B représente les variations de pression détectées à la surface du sol et résul tant du fonctionnement du clapet comme représenté
Important features of the present invention, for example, the formation and detection of hydraulic coke waves, are shown schematically in FIGS. 2A and 2B. The graph in FIG. 2A shows the openings and closures of a quick acting valve producing shock waves, while the glaphi (seen in FIG. 2B) represents the pressure variations detected at the surface of the ground and resulting from the valve operation as shown
<tb> en <SEP> figure <SEP> 2A.<SEP> Les <SEP> symboles <SEP> tels <SEP> que <SEP> A1, <SEP> B1, <SEP> C1, <SEP> D1,
<tb> ) <SEP> (v) <SEP> tOY) <SEP> (v)
<tb> t(v) > <SEP> tgV)) <SEP> tCV) <SEP> tdV) <SEP> T(V), <SEP> T(V) <SEP> et <SEP> et <SEP> tu <SEP> de <SEP> la
<tb> figure 2A ont une signification analogue à celle des symboles correspondants de la figure 1A. Toutefois, les échelles de temps des figures 1A, 1B, 2A et 2B ont été considérablement déformées afin de facilitez la description et de rendre l'exposé plus clair.<tb> in <SEP> figure <SEP> 2A. <SEP><SEP> symbols <SEP> such <SEP> as <SEP> A1, <SEP> B1, <SEP> C1, <SEP> D1,
<tb>) <SEP> (v) <SEP> tOY) <SEP> (v)
<tb> t (v)><SEP> tgV)) <SEP> tCV) <SEP> tdV) <SEP> T (V), <SEP> T (V) <SEP> and <SEP> and <SEP> you <SEP> from <SEP> the
<tb> Figure 2A have a similar meaning to that of the corresponding symbols of Figure 1A. However, the time scales of FIGS. 1A, 1B, 2A and 2B have been considerably distorted in order to facilitate the description and to make the presentation clearer.
En examinant la figure 2A, il convient tout d'abord de noter que les temps d'ouverture et de fermeture du.clapet suivant la présente invention sont plus courts de plusieurs ordres de grandeur que les temps correspondants obtenus au moyen du clapet à moteur décrit en se référant à la figure 1A. Dans le système suggéré antérieurement (figure 1A), on avait T (v) = 1 seconde, tandis que, suivant la pré
a (v) sente invention (figure 2A), on a T a = 5 millisecondes. il en est de même en ce qui concerne le laps de temps au cours duquel un clapet reste ouvert.In examining FIG. 2A, it should firstly be noted that the opening and closing times of the shutter according to the present invention are several orders of magnitude shorter than the corresponding times obtained by means of the motor valve described. with reference to Figure 1A. In the previously suggested system (Figure 1A), we had T (v) = 1 second, whereas, according to the pre
(v) invention (Figure 2A), we have T a = 5 milliseconds. it is the same with regard to the time period during which a valve remains open.
Dans le système suggéré antérieurement (figure 1A), on avait TbV) = 2 secondes tandis que, en figure 2A, on a T(V) b millisecondes. Dès lors, pour toutes
b = 100 les applications pratiques, on peut considérer que les ouvertures et les fermetures du clapet représenté en figure 2A sont instantanées ou presque instantanées.In the previously suggested system (Figure 1A), we had TbV) = 2 seconds while in Figure 2A we have T (V) b milliseconds. Therefore, for all
b = 100 practical applications, it can be considered that the openings and closures of the valve shown in Figure 2A are instantaneous or almost instantaneous.
Des ouvertures et des fermetures rapides ou presque instantanées du clapet ont une influence importante et de longue portée sur le rendement d'un système de télémesure utilisé pour prati qucr des mesures au cours d'une opération de forage. Rapid or near-instantaneous valve openings and closures have a large and long-lasting influence on the performance of a telemetry system used to perform measurements during a drilling operation.
Les variations de pression détectées à la surface du sol conformément à la présente invention (figure 2B) n'ont absolument aucune similitude avec les variations de pression obtenues au moyen d'un clapet à action lente (figure lB). Antérieurement, on a souligné l'existence des équations (6), (7) et (8) qui montrent les relations existant entre les cas illustrés en figure 1A et ceux illustrés en figure 1B. The pressure variations detected at the ground surface according to the present invention (FIG. 2B) have absolutely no similarity to the pressure variations obtained by means of a slow-action valve (FIG. 1B). Previously, it has been pointed out that equations (6), (7) and (8) show the relationships between the cases illustrated in FIG. 1A and those illustrated in FIG. 1B.
Des relations analogues n'existent pas entre les cas illustr@s dans les figures 2A et 2B.Similar relationships do not exist between the cases illustrated in FIGS. 2A and 2B.
Coaunc représenté dais les figures 1A et 1B, l'ouverture du clapet provoquait une réduction correspondante de la pression de la boue à la surface du sol et, en revanche, la fermeture de ce clapet doriziait lieu à une élévation correspondante de la pression. Coaunc shown in Figures 1A and 1B, the opening of the valve caused a corresponding reduction in the pressure of the sludge at the surface of the soil and, in contrast, the closure of this valve doriziait occurred at a corresponding rise in pressure.
Afin de mettre la situation bien en relief, on répétera que, suivant la technique antérieure, l'ouverture du clapet produisait un seul ptlénomène, notamment une réduction de la pression, tandis que la fermeture ultérieure du clapet donnait lieu à uzi autre phénomène unique, à savoir une élévation de la pression.D'autre part, suivant la présente invention, l'ouverture rapide du clapet (comme représenté en figure 2A) donne lieu à deux phénomè ries, à savoir : une réduction rapide et une élévation ultérieure de la pression (impulsion négative 'Mn comme représenté en figure 2B) et ceci, contrairement au cas représenté dans les figures 1A et 1B dris lesquelles une ouverture et une fermeture ultérieure du clapet sont nécessaires pour produire une reduction et une élévation ultérieure de la pression.De plus, la fermeture rapide du clapet (comme représenté en figure 2A) donne lieu à une élévation et à urie réduction ultérieure de la pression de la boue (impulsion positive "N" comme représenté en figure 2B3. Cette élévation et cette réduction ultérieure de pression ne se produisent pas dans les systèmes suggérés selon la technique antérieure. Suivant la présente invention, deux ondes de choc sont produites par un seul fonctionnement du clapet. Une forme d'onde telle que celle représentée en figure 2D, qui comprend à la fois une impulsion négative et une impulsion positive, sera appelée ci-après "onde de clapet".Les impulsions de pression associées à une onde de clapet ont Wie vitesse de départ de plusieurs centaines de kg par cm2 par seconde et elles so1it de courte durée. In order to highlight the situation, it will be repeated that, according to the prior art, the opening of the valve produced a single phenomenon, in particular a reduction in pressure, while the subsequent closure of the valve gave rise to another unique phenomenon. That is to say, a rise in pressure. On the other hand, according to the present invention, the rapid opening of the valve (as shown in FIG. 2A) gives rise to two phenomena, namely: rapid reduction and subsequent elevation of the pressure. pressure (negative pulse 'Mn as shown in Figure 2B) and this, unlike the case shown in Figures 1A and 1B dris which a subsequent opening and closing of the valve are necessary to produce a reduction and a subsequent elevation of the pression.De moreover, the rapid closing of the valve (as shown in FIG. 2A) gives rise to a subsequent rise and reduction of the pressure of the pressure e (positive pulse "N" as shown in FIG. 2B3. This rise and subsequent pressure reduction do not occur in the systems suggested by the prior art. According to the present invention, two shock waves are produced by a single operation of the valve. A waveform such as that shown in FIG. 2D, which comprises both a negative pulse and a positive pulse, will hereinafter be referred to as a "valve wave." The pressure pulses associated with a valve wave have a velocity value. starting from several hundred kg per cm2 per second and they are short-lived.
Il est intéressant de souligner la rapidité des phénomènes associés aux ondes de clapet observées. Les moments intervenant en figure 2B sont les suivants
t1(s) = OK est le moment d'apparition de l'impul
sion négative "M"
t@(s) = OL est le moment auquel l'impulsion néga
tive "M" s'affaiblit ;
t3(s) = OM est le moment d'apparition de l'impul
sion positive "N" ; @(s)
t4 = ON est le moment auquel l'impulsion posi
tive "N" s'affaiblit.It is interesting to underline the rapidity of the phenomena associated with the observed valve waves. The moments occurring in Figure 2B are as follows
t1 (s) = OK is the moment of appearance of impulse
Negative "M"
t @ (s) = OL is the moment at which the impulse negates
tive "M"weakens;
t3 (s) = OM is the moment of appearance of impulse
positive "N"; @ (S)
t4 = ON is the moment at which the pulse posi
tive "N" weakens.
Le laps de temps @(s) représentant la longueur de l'impulsion négative "M" (ou de l'im- pulsion positive "N") est de 100 millisecondes, tandis que le laps de temps Tm(s) s'écoulant entre l'apparition de l'impulsion négative "M" et l'apparition de l'impulsion positive "N" est de 110 millisecondes. Dès lors, en figure 2B, c'est-à-dire dans laquelle on a
la période totale d'écoulement est de 210 millisecondes tandis que, en figure 1B (voir équation 5), la période totale d'écoulement était de @(s) = 4 secondes.The time interval @ (s) representing the length of the negative pulse "M" (or the positive pulse "N") is 100 milliseconds, while the time lapse Tm (s) flowing between the occurrence of the negative pulse "M" and the appearance of the positive pulse "N" is 110 milliseconds. Therefore, in Figure 2B, that is to say in which we have
the total flow period is 210 milliseconds while in Figure 1B (see Equation 5), the total flow period was @ (s) = 4 seconds.
Les graphiques des figures lA, 1B, 2A et 2B ont été simplifiés et idéalises en éliminant les séries d'ondes et autres effets étrangers. il est également à noter (voir figure 2B) que le clapet de dérivation est au moins partiellement ouvert au cours du laps de temps s'écoulant entre les moments 1(s) et t4(s). Au cours de ce laps de temps, il se produit ulit diminution lente de pression qui est éliminée au point de détection au moyen d'uîi filtre approprié. Cette diminution de pression n'est pas représentée dans le gzapliique de la figure 2B. The graphics of FIGS. 1A, 1B, 2A and 2B have been simplified and idealized by eliminating wave series and other extraneous effects. it should also be noted (see Figure 2B) that the bypass valve is at least partially open during the lapse of time between the moments 1 (s) and t4 (s). During this time, a slow pressure drop occurs which is removed at the point of detection by means of a suitable filter. This pressure decrease is not represented in the gzaplic of FIG. 2B.
il convient également de souligner que les valeur numériques reprises dans les figures 2A et 2B sont données simplement à titre d'exemple. it should also be emphasized that the numerical values shown in FIGS. 2A and 2B are given merely by way of example.
Il est entendu que ces valeurs ne limitent nullement 12 invention à un exemple particulier.It is understood that these values in no way limit the invention to a particular example.
Il sera stipulé que le procédé expliqué cn se référant aux figures 2A et 2B est en relation avec un "régime d'ondes de choc hydrauliques. It will be stipulated that the method explained with reference to Figs. 2A and 2B is in connection with a "hydraulic shockwave regime".
Dès lors, une distinction est établie entre le régime d'ondes de choc hydrauliques représenté dans les figures 2A et 2U, et le régime de variations lentes de pression représenté dans les figures 1A et 113. Accordingly, a distinction is made between the hydraulic shock wave regime shown in FIGS. 2A and 2U, and the slow-change pressure regime shown in FIGS. 1A and 113.
En prévoyant un régime d'ondes de choc hydrauliques, on a obtenu un système de télémesure au moyen duquel un grand nombre d'informations peu veut être transmises par unité de temps. Ce système est beaucoup mieux connu pour répondre aux conditions habituelles imposées dans l'industrie que celui basé sur le régime de variations lentes de pression. By providing a regime of hydraulic shock waves, a telemetry system has been obtained by means of which a large number of little information is to be transmitted per unit of time. This system is much better known for meeting the usual conditions imposed in industry than that based on the regime of slow pressure variations.
Le clapet suivant la présente invention est actionné par la sortie d'un ou de plusieurs capteurs détectant un ou plusieurs paramètres du fond d'un trou pratiqué dans le sol, à proximité du trépan. Une seule mesure de chaque paramètre est représentée par une succession d'ondes de clapet. The valve according to the present invention is actuated by the output of one or more sensors detecting one or more parameters of the bottom of a hole made in the ground, near the bit. A single measurement of each parameter is represented by a succession of valve waves.
Chaque onde de clapet correspond à une seule ouverture et à wie seule fermeture du clapet.Each valve wave corresponds to a single opening and wie only closure of the valve.
Un aspect d@ la présente invention concerne des perfectionnements dans lesquels on fait intervenir le fonctionnement bistable de l'assemblage < le el apet 40 de l'instrument spécial de télémesure 50. Un autre aspect dt lii présente invention con cerne l'installation d'un système mécanique spécial fonetionnant hydrauliquement et assurant périodiquement le déplacement positif du clapet 40 vers sa position de fermeture. In outre, oii prévoit un systène électrique qui empêche le fonctionnement du clapet 40 en cas de pals électiique survenant dans l'appareil installé tu foiid du trou de forage. One aspect of the present invention relates to improvements in which the bistable operation of the assembly 40 of the special telemetry instrument 50 is involved. Another aspect of the present invention relates to the installation of a special mechanical system operating hydraulically and periodically ensuring the positive displacement of the valve 40 to its closed position. In addition, it provides an electrical system that prevents the operation of the valve 40 in the case of electrified blades occurring in the installed apparatus you faithid the borehole.
D'autres aspects de la présente invention concernent des perfectionnements dans lesquels ori fait intervenir la source d'alimentation 95 95 et la source motrice 104 de l'instrument spécial de télémesure 50. Ces perfectionnements servent à accroître considérablement le nombre de fonctionnements satisfaisants du clapet que l'on peut réaliser sans devoir recharger ou remplacer la batterie installée au fond du trou de forage. Other aspects of the present invention relate to improvements in which the feed source 95 95 and the drive source 104 of the special telemetry instrument 50 are used. These improvements serve to considerably increase the number of satisfactory valve operations. that can be achieved without having to recharge or replace the battery installed at the bottom of the borehole.
Les nouvelles caractéristiques de la présente invention seront décrites plus particulièrement ci-après. La réalisation et la mise en oeuvre de l'invention, ainsi que d'autres objets et avanta ges de celle-ci serollt mieux compris à la lecture de la description ci-après de certains exemples donnés à titre d'illustration en se référant aux dessins annexés dans lesquels
les figures 1A, 1B, 2A et 2B sont des graphiques se rapportant en partie à la description de la technique antérieure et au domaine de la présente invention ; ces figures, ainsi que les autres se rapportent également au sommaire de l'invention, ainsi qu'à la description des formes de réalisation préférées ;
la figure lA représente schématiquement le fonctionnement d'un clapet à action lente du type suggéré dans la technique antérieure ; la figure 1B représente schématiquement les variations de pression détectées à la surface du sol et résultant du fonctionnement du clapet représenté en figure 1A ; les figures 1A et 1B décrivent un état appelé ci-après "régime de variations lentes de pression" ;
la figure 2A représente schématiquement le fonctionnement d'un clapet à action rapide suivant la présente invention ;
la figure 2D représente schématiquement les variat-iolls de pression détectées à la surface du sol et résultant du fonctionnement du clapet représenté en figure 2A ; les figures 2A et 2B décrivent un état appelé ci-après "régime d'ondes de choc hydraulique" ;
la figure 3 représente schématiquement et de manière généralc un système de forage de puits équipé en vue d'effectuer simultanément un forage et des mesures conformément à certains aspects de la présente invention ;
la figure 4A représente schématiquement une partie de l'équipement en sous-sol comportant un instrument spécial de télémesure suivant la présente invention
la figure 4B représente schématiquement wie partie de l'équipement illustré en figure 4A ;;
la figure 5A représente schématiquement et de manière plus détaillée l'assemblage de trai temerit électronique repris dans le rectangle en pointillés de la figure 4A ;
la figure 5D représente schématiquement une source d'alimentation comportant un système de charge et de décharge de condensateurs en vue de fournir la puissance et l'énergie requises pour actionner le clapet de l'instrument spécial de télémesure ;;
la figure 5C représente schématiquement le e cir@uit électronique pouvaiit être utilisé pour assurer la coupure automatique de la source motrice du clapet (ict l'instrument spécial de télémesure, tandis que les figuiers 5D ct 5E surit des graphiques destinés à faciliter l'explication de la coupure automatique de la source motrice du clapet de signalisation ;
les figures 6A, 6B et 6C représentent schématiquement le fonctionnement du système hydraulique dc "fermeture automatique" du clapet de signalisation ;;
la figure 6D est un dessin technique du système représenté dans les figures 6A, 6B et 6C ;
la figure 6E représente schématiquement un système électronique à "sécurité intégrée" applicable au clapet de signalisation ;
la figure 7A représente schématiquement la structure du logement et du "protecteur " pour l'instrument spécial de télémesure ;
la figure 7B représente schématiquement la tu i me de la section transversale des éléments de centrage qui peuvent être utilisés avec la structure illustrée en figure 7A ;;
la figure 7C représente schématiquement des éléments spéciaux d'assemblage pouvant être utilisés pour raccorder les sous-sections de la partie de logement 250b de la figure 7A ;
les figures 8A à 8E sont des graphiques représentant les variations de pression mesurées à la surface du sol et correspondant à différentes valeurs de Ta(v) ( temps d'ouverture ou de fermeture d'un clapet) et de Tb(v) (temps de débit ouvert) ; les graphiques de ces figures montrent les résultats dc certains essais qui ont été effectués par le
Demandeur afin d'obtenir les conditions optimales pour un régime d'ondes de choc hydrauliques ; plus spécifiquement, les figures 8A à 8E peuvent être dé@rites comme suit :
la figure 8A correspond à Ta(v) = 1 seconde et Tb(v) = 2 secondes ;
la figure 8B correspond à Ta(v) = 200 millisecondes et Tb (v) - 1 seconde ;
la figure 8C correspond à Ta(v) = 60 millisecondes et Tb(v) = 0,5 seconde ;
la figure 8D correspond à T a (v) - 20 millisecondes et Tb(v) = 0,25 seconde ;
la figure 8E correspond à Ta(v) = 5 millisecondes et Tb(v) = 10-1 seconde ;;
la figure 8F est une reproduction exacte du signal de pression indiquant une onde de clapet reçue à la surface à partir d'une profondeur de 2.980 ni lors du forage réel d'un puits de pétrole dans la région Est du Texas des Etats-Unis d'Amérique 3
11 est à noter que, dans certaines des figures énoncées ci-dessus, des chiffres de référence identiques orit été appliqués à des éléments semblables. Dans ce cas, on rie reprendra pas la description et les fonctions de ces éléments dans la mesure où cela n'est pas nécessaire pour expliquer le fonctioririement de ces formes de réalisation.The new features of the present invention will be described more particularly hereinafter. The making and implementation of the invention, as well as other objects and advantages thereof, will be better understood on reading the following description of certain examples given by way of illustration with reference to the following attached drawings in which
Figs. 1A, 1B, 2A and 2B are graphs related in part to the description of the prior art and the scope of the present invention; these figures, as well as the others, also relate to the summary of the invention, as well as to the description of the preferred embodiments;
Fig. 1A schematically illustrates the operation of a slow acting valve of the type suggested in the prior art; FIG. 1B diagrammatically represents the pressure variations detected at the ground surface and resulting from the operation of the valve shown in FIG. 1A; FIGS. 1A and 1B describe a state hereinafter referred to as the "regime of slow pressure variations";
Figure 2A schematically shows the operation of a quick acting valve according to the present invention;
Figure 2D schematically shows the pressure variat-iolls detected at the ground surface and resulting from the operation of the valve shown in Figure 2A; Figures 2A and 2B describe a state hereinafter referred to as "hydraulic shock wave regime";
FIG. 3 schematically and generally shows a well drilling system equipped for simultaneous drilling and measurements in accordance with certain aspects of the present invention;
FIG. 4A schematically represents a part of the equipment in the basement comprising a special telemetry instrument according to the present invention
Figure 4B schematically shows part of the equipment illustrated in Figure 4A;
Figure 5A schematically and in more detail shows the electronic trait temerit assembly included in the dashed rectangle of Figure 4A;
Figure 5D schematically illustrates a power source having a capacitor charging and discharging system for providing the power and energy required to operate the valve of the special telemetry instrument;
FIG. 5C schematically illustrates the electronic ciruit which could be used to ensure the automatic shutdown of the drive source of the valve (the special telemetry instrument, while FIGS. 5D and 5E show graphs intended to facilitate the explanation. automatic shutdown of the drive source of the check valve;
FIGS. 6A, 6B and 6C show schematically the operation of the hydraulic system of "automatic closing" of the signal valve;
Figure 6D is a technical drawing of the system shown in Figures 6A, 6B and 6C;
FIG. 6E schematically represents an "integrated safety" electronic system applicable to the check valve;
Figure 7A schematically shows the structure of the housing and the "protector" for the special telemetry instrument;
Figure 7B schematically shows the shape of the cross-section of the centering elements that can be used with the structure illustrated in Figure 7A;
Fig. 7C schematically illustrates special connecting elements that can be used to connect the subsections of the housing portion 250b of Fig. 7A;
FIGS. 8A to 8E are graphs representing the pressure variations measured at the ground surface and corresponding to different values of Ta (v) (opening or closing time of a flap) and Tb (v) (time open debit); the graphs in these figures show the results of some tests that were carried out by the
Applicant to obtain optimal conditions for a hydraulic shock wave regime; more specifically, FIGS. 8A to 8E can be de? ned as follows:
Figure 8A corresponds to Ta (v) = 1 second and Tb (v) = 2 seconds;
Figure 8B corresponds to Ta (v) = 200 milliseconds and Tb (v) - 1 second;
Figure 8C corresponds to Ta (v) = 60 milliseconds and Tb (v) = 0.5 seconds;
Figure 8D corresponds to T a (v) - 20 milliseconds and Tb (v) = 0.25 seconds;
Figure 8E corresponds to Ta (v) = 5 milliseconds and Tb (v) = 10-1 seconds;
FIG. 8F is an exact reproduction of the pressure signal indicating a valve wave received at the surface from a depth of 2.980 or during the actual drilling of an oil well in the East Texas region of the United States of America. America 3
It should be noted that in some of the figures above, like reference numerals have been applied to similar elements. In this case, the description and functions of these elements will not be repeated insofar as this is not necessary to explain the operation of these embodiments.
I. DESCRIPTION GENERALE DE L'APPAREIL DE TRANSMIS
SION DE DONNEES EN COURS DE FORAGE.I. GENERAL DESCRIPTION OF THE TRANSMISSION DEVICE
DATA SESSION DURING DRILLING.
La figure 3 est une vue générale d'un système spécifique dans lequel on adopte les principes de la présente invention. Le chiffre de référence 20 désigne une tour classique pour le forage des puits de pétrole, cette tour comportant urie table rotative 21, une tige d'entraînement 22, uri tuyau 23, une colonn@ montante 24, une tige de forage 25 et un collier de forage 26. Une ou plusieurs pompes à boue 27 et une fosse à boue 28 sont reliées de la manière habituelle pour alimenter la colonne montante en boue de forage sous pression. Figure 3 is a general view of a specific system in which the principles of the present invention are adopted. Reference numeral 20 designates a conventional tower for drilling oil wells, this tower having a rotary table 21, a driving rod 22, a pipe 23, a rising column 24, a drill pipe 25 and a collar 26. One or more sludge pumps 27 and a sludge pit 28 are connected in the usual manner to supply the riser column with pressurized drilling mud.
La boue sous haute pression est pompée vers le bas dans le train de tiges via la conduite de forage 25 t't les colliers dc forage classiques 26, puis à travers l'instrument spécial de télémesure 50,jusqu'au trépan 31. Ce trépan 31 comporte les dispositifs habituels projetant des jets dc forage et représentés schématiquement par le chiffre de référence 33. Tcls qu'ils sont représentés, les diamè lies des colliers 26 et dc l'instrument de télémesure 50 sont exagérés par rapport à celui de la conduite de forage 25 afin d'illustrer plus clairement les mécanismes.La boue de forage descend à travers le train de tiges comme représenté par les flèches illustrées, puis elle remonte à travers l'espace annulaire formé entre la conduite de forage ct la paroi du trou du puits. Lorsqu'elle atteint La surface, la boue est à nouveau déversée dans la fosse (au moyen clc canalisations non représentées) où les fragments de roches et autres débris du puits peuvent décanter', pour être ensuite filtrés avant de reprendre la boue et de la remettre en circulation au moyen de la ou des pompes.The high-pressure sludge is pumped down into the drill string via the drill pipe 25 and the conventional drill collars 26, and then through the special telemetry instrument 50 to bit 31. This drill bit 31 comprises the usual devices projecting drilling jets and schematically represented by the reference numeral 33. Tcls that they are represented, the diameters of the collars 26 and the telemetering instrument 50 are exaggerated compared to that of the pipe in order to more clearly illustrate the mechanisms. The drilling mud descends through the drill string as shown by the illustrated arrows, and then back up through the annular space formed between the drill pipe and the wall of the hole. of Wells. When it reaches the surface, the sludge is again discharged into the pit (by means of pipes not shown) where rock fragments and other debris from the well can decant, then be filtered before sludge and return to circulation by means of the pump (s).
Entre le trépan 33 et le collier de forage 26, est prévu l'assemblage spécial du trairsmetteur de télémesure ou l'instrument de télémesure désigné par le chiffre de référence 50. Cet assemblage spécial du transmetteur de télémesure 50 com prend un logement 250 renfermant un assemblage de clapet ou plus simplement un clapet 40, un assemblage de traitement électronique 96 et des capteurs 101. Between the bit 33 and the drill collar 26 is provided the special telemetry trainer assembly or the telemetry instrument designated by the reference numeral 50. This special assembly of the telemetry transmitter 50 includes a housing 250 enclosing a telemetry instrument. valve assembly or more simply a valve 40, an electronic processing assembly 96 and sensors 101.
Le clapet 40 est conçu pour dériver momentanément une certaine partie de la boue de l'intérieur du collier de forage dans l'espace annulaire 60. Normalement (lorsque le clapet 40 est fermé), la totalité de la boue de forage doit être chassée par les jets 33 et, par conséquent, la boue est sous une très forte pression (de l'ordre de 140 à 210 kg/cm2) dans in colonne montante 24. Lorsque le clapet 40 est ouvert sous la commande d'un capteur 101 et de l'assemblage de traitement électronique 96, une certaine partie de la boue est mise en dérivation, la résistance totale à l'écoulement est momentanément réduite et un changement de pression peut être détecté dans la colonne montante 24.The valve 40 is designed to momentarily divert some of the sludge from the inside of the drill collar into the annular space 60. Normally (when the valve 40 is closed), all of the drilling mud must be removed by the jets 33 and, consequently, the sludge is under a very high pressure (of the order of 140 to 210 kg / cm 2) in riser 24. When the valve 40 is open under the control of a sensor 101 and of the electronic processing assembly 96, some of the sludge is bypassed, the total flow resistance is momentarily reduced and a pressure change can be detected in the riser 24.
L' assemblage de traitement électronique 96 émet urie série d'impulsions électriques codées représentant le paramètre devant être mesuré par un capteur choisi 101 , @andis que des ouvertures et des fermetures correspondantes du clapet 40 ont li@u sous l'effet des impulsions correspondantes de pression qui en résultent dans la colonne montante 24.The electronic processing assembly 96 emits a series of coded electrical pulses representing the parameter to be measured by a selected sensor 101, while corresponding openings and closures of the valve 40 are exposed under the effect of the corresponding pulses. resulting pressure in the riser 24.
Le clii ffr't.' de référence 51 désigne un transducteur à prossion produisant une tension éle@trique représentant les changements de pression survenant dans la colonne montante 24. Ce signal représentant ces changements de pression est traité par un assemblage électronique 53 émettant des si@naux appropriés pour être enregistrés dans un enregistreur 54 ou n'importe quel autre appareil d'affichage. le graphique de l'enregistreur 54 est entraîné pai' une commande représentant la profondeur du trépan par des moyeiis bien connus (non représentés). The cli ff. reference numeral 51 denotes a prossion transducer producing an electrical voltage representing the pressure changes occurring in the riser 24. This signal representing these pressure changes is processed by an electronic assembly 53 emitting appropriate signals to be recorded in a recorder 54 or any other display apparatus. the graph of the recorder 54 is driven by a command representing the depth of the bit by well known means (not shown).
Il. DESCRIPTION GENERALE DU TRANSMETTDUR SPECIAL
DE TELEMESURE.He. GENERAL DESCRIPTION OF THE SPECIAL TRANSMITTER
TELEMETRY.
La figure 4A représente certains détails du transmetteur spécial de télémesure 50. Figure 4A shows some details of the special telemetry transmitter 50.
Certains de ces détails, ainsi que d autres ont eté également décrits dans la demande de brevet précitée des Etats-Unis d'Amèi'ique n0 857.677 déposée par S.A. Scherbatskoy à laquelle la présente demande fait suite. La figure 4A est une vue schématique. Dans uri instrument réel, le logement 250 qui renferme le clapet 40, l'assemblage de traitement électronique 96 et les capteurs 101, est subdivisé en deux sections 250a et 250b.La section supérieure 250a (au-dessus de la ligne en pointillés 249) contient l'assemblage de clapet 40 et les éléments mécaniques qui y sont t associés et, compris oii le soulignera ci-après, cette section a un diamètre sensiblement supérieur à celui de la section 250b. La section inférieure 250b (en des sous de la ligne tri pointillés 249) contient l'assemblage de traitement électronique 96, les capteurs 101 et les éléments mécaniques qui y sont associés et, comme on l'exposera ci-après, clle a un diamètre sensiblement inférieur à celui de la section supéricure 250a.Comme représenté en figure 4A, la boue de forage descend dans l'instru ment spécial de télémesure 250a, 250b (comme indiqué pal les flèches 05), puis elle passe par l'aju- tage 33 du trépan et elle revient (comme indiqué par' les flèches 66) jusqu'à la surface en passant dans l'espace annulaire 60, pour déboucher finalement dans la fosse 28 via des canalisations (non représentées). L'assemblage de clapet 40 comprend une tige 68 et un siège 69. Cette tige et ce siège de clapet sont réalisés de telle sorte que la section transversale de la fermeture A soit légèrement plus grande que la section transversale B du piston compensateur 70.En conséquence, lorsque la pression régnant dans la chambre 77 est supérieure à celle régnant dans la chambre 78, la tige de clapet 68 est chassée vers le bas, le clapet 40 ayant tendance à sc fermer dc plus en plus hermétiquement a mesure que l'on applique une pression différentille plus forte.Some of these details, as well as others, have also been described in the aforementioned U.S. Patent Application No. 857,677 filed by S.A. Scherbatskoy to which this application follows. Figure 4A is a schematic view. In a real instrument, the housing 250 which encloses the valve 40, the electronic processing assembly 96 and the sensors 101, is subdivided into two sections 250a and 250b. The upper section 250a (above the dashed line 249) contains the valve assembly 40 and the mechanical elements associated therewith and, as will be pointed out below, this section has a diameter substantially greater than that of section 250b. The lower section 250b (in sub-dashed lines 249) contains the electronic processing assembly 96, the sensors 101 and the mechanical elements associated therewith and, as will be discussed hereinafter, has a diameter substantially lower than that of the upper section 250a. As shown in FIG. 4A, the drilling mud descends into the special telemetry instrument 250a, 250b (as indicated by the arrows 05), then it passes through the nozzle 33 of the bit and it returns (as indicated by 'arrows 66) to the surface passing through the annular space 60, to finally open into the pit 28 via pipes (not shown). The valve assembly 40 includes a rod 68 and a seat 69. This valve stem and seat are constructed such that the cross section of the closure A is slightly larger than the cross section B of the compensating piston 70. Consequently, when the pressure prevailing in the chamber 77 is greater than that prevailing in the chamber 78, the valve stem 68 is driven downwards, the valve 40 tending to close more and more tightly as one apply a different pressure stronger.
La pression de fluide (boue) régnant dans la chambre 77 est, à tout moment, pratiquement égale à la pression de fluide (boue) régnant dans le collier' de forage désigné par le chiffre de ré- férence 26 en figure 3 et par le chiffre de réfé "erice 50, en figure 4A, et cc, en raison de l'ou- verture 77a pratiquée dans la paroi de l'assemblage 250. Un filtre à fluide 77b est intercalé dans le passage 77a afin d'empêcher les débris et particules solides de pénétrer dans la chambre 77. The fluid pressure (sludge) prevailing in the chamber 77 is at all times substantially equal to the fluid pressure (sludge) prevailing in the drill collar designated by the reference numeral 26 in FIG. FIG. 4A, and cc, due to the opening 77a in the wall of the assembly 250. A fluid filter 77b is interposed in the passage 77a to prevent debris. and solid particles to enter the chamber 77.
Lorsque le clapet 40 est fermé, la pression de fluide (boue) régnant dans la chambre 78 est égale à la pression de fluide (bouc) régnant dans l'espace annulaire 60. Lorsque le clapet 40 est ouvert et que les pompes fonctionnent, la boue s'écoule de la chambre 77 à la chambre 78 et, via l'orifice 81, elle parvient dans l'espace annulaire 60 en subissant des pertes de charge correspondantes.When the valve 40 is closed, the fluid pressure (sludge) prevailing in the chamber 78 is equal to the fluid pressure (bouc) prevailing in the annular space 60. When the valve 40 is open and the pumps operate, the sludge flows from the chamber 77 to the chamber 78 and, via the orifice 81, it reaches the annular space 60 undergoing corresponding pressure drops.
Un solénoïde électromagnétique à double effet 79 est prévu pour ouvrir ou fermer le clapet 40 en réponsc au courant électrique distribué par les conducteur's 90. A double acting solenoid solenoid 79 is provided to open or close the valve 40 in response to the electric current distributed by the drivers 90.
On supposera que Po indique la pression de bouc régnant dans l'espace annulaire 60,
P77, la pression régnant dans la chambre 77 et P78, la pression régnant dans la chambre 78. Dès lors, lorsque le clapet 40 est fermé, on a P78 = P60.It will be assumed that Po indicates the goat pressure prevailing in the annular space 60,
P77, the pressure prevailing in the chamber 77 and P78, the pressure in the chamber 78. Therefore, when the valve 40 is closed, P78 = P60.
Lorsque les pompes 27 fonctionnent et que le clapet 40 est "fermé" ou presque fermé et que P77 > P78, la tige de clapet 68 est poussée vers le siège 69. When the pumps 27 operate and the valve 40 is "closed" or almost closed and P77> P78, the valve stem 68 is pushed towards the seat 69.
Lorsque le clapet 40 est en position d'"ouverture" (c'est-à-dire lorsqu'il est déplacé vers le haut dans le dessin), la boue circule alors de la chambre 77 vers l'espace annulaire 60 et, en raison de la résistance offerte à l'écoulement par l'orifice
C (figure 4B), on a la relation suivante : P77 =
P78 > P60 Les chambres 83 et 94 sont remplics d'une huile de viscosité très faible (par exemple, Islluile "DOW CORNING 200 FLUlD", de préférence, < l'une viscosité de 5 centistokes ou moins) et elles sont reliées lune à l'autre par le passage 86.When the valve 40 is in the "open" position (i.e. when moved upward in the drawing), the slurry then flows from the chamber 77 to the annular space 60 and, because of the resistance offered to the flow through the orifice
C (Figure 4B), we have the following relation: P77 =
P78> P60 Chambers 83 and 94 are filled with an oil of very low viscosity (for example, oil "DOW CORNING 200 FLUID", preferably at a viscosity of 5 centistokes or less) and are connected at the other by the passage 86.
Grace à un piston flottant 82, la pression P83 régnant dans la chambre remplie d'huile 83 est, à tout moment, égale à la pression P78. Dès lors, à tout moment, on a P78 = P83 = P84. En conséquence, lorsque le clapet 40 est "ouvert", étant donné que P78 = P84 et P77 > P84, le clapet 40 est poussé vers la position d'"ouverture" sous une force F = (zone B) (P77 - P84). En conséquence, on peut dire que le clapet 40 est "bistable", c'est-à-dire que, lorsqu'il est "ouvert", il a tendance à rester "ouvert" tandis que, lorsqu'il est "fermé", @@ a tendance à rester "fermé".De plus, lorsqu'il est presque ouvert, il a tendance à se déplacer vers la position d'ouverture et, lorsqu'il t'sot presque fermé, il a tendance à se déplacer vers la position fcrmc. En conséquence, cc clapet 40 peut basculer d'un état à l'autre avec une énergie relativement faible. On peut considérer que le fonctionnement du clapet est l'équivalent mécanique du multivibrateur bistable électrique bien connu dans la technique de l'électronique.Thanks to a floating piston 82, the pressure P83 prevailing in the chamber filled with oil 83 is, at any time, equal to the pressure P78. Therefore, at any time, we have P78 = P83 = P84. Accordingly, when the valve 40 is "open", since P78 = P84 and P77> P84, the valve 40 is pushed to the "open" position under a force F = (zone B) (P77 - P84) . Accordingly, it can be said that the valve 40 is "bistable", that is to say, when it is "open", it tends to remain "open" while, when "closed" , @@ tends to stay "closed". Moreover, when it is almost open, it tends to move to the open position and, when it is almost closed, it tends to move to the fcrmc position. As a result, valve 40 can switch from one state to another with relatively low energy. It can be considered that the operation of the valve is the mechanical equivalent of the electric bistable multivibrator well known in the art of electronics.
La figure 4B montre le clapet 40 en position d'ouverture tandis que, en figure 4A, il est en position fermée. Figure 4B shows the valve 40 in the open position while in Figure 4A, it is in the closed position.
En se référant à nouveau à la figure 4A, le chiffre de référence 91 indique un "commutateur à pression" électrique qui est conducteur d'électricité lorsque P77 > P78 (les pompes fonctionnent), tandis qu'il est non conducteur d'électricité lorsque
P77 - P78 (les pompes sont à l'arrêt). En conséquener, le fil 92 allant du commutateur à pression 91 à la source d'alimentation 93 peut mettre le courant en OU hors circuit.De même, au moyen d'un compteur électronique 94 et d'un commutateur séquentiel électromagnétique 95, l'un ou l'autre des quatre capteurs 101 peut être raccordé efficacement à l'assemblage de traitement électronique 96 en arrêtant et en faisant fonctionner de manière séquentielle les pompes à bouc 27, ou en arrêtant ces pompes, puis cu les faisant fonctionner suivant uri code prédéterminé pouvant être interprété par le circuit monté dans l'élément 94. Referring again to FIG. 4A, reference numeral 91 indicates an electrical "pressure switch" which is electrically conductive when P77> P78 (the pumps are operating), while it is non-electrically conductive when
P77 - P78 (pumps are stopped). As a result, the wire 92 from the pressure switch 91 to the power source 93 can turn the power OFF. Similarly, by means of an electronic counter 94 and an electromagnetic sequential switch 95, the either of the four sensors 101 can be effectively connected to the electronic processing assembly 96 by stopping and sequentially operating the plug pumps 27 or stopping these pumps and then operating them according to a code predetermined that can be interpreted by the circuit mounted in the element 94.
Ill. DISCRIPTION DE L'ASSEMB@AG@ DE TRAI@LMENT
@IEC@RONIQUE DE L'@NSTRUMENT SPEC@AL DE
TELLMESURE.Ill. DISCRIPTION OF THE ASSEMB @ AG @ DE TRAI @ LEMENT
@ IEC @ RONIC OF SPEC @ AL SPEC @ AL
TELLMESURE.
On a déerit le fonctionnement du clapet bistable 40 et du commutateur séquentiel 95 assurant la coriliexiori électrique sélective des différents capteurs 101 avec l'assemblage de traitement électronique 96. The operation of the flip-flop 40 and the sequential switch 95 ensuring the selective electrical coriliexiori of the different sensors 101 with the electronic processing assembly 96 has been deformed.
Pour de plus amples détails relatifs à 1' assemblage de traitement électronique 96, on se référera à la figure 5A dans laquelle les mêmes cliif frcs de référence désignent les mêmes éléments qui en figure 4A. For further details relating to the electronic processing assembly 96, reference is made to FIG. 5A in which the same reference codes denote the same elements as in FIG. 4A.
Différents types de capteurs émettant des signaux électriques représentant un paramètre existant au fond drun trou de forage, sont bien connus. On mentionnera, par exemple, les capteurs à rayons gamma, les capteurs de température, les capteurs de pression, les capteurs des teneurs en gaz, les compas magnétiques, les inclinomètres indicateurs de contraillte, les magnétomètres, les compas gyrostatiques et de nombreux autres capteurs. Different types of sensors emitting electrical signals representing an existing parameter at the bottom of a borehole are well known. For example, gamma-ray sensors, temperature sensors, pressure sensors, gas sensors, magnetic compasses, control indicator inclinometers, magnetometers, gyro compasses and many other sensors .
Pour l'exemple donné à titre d@illustration en figure 5A, ori a choisi uii capteur à rayon gamma tel qu'une chambre d'ionisation ou un compteur Geiger ou encore un compteur à scintillation (muni d'un circuit électronique approprié). Tous ces éléments peuvent être conçus pour produire une tension de courant continu proportionnelle au flux de rayons ganuna qui est intercepté par le capteur. For the example given by way of illustration in FIG. 5A, a gamma ray sensor such as an ionization chamber or a Geiger counter or a scintillation counter (provided with a suitable electronic circuit) has been chosen. All of these elements can be designed to produce a DC voltage proportional to the ganuna ray flux that is intercepted by the sensor.
Il est entendu que le passage d'un type de capteur à un autre sous la commande du mécanisme de commutation 95 illustré en figure 4A, est bien connu selon l'état dc la technique (dans la plupart des cas, une commutation électronique est préférée au commutateur mécanique illustré). It will be understood that the transition from one type of sensor to another under the control of the switching mechanism 95 illustrated in FIG. 4A is well known according to the state of the art (in most cases an electronic commutation is preferred mechanical switch shown).
En conséquence, en figure 5A, pour rendre la description plas claire, on ne représente qu'un seul capteur 101. De même, la source d'alimentation 93 et le commutateur 91 actionné par la pression de la boue (qui ont été représentés en figure 4A) rie sont pas illus trés en figure SA.Therefore, in FIG. 5A, to make the description clear plastic, only one sensor 101 is represented. Similarly, the power source 93 and the sludge-activated switch 91 (which have been shown in FIG. Figure 4A) are not very illustrative in Figure SA.
Ei1 figure 5A, le capteur 101 est raccordé en cascade au convertisseur analogique/numé il que 102, au processeur 103 et à la source motrice 104. Cctt-e source motrice 104 est raccordée aux enroulements 105 et 106 du solénoïde à double effet indiqué eii 79 en figure 4A. Cette source motrice 104 peut être analogue à celle représentée par la figure 3E de la demande de-brevet connexe. Le fonctionnement est le suivant : le capteur 101 émet un signal électrique analogique de sortie représenté par la courbe 101a du graphique repris immédiatement au-dtssus de la case 101 indiquant le capteur.Cette courbe représente la sortie du capteur cn fonction de la profondeur à laquelle le transmetteur de télémesure 50 est situé dans le trou de forage. Le convertisseur analogique/numérique transforme le signal analogique du capteur 101 sous une forme numérlque en mesurant succossivement l'amplitude d'un grand nombre d'ordonnées de la courbe 101a et en traduisant chaque ordonnée individuelle en un nombre binaire représenté par uii griot binaire. Ce processus est bien connu dans la technique et il n'est pas nécessaire d'en donner ici une explication. Toute toi s, il @mporte de savoir' que, si le graphique 101a peut représenter, ci heures, les variations du signal émis par le transducteur, le graphique 102a représente une seule ordonnée (par exemple, AB de la courbe 101b). Dès lors, l'échelle de temps de l'axe des abscisses de la figure 102a serait exprimée en secondes, tandis que tout le graphique 102a représente un mot binaire à 12 bits ; en réalité, il représente le nombre decilllal 2049. Dès lors, chaque mot à 12 bits du graplilqut' 102a représente une seule ordonnée telle que l'ordonnée AB du graphique 101a. In FIG. 5A, the sensor 101 is cascaded to the analog / digital converter 102, the processor 103 and the drive source 104. The driving source 104 is connected to the windings 105 and 106 of the double acting solenoid indicated in FIG. 79 in Figure 4A. This driving source 104 may be similar to that shown in FIG. 3E of the related patent application. The operation is as follows: the sensor 101 emits an analog output electrical signal represented by the curve 101a of the graph taken immediately above the box 101 indicating the sensor. This curve represents the output of the sensor as a function of the depth at which the telemetry transmitter 50 is located in the borehole. The analog-to-digital converter transforms the analog signal of the sensor 101 into a digital form by successively measuring the amplitude of a large number of ordinates of the curve 101a and translating each individual ordinate into a binary number represented by a binary griot. This process is well known in the art and need not be explained here. All you know is that, if the graph 101a can represent, in hours, the variations of the signal emitted by the transducer, the graph 102a represents a single ordinate (for example, AB of the curve 101b). Therefore, the time scale of the x-axis of Fig. 102a would be expressed in seconds, while the whole graph 102a represents a 12-bit binary word; in fact, it represents the decimal number 2049. Therefore, each 12-bit word of the graph 102a represents a single ordinate such as the ordinate AB of the graph 101a.
Le codage binaire habituel implique des temps de repos entre chaque mot binaire. Après ce temps de repos, une impulsion de démarrage ou impulsion préliminaire est transmise pour indiquer le début du laps de temps attribué au mot binaire. Cette impulsion préliminaire ne fait pas partie du mot binaire, mais elle sert à indiquer quel mot binaire est sur le point de commencer. Ce mot binaire est ensuite transmis et il indique la valeur d'une ordonnée du graphique lOla ; vient ensuite un temps de repos auquel succède le mot binaire suivant représentant l'amplitude de l'ordonnée suivante et ainsi de suite, en une succession rapide.Dès lors, la courbe continue du graphique 101a est représentée par une série de nombres ou de mots binaires représentant chacun un seul point du graphique lova. A cet égard, il importe dc savoir qu'entre chaque mot binaire, il y a toujours un temps de repos. Ce temps de repos (au cours duquel aucun signal n'est transmis) a fréquemment une longueur correspondant à plusieurs mots binaires et il est utilisé dans un but important qui sera expliqué ci-après. Afin de permettre le décodage en surface, l'horloge n 1 doit être rigou creusement constante (et en synchronisme avec l'hor- loge correspondante 212 ou 309 située en surface) et elle émet une série d'impulsions équidistantes dans le temps de façon bien connue dans la technique de l'électronique.The usual binary coding involves rest times between each binary word. After this idle time, a start pulse or preliminary pulse is transmitted to indicate the start of the time allotted to the binary word. This preliminary pulse is not part of the binary word, but it is used to indicate which binary word is about to begin. This binary word is then transmitted and it indicates the value of an ordinate of the graph 10a1; then comes a rest period followed by the next binary word representing the amplitude of the next ordinate and so on, in rapid succession. As a result, the continuous curve of the graph 101a is represented by a series of numbers or words binaries each representing a single point of the graph lova. In this respect, it is important to know that between each binary word there is always a rest period. This idle time (during which no signal is transmitted) frequently has a length corresponding to several binary words and is used for a significant purpose which will be explained below. In order to enable surface decoding, the clock n 1 must be rigorously constant (and in synchronism with the corresponding clock 212 or 309 located on the surface) and it emits a series of equidistant pulses in time so that well known in the art of electronics.
Le graphique 103a représente un seul bit du mot binaire 102a et, dans ce cas également, l'axe des abscisses est très différent de celui des graphiques précédents. Le temps repris dans le graphique 103a est exprimé en millisecondes, puisqu'aussi bien ce graphique ne représente qu'un seul bit. The graph 103a represents a single bit of the binary word 102a and, in this case also, the x-axis is very different from that of the previous graphs. The time in graph 103a is in milliseconds, since this graph represents only one bit.
Chaque bit individue@ est converti en deux impulsions électriques chacune d'une durée tx et séparées par un laps de temps ty. Le graphique 104a est une réplique du graphique 103a qui a été considérablement amplifié par' la source motrice 104. L'impulsion électrique 104b est appliquée à l'enroulement 105 du solénoïde (qui est l'enroulement du clapet en position d'"ouverture"), tandis que l'impulsion électrique 104@ est appliquée à l'enroulement 106 du solénolde (qui est l'enroulement du clapet en position "fermée"). Dès lolos, le clapet 40 de la figure 4A est ouvert par l'impulsion 104b et il est fermé par l'impulsion 104c, si bien qu'il reste en position "ouverte" à peu près pendant le temps ty.Les temps tx sont réglés pour que les enroulements du solénoïde soient commandés correctement, tandis que le temps ty est calculé pour ouvrir le clapet 40 pendant le laps de temps correct. Ces deux temps sont déterminés et contrôlés par l'horloge n 2.Each individual bit @ is converted into two electrical pulses each of a duration tx and separated by a time lapse ty. Chart 104a is a replica of Chart 103a which has been greatly amplified by the drive source 104. The electrical pulse 104b is applied to the solenoid winding 105 (which is the winding of the valve in the "open" position. ), while the electric pulse 104 @ is applied to the winding 106 of the solenoid (which is the winding of the valve in the "closed" position). As soon as possible, the valve 40 of FIG. 4A is opened by the pulse 104b and is closed by the pulse 104c, so that it remains in the "open" position approximately during the time ty. The times tx are set so that the windings of the solenoid are controlled properly, while the time ty is calculated to open the valve 40 for the correct amount of time. These two times are determined and controlled by the clock n 2.
Lois dc la télémesur'e d'informations entre un capteur et la surface du sol, on prévoit des temps de repos appropriés entre la transmission des rriots binaires successifs. Grâce à ces temps de repos, on peut mémoriser, dans une mémoire électro nique appropriée faisant partie de l'équipement de surface, le bruit provoqué uniquement par l'opéra tioll de forage (sans l'onde de clapet). Les systèmes et procédés nécessaires à cet effet seront décrits c i - après. Laws of the telemetry of information between a sensor and the ground surface, appropriate rest times are provided between the transmission of the successive binary racks. Thanks to these idle times, the noise generated solely by the drilling rig (without the valve wave) can be memorized in a suitable electronic memory forming part of the surface equipment. The systems and processes necessary for this purpose will be described below.
Iv. DESCRIPTION DE LA SOURCE D'ALIMENTATION POUR LE
TRANSMETTEUR SPECIAL DE TELEMESURE.Iv. DESCRIPTION OF THE POWER SOURCE FOR THE
SPECIAL TELEMETRY TRANSMITTER.
Ainsi qu'on l'a souligné précédemment, le clapet 40 illustré en figure 4A doit être à action très rapide et, à cet effet, il nécessite une puissance considérable. (Suite à des essais appropriés, il a été déterminé qu'un clapet de ce type exigeait environ 1/2 à 3/4 cheval-vapeur pour fonctionner à la vitesse requise). As noted above, the valve 40 illustrated in Figure 4A must be very fast action and, for this purpose, it requires considerable power. (Following appropriate tests, it has been determined that a valve of this type requires about 1/2 to 3/4 horsepower to operate at the required speed).
Bien que cette puissance soit très importante, elle n'est appliquée qu'au cours d'une période très brève et, par- conséquent, il ne faut qu'une faible quantité d'énergie par fonctionnement. Although this power is very important, it is only applied during a very short period of time and, consequently, only a small amount of energy per operation is required.
Lors d'un fonctionnement réel pratiqué ai cour's des essais, on a trouvé qu'une puissance de 1/2 cheval-vapeur appliquée pendant environ 40 millisecondes fournissait énergie requise pour assurer un scul fonctionnement satisfaisant du clapet. Cette énergie peut être calculée à environ 15 Joules. Un groupe d'accumulateurs de dinsensions suffisamment réduites pour pouvoir être renfermé dans le logement 250b de la figure 7A peut fournir environ 4 millions de Joules saiis nécessiter une recharge ou un remplacement. En conséquence, le système est en mesure d'assurer 130.000 fonctionnements complets du clapet (ouvt-'i'ture plus fermeturc). En réalité, la consommation d'énergie est inférieure à 15 Joules par fonctionnement.Grâce à l'inductance ,Q,et à l'impédance cinétique dc l'enroulement du solénoïde, l'accumulation de courant est relativement lente et a lieu le long d'une pente courbe comme représenté par lo courbe 272A dc la figure 5C et par les courbes 300, 301 de la figure 6E. Dès lors, l'énergie totale par impulsion est sensiblement inférieure à 15 Joules et elle a été mesurée à 9 Joules, assurant ainsi une capacité de 216.000 fonctionnements complets du clapet (une capacité plus grande encore est obtenue en utilisant le circuit décrit ci-après en se référant à 1 figure 5C). D'après la description ci-dessus, on peut constater que des batteries peuvent parfaite ment fournir l'énergie requise au fond d'un trou de forage pour un instrument pratique de télémesure. In actual operation during tests, it has been found that 1/2 horsepower applied for about 40 milliseconds provides the energy required to ensure proper operation of the valve. This energy can be calculated at about 15 Joules. A group of sufficiently small accumulators to be housed in the housing 250b of FIG. 7A can provide about 4 million Joules, requiring recharging or replacement. As a result, the system is able to ensure 130.000 complete operations of the flapper (open-closing). In reality, the energy consumption is less than 15 Joules per operation. Thanks to the inductance, Q, and the kinetic impedance of the solenoid winding, current accumulation is relatively slow and takes place along the of a curved slope as shown by curve 272A of FIG. 5C and curves 300, 301 of FIG. 6E. Therefore, the total energy per pulse is substantially less than 15 Joules and it was measured at 9 Joules, thus ensuring a capacity of 216,000 complete operations of the valve (an even greater capacity is obtained using the circuit described below). with reference to FIG. 5C). From the above description it can be seen that batteries can perfectly provide the energy required at the bottom of a borehole for a practical telemetry instrument.
Toutefois, l'obtention ('t' la très grande puissance nécessaire (1/2 cheval-vapeur) pose des problèmes difficiles. However, obtaining ('t' the very high power required (1/2 horsepower) poses difficult problems.
I1 est clair que la solution à ce problèrire impliquerait l'accumulation d'énergie dans un mécanisme qui pourrait être amené à la libérer brusquement (en une courte période), fournissant ainsi les cour'tes impulsions nécessaires de haute puissance. Un mécanisme de ce type est celui fonctionnant par "coups de bélier" qui a été utilisé dans l'instrument décrit dans la demande de brevet connexe, mais qui s'est avéré parfois insuffisant. It is clear that the solution to this problem would involve the accumulation of energy in a mechanism that could be brought to release it suddenly (in a short time), thus providing the necessary short pulses of high power. A mechanism of this type is that operating by "water hammer" which has been used in the instrument described in the related patent application, but which has sometimes been found to be insufficient.
Dans d'autres mécanismes envisagés antérieurement, on a utilisé de l'air comprimé, des ressorts comprimés et autres. Les systèmes d'accumulation d'énergie par condensateurs exigent des capacités élevées : énergie accumulée dans un condensateur varie en fonction de la première puissance de la capacité, ainsi que du carré de la tension accumulée et, étant donné que des enroulements d'attaque < le solénoSdes de faible inductance et à action rapide sont nécessaires, il est évident que l'on doit utiliser des dispositifs à basse tension, les calculs initiaux ayant indique que des condensateurs beaucoup trop importants seraient nécessaires.In other previously contemplated mechanisms, compressed air, compressed springs and the like have been used. Capacitor energy storage systems require high capacities: accumulated energy in a capacitor varies with the first capacity power, as well as the square of the accumulated voltage, and since drive windings < Solenoids of low inductance and fast acting are necessary, it is obvious that one must use low voltage devices, the initial calculations having indicated that capacitors much too important would be necessary.
Après évaluation complémentaire, il est apparu que l'on pourrait réaliser un système opérationnel. Par analyse mathématique, ainsi que par des expériences et des essais, il a eté déterminé que l'on pourrait établir la série suivante de paramètres optima de circuit
1. Inductance de l'enroulement de solénolde : 0,1 henry en position de fonctionnement et 0,07 henry en position de non-fonctionnement (c'est- à-dire un solénoïde à induit conique). After further evaluation, it appeared that an operational system could be realized. By mathematical analysis, as well as by experiments and tests, it has been determined that one could establish the following series of optimal circuit parameters
1. Inductance of solenoid winding: 0.1 henry in operating position and 0.07 henry in non-operating position (ie a conical armature solenoid).
2. Résistance de l'enroulement du solénoïde : A,5 ohms. 2. Resistance of solenoid winding: A, 5 ohms.
3. Tension à laquelle l'énergie est accumulée : 50 volts. 3. Voltage at which energy is accumulated: 50 volts.
4. Capacité du condensateur d'accumulation : 10.000 microfarads. 4. Capacity of the accumulation capacitor: 10,000 microfarads.
5. Capacité de courait du circuit d'attaque : 10 ampères. 5. Run capacitance of the driver circuit: 10 amperes.
Il a été dêteimirié que, pour assurer un fonctionnement rapide du solénoïde, des enroulements de faible inductance étaient souhaitables. Il a été également déterminé que les capacités de courant des Cil'CUitS électroniques d'attaque pouvaient être portées bien au-delà de 10 ampères. Toutefois, une basse tension exige des capacités beaucoup trop éle vées. It was noted that in order to ensure fast operation of the solenoid, low inductance windings were desirable. It was also determined that the current capabilities of the electronic attack Cil'CUitS could be increased well beyond 10 amps. However, low voltage requires much higher capacities.
Les progrès récents réalisés dans les accumulateurs dits à sels fondus ont fourni des sources d'énergie d'une très bonne compacité. La même tcchnologic récente a également élaboré des condensateurs ayant des valeurs extraordinairement élevées (10 farads dans un espace aussi réduit que 16,38 cm3). Recent advances in so-called molten salt accumulators have provided energy sources of very good compactness. The same recent technology has also developed capacitors with extraordinarily high values (10 farads in a space as small as 16.38 cm3).
Ces condensateurs se sont avérés inacceptables du fait que l'on doit procéder à un chauffage à une température élevée (500 C) ; on a estimé que cela n'était pas réalisable sans compter le coût prohibitif. En conséquellce, des efforts doivent toujours être entrepris. A la suite de recherches longues et approfondies, on a finalement découvert qu'un condensateur au tantale réalisé conformément aux tout derniers progrès pourrait satisfaire aux spécifications imposées si l'on optimalisait les autres paramètres et facteurs indiqués ci-dessus pour -les mettre cn concordance avec les caractéristiques de ces condensateurs. These capacitors have proved unacceptable because of the necessity of heating at a high temperature (500 ° C.); it was felt that this was not feasible without the prohibitive cost. As a result, efforts must always be made. After extensive and extensive research, it was finally discovered that a tantalum capacitor made in accordance with the latest developments could meet the specifications imposed if the other parameters and factors listed above were to be optimized to match them. with the characteristics of these capacitors.
D'près l'exposé ci-dessus, on peut constater qu'une charge de batterie peut assurer an moins 210.000 fonetionnements complets du clapet. From the above discussion, it can be seen that a battery charge can ensure at least 210,000 complete operations of the valve.
La supposant que le système de télèmesure puisse fournir des données continues et adéquates par la transmission de @ing impulsions par minute, le système est en mesure de fonctionner continuellement dans un trou de forage pendant une période de 440 heures. Il convient toutefois de souligner que, très souvent, un Fonctionnement continu n'est pas indispensable. L'instrument peut être utilisé uniquement par intermittence sous la commande du circuit contrôlé pal le commutateur 91, ainsi que pal les éléments 94 et 95 de la figure 4A.Assuming that the telemetry system can provide continuous and adequate data by transmitting @ing pulses per minute, the system is able to operate continuously in a borehole for a period of 440 hours. It should be emphasized, however, that very often, continuous operation is not essential. The instrument can be used intermittently only under the control of the circuit controlled by the switch 91, as well as the elements 94 and 95 of FIG. 4A.
De plus, ainsi qu'on l'exposera ciaprès, lorsqu'on tire profit du circuit amélioré illastré en figure 5C, on peut réaliser un nombre plus grand encore de fonctionnements du clapet. Ori considère e qu'un fonctiollnement à raison d'une impul- sion par s@conde est d'ordre pratique. In addition, as will be explained below, when taking advantage of the improved circuit illastré in Figure 5C, it can achieve a greater number of valve operations. Ori considers that one-shot operation is practical.
Il existe un autre paramètre qu'il convient de déterminer : la recharge appropriée du condensateur après décharge. Ce condensateur peut être chargé par une résistance raccordée à l'accumulateur (ou à une autre source d'énergie), mais cette façon de procéder s'avère parfois lente car, @orsque le condensateur est chargé partiellement, le courant passant par la résistance diminue et, au te@me du cycle de charge, le courant de charge se rapproche de zéro.Si. la valeur ohmique de la résistance est faible, les accumulateurs doivent conduire un courant momentané excessif,étant donné titre lo cho@ initial de courant se produisant au cours du cycle de charge dépasserait la valeur prévue pour la durée de vie maximale des accumulateurs. Le meilleur procédé consiste à charger le condensateur par un dispositif à courant constant. Another parameter that needs to be determined is proper charging of the capacitor after discharge. This capacitor can be charged by a resistor connected to the accumulator (or to another energy source), but this procedure sometimes proves slow because, when the capacitor is partially charged, the current passing through the resistor decreases and, as per the charging cycle, the charging current approaches zero. the ohmic value of the resistor is low, the accumulators have to carry an excessive momentary current, given that the initial power of the current occurring during the charging cycle would exceed the expected value for the maximum lifetime of the accumulators. The best method is to charge the capacitor by a constant current device.
Le condensateur se charge alors à un courant optimum correspondant au courant de décharge optimum pour le type particulier d'accumulateur permettant une accumulation maximale d'énergie. En déterminant correctement le courant de charge, on peut obtenir un important accroissement (parfois d'un facteur de 2 ou 3) de la quantité d'énergie disponible dans un type donné d'accumulateur. Les dispositifs à courant constant sont bien connus et sont des circuits électroniques intégrés aisément disponibles pour une large gamme de valeurs de courant.The capacitor then charges at an optimum current corresponding to the optimum discharge current for the particular type of accumulator for maximum energy accumulation. By correctly determining the charging current, a significant increase (sometimes by a factor of 2 or 3) in the amount of energy available in a given type of battery can be achieved. Constant current devices are well known and are readily available integrated electronic circuits for a wide range of current values.
La figure SB représente schématiquement une source d'alimentation pouvant être incorporée dans la source motrice 104 de la figure 4A, cette source comportant un système de charge et de décllarge de condensateurs en vue de fournir la puissance et l'énergie requises pour les enroulements du solénoïde 79. En figure 5B, le chiffre de référence 450 des gne un accumulateur, un turbo-générateur ou une autre source dc potentiel électrique de courant continu, le chiffre de référence 451 désigne le dispo sitif à courant constant et le chiffre de référence 452 > le condensateur. Ce condensateur est chargé par le dispositif à courant constant 451, tandis qu'il est déchargé via le conducteur 453. Le con docteur 454 fournit la puissance constante régulière requise pour l'équilibre du système élcotronique installé au fond du trou de forage. FIG. 5 schematically represents a power source that can be incorporated in the power source 104 of FIG. 4A, this source comprising a capacitor charging and decapping system for providing the power and energy required for the windings of the power source. solenoid 79. In FIG. 5B, the reference numeral 450 of the invention is a battery, a turbo generator or other source of direct current electrical potential, the reference numeral 451 denotes the constant current device and the reference numeral 452 > the capacitor. This capacitor is charged by the constant current device 451, while it is discharged via the conductor 453. The controller 454 provides the regular constant power required for the balance of the elcotronic system installed at the bottom of the borehole.
V. DESCRIPTION DU CLAPET DE SIGNALISATION A "FERME-
TURE AUTOMATIQUE" HYDRAULIQUE.V. DESCRIPTION OF THE "CLOSED" SIGNALING VALVE
AUTOMATIC TURE "HYDRAULIC.
On a également prévu un système agissant en cas de fonctionnement défectueux qui pourrait se produite lorsque le clapet est collé en position d'ouverture pendant une longue période. Un système da t't'i,ueture automatique du clapet en cas de fonc tionnement défectueux de ce type (indiqué par le chiffre de référence 269 en figure 4A) est illustré schématiquement dans les ligures 6A, 6B et 6C. There is also a system operative in case of malfunction that could occur when the valve is glued in the open position for a long time. A system for automatically closing the valve in the event of malfunctioning of this type (indicated by reference numeral 269 in FIG. 4A) is schematically illustrated in FIGS. 6A, 6B and 6C.
Comme on 1 'a souligné plus avant dans la présente spécification, le clapet est conçu pour un fonctionnement bistable ou un déclenchement hydraulique ; en d'autres mots, lorsqu'il est ouvert par une impulsion émise par l'enroulement 105 du solénoïde, il a tendance à rester en position dwou- verture ct, par la suite, lorsqu'il est fermé par une impulsion émise par l'enroulement 106 du solénoïde, il a tendance à rester en position de fermeture. En raison d'un fonctionnement électrique ou mécanique défectueux, le clapet peut rester "collé" en position d'ouverture. Il est à noter que si ce mauvais fonctionnement se produit, l'opération de forage peut continuer à se dérouler. Une certaine usure peut apparaître à l'orifice 81 illustré en figure 4A.Toutefois, il n'est pas souhaitable que le système de circulation hydraulique de la boue soit perturbé par l'ouverture du clapet pendant de longues périodes ; par ailleurs, bien que l'opération de forage puisse se poursuivre, il "st treks avantageux que le clapet reste la plupart clu temps fermé et qu'il ne soit ouvert que pour produire les courtes impulsions requises pour obtenir l'onde de choc hydraulique. As further pointed out in this specification, the valve is designed for bistable operation or hydraulic release; in other words, when it is opened by a pulse emitted by the winding 105 of the solenoid, it tends to remain in the open position and, subsequently, when it is closed by a pulse emitted by the winding 106 of the solenoid, it tends to remain in the closed position. Due to faulty electrical or mechanical operation, the valve may remain "stuck" in the open position. It should be noted that if this malfunction occurs, the drilling operation may continue to proceed. Some wear may occur at the orifice 81 illustrated in Figure 4A. However, it is not desirable that the hydraulic circulation system of the sludge is disturbed by the opening of the valve for long periods; furthermore, although the drilling operation may continue, it is advantageous if the valve remains most closed and open only to produce the short pulses required to obtain the hydraulic shock wave .
Dans les dessins schématiques des fiturcs 6A, 6B, 6C, la tige 100 est utilisée pour pousse le clapet en position de fermeture en exer çant une force vers le bas sur la tige 80 illustrée en figure 4B (tige de l'induit du solénoïde). In the schematic drawings of the fitters 6A, 6B, 6C, the rod 100 is used to push the valve into the closed position by exerting a downward force on the rod 80 shown in FIG. 4B (solenoid armature rod) .
En se référant à présent aux figures 6A, 6B, 6C et 6D, l'extrémité supérieure du méca nisme est exposée à la boue se trouvant dans la conduite de forage", c'est-à-dire la boue subissant la pression hydiostatiqut' plus la plessioll différentielle au trépan ou, en d'autres mots, la différence de pression entre l'intérieur de l'instrument 50 et l'espace annulaire 60. Si les pompes ne fonc tiorinwit pas, la pression régnant dans la zone 111 est uniquement hydrostatique ; par ailleurs, lorsque les pompes fonctionnent, la pression est non seulement hydrostatique, mais également différentielle. Referring now to FIGS. 6A, 6B, 6C and 6D, the upper end of the mechanism is exposed to the sludge in the borehole ", i.e., the slurry undergoing hydrostatic pressure. plus the differential bit plummet or, in other words, the pressure difference between the inside of the instrument 50 and the annular space 60. If the pumps do not operate, the pressure prevailing in the zone 111 is only hydrostatic, and when the pumps operate, the pressure is not only hydrostatic, but also differential.
Etant donné que la pression différentielle est de l'ordre de 70 à 140 kg/cm2, un important changement de pression se produit dans la zone 111 lors de la mise en marche des pompes (c'est-à-dire une élévation de pression de 70 à 140 kg/cm2). En figure 6A, si les pompes ne fonctionnent pas, les zones 112, 113 subissent la pression régnant dans l'espace an nulaire,étant donné que le tube 114 est relié à la chambre 84 qui contient de l'huile sous la pression régnant dans l'espace annulaire (voir figure 4A) et étant donné également que l'orifice 115 relie les zones 112 et 113.Since the differential pressure is in the range of 70 to 140 kg / cm 2, a large pressure change occurs in zone 111 when the pumps are started (ie a pressure rise). from 70 to 140 kg / cm 2). In FIG. 6A, if the pumps do not work, the zones 112, 113 are subjected to the pressure prevailing in the annular space, since the tube 114 is connected to the chamber 84 which contains oil under the pressure prevailing in the annular space (see Figure 4A) and also that the orifice 115 connects the areas 112 and 113.
On supposera à présent que les pompes sont mises en marche. La pression régnant dans la zone 111 s'élève alors sensiblement (c'est-à-dire de 70 à 140 kg/cm2), le piston 116 est poussé vers le bas en comprimant le ressort 107 (non représenté en figure 6B), tandis que l'huile sous haute pression présente dans ld zone 112 pousse le piston 108 vers le bas en comprimant le ressort 110 (non représenté). En coiiséquencè, lorsque les pompes sont mises en marche, les éléments représentés en figure 6A prennent la configuration illustrée en figure 6B, tandis que les deux pistons 116 et 108 occupent la position en bas de course, la tige 100 s'étendant également vers le bas comme représenté dans le dessin. It will now be assumed that the pumps are turned on. The pressure prevailing in the zone 111 then rises substantially (that is to say from 70 to 140 kg / cm 2), the piston 116 is pushed down by compressing the spring 107 (not represented in FIG. 6B), while the high pressure oil in zone 112 pushes piston 108 downwardly compressing spring 110 (not shown). In sequencing, when the pumps are turned on, the elements shown in FIG. 6A assume the configuration illustrated in FIG. 6B, whereas the two pistons 116 and 108 occupy the position at the bottom of the stroke, the rod 100 also extending towards the bottom as shown in the drawing.
Or, en raison de l'orifice 115 et de l'a@tion du ressort 110, le piston 68 est poussé vers le haut à une vitesse déterminée par la dimension de l'orifice 115, la constante de rappel du ressort 110 et la viscosité de l'huile présente dans les zones 112 et 113. Cette vitesse peut être aisément réglée et amenée à n'importe quelle valeur désirée ; par exemple, on peut régler une vitesse à laquelle le piston 108 revient dans sa position initiale en haut de course en une période d'environ 1 minute. En conséquence, après une minute, le systeme prend la configuration illustrée en figure 6C. However, because of the orifice 115 and the a @ tion of the spring 110, the piston 68 is pushed upwards at a speed determined by the size of the orifice 115, the spring restoring constant 110 and the viscosity of the oil present in the zones 112 and 113. This speed can be easily adjusted and brought to any desired value; for example, a rate can be set at which the piston 108 returns to its initial position at the top of the stroke in a period of about 1 minute. Accordingly, after one minute, the system takes the configuration illustrated in Figure 6C.
Pour les mêmes raisons, lorsque la pompe est arrêtée, sous l'action du ressort 107 et de l'orifice 115, le piston 116 remonte dans sa position initiale illustrée en figure 6A.For the same reasons, when the pump is stopped, under the action of the spring 107 and the orifice 115, the piston 116 back to its initial position shown in Figure 6A.
En conséquence, on peut constater que, chaque fois que la pompe à boue démarre, la tige 100 se déplace vers le bas sur une distance "d" comme représenté eii figure 6B, pour revenir ensuite dans sa position normale rétractée. Etant donné que, lors d'une opération normale de forage, la pompe est arrêtée chaque fois que on ajoute un joint de conduite de forage, à ce moment (habituellement des longueurs de 9 m), la tige 100 exécute une seule course descendante, pour revenir ensuite dans sa position supérieure initiale. As a result, it can be seen that each time the mud pump starts, the rod 100 moves downward a distance "d" as shown in FIG. 6B, and then returns to its normal retracted position. Since, during a normal drilling operation, the pump is stopped each time a drill pipe joint is added, at this time (usually 9 m lengths), the rod 100 executes a single downward stroke, to return then to its initial upper position.
Ainsi qu'on l'a souligné précédemment, la tige 100 est conçue de telle sorte que, lorsqu'elle est en extension vers le bas, elle pousse la tige 80 de l'induit du solénoïde (figure 4A) vers le bas en fermant le clapet. Dès lors, le dispositif illustré dans les figures 6A, 6B, 6C et 6D est ur, dispositif de "sécurité", c'est-à-dire que, si 1 clapet. reste "collé" dans la position d'ouverte ture suite à un défaut de fonctionnement électrique ou mécanique, le clapet est alors nécessairement amené à se fermer après une longueur maximale de forage < I' 9 ni. As previously noted, the rod 100 is designed such that, when extended downward, it pushes the rod 80 of the solenoid armature (FIG. 4A) downwards by closing the valve. Therefore, the device illustrated in Figures 6A, 6B, 6C and 6D is ur, device "security", that is to say, if 1 valve. remains "stuck" in the open position due to an electrical or mechanical malfunction, the valve is then necessarily closed after a maximum drilling length <I '9 ni.
La r'igur'e 6@ est le dessin technique du dispositif illustré schématiquement dans les figures 6A, 6B et 6C. Dans l'instrument réel, le dispositif illustré en figue 6D est placé à l'endroit 269 illustré en figure 4A. En figure 6D, on utilise les mêmes chiffres de référence pour désigner les éléments somblables des figures 6A, 6B, 6C et 4A. Figure 6 is the technical drawing of the device schematically illustrated in Figures 6A, 6B and 6C. In the actual instrument, the device illustrated in FIG. 6D is placed at the location 269 illustrated in FIG. 4A. In FIG. 6D, the same reference numerals are used to designate the somblables of FIGS. 6A, 6B, 6C and 4A.
VI. DESCRIPTION DU SYSTEME ELECTRONIQUE A "SECURITE
INTEGREE" POUR LE CLAPET DE SIGNALISATION.VI. DESCRIPTION OF THE ELECTRONIC SYSTEM WITH SAFETY
INTEGRATED "FOR THE SIGNALING VALVE.
Le système hydraulique de "fermeture automatique" décrit en se référant aux figures 6A, 6B, 6C et 6D fermera automatiquement le clapet chaque fois que les pompes à boue sont arrêtées et remises en marche, permettant ainsi de remédier à tout collage mécanique du clapet. Toutefois, il est un cas requérant plus d'attention encore : si le circuit électrique de "fermeture" 103, 109 illustré en figure 5A vient à subir une défaillance pour quelque raison que ce soit (par exemple, un enroule nient de solénoïde brûlé), le clapet se rouvre alors électriquement peu de temps après que le dispositif hydraulique de "fermeture automatique" l'ait fermé. The hydraulic "automatic closing" system described with reference to FIGS. 6A, 6B, 6C and 6D will automatically close the valve each time the sludge pumps are stopped and restarted, thus making it possible to remedy any mechanical sticking of the valve. However, there is one case requiring even more attention: if the "closing" electrical circuit 103, 109 shown in FIG. 5A fails for any reason (for example, a coil denies burned solenoid) , the valve then reopens electrically shortly after the hydraulic device "automatic closure" has closed.
La figure 6E représente uii système électrique empêchant le clapet de fonctionner en cas de défaillance électrique de l'appareil installé au fond du trou de for'age. La référence désigne l'enroulement du solénoide qui "ferme" le clapet, tandis que la référence S2 désigne l'enroulement du solénoide qui l'"ouvre". La résistance
R1 est raccordée en série avec la partie du circuit d'attaque 104 du solénoide qui actionne l'enroulement de fermeture s1 de ce dernier. La résistance
R2 eSt raccordée oii série avec la partie du circuit d'attaque 104 du solénoïde qui actionne l'enroulement d'"ouverture" s2 de ce dernier.Ces résistances ont une très faible valeur ohmique (environ 0,05 à 0,2 oluri). Il est entendu que le fonctionnement du système décrit en détail en se référant à la figure 5A de la présente spécification est le suivant l'impulsion de courant électrique d'"ouverture" est emls < ' en premier lieu et elle est représentée sché ratiquement en figure bE par l'impulsion 300 l'impulsion de courant électrique de "fermeture" est produite ultérieurement (après un temps t ) et elle y est représentée schématiquement en 301 dans la figure 6E. I1 est à noter que ces impulsions électriques 300 et 301 représentent le courant débité par les enroulements du solénoïde et non la tension appliquée (les résistances R1 et R2 produisent les chutes de tension R1i1 et R2i2, i1 et i2 indiquant les courants passant par les enroulements respectifs du solénoïde ; en conséquence, si un des enroulements s1 et S2 est brûlé ou est en circuit ouvert, aucun courant ne passe et aucune impulsion correspondante n'est produite (de la même manière, en cas de n'importe quelle autre défaillance électrique, le courant ne passcra pas par une ou les deux rèsistances
R1, R2).Figure 6E shows an electrical system preventing the valve from operating in the event of an electrical failure of the apparatus installed at the bottom of the drill hole. The reference designates the winding of the solenoid which "closes" the valve, while the reference S2 designates the winding of the solenoid which "opens" it. Resistance
R1 is connected in series with the portion of the driving circuit 104 of the solenoid which actuates the closing winding s1 of the latter. Resistance
R2 is connected in series with the part of the driver circuit 104 of the solenoid which actuates the "opening" winding s2 thereof. These resistances have a very low ohmic value (about 0.05 to 0.2 oluri) . It will be understood that the operation of the system described in detail with reference to FIG. 5A of the present specification is as follows. The "opening" electrical current pulse is initially transmitted and is shown schematically in FIG. Figure bE by pulse 300 the "closing" electric current pulse is produced later (after a time t) and is schematically represented at 301 in Figure 6E. It should be noted that these electrical pulses 300 and 301 represent the current delivered by the windings of the solenoid and not the applied voltage (the resistors R1 and R2 produce the voltage drops R1i1 and R2i2, i1 and i2 indicating the currents passing through the windings. solenoid accordingly, if one of the windings s1 and S2 is burned or is in open circuit, no current flows and no corresponding pulse is produced (in the same way, in case of any other electrical failure , the current will not go through one or both resistances
R1, R2).
Le laps de temps ty de la figure 6E, de même que le laps de temps tx ont été expliqués et définis ci-dessus en Se référant à la figure 5A. The time period ty of Figure 6E, as well as the time period tx were explained and defined above with reference to Figure 5A.
Le retard de l'élément 302 est égal à ty. En d'autres mots, à la sortie de l'élément 302, est émise une impulsion identique à l'impul- sion d'entrée, mais retardée du temps ty. Ces systèmes à retard sont bien connus et ne nécessitent ici aucune description. The delay of the element 302 is equal to ty. In other words, at the output of the element 302, a pulse identical to the input pulse is emitted, but delayed by the time ty. These delay systems are well known and require no description here.
Etant donné que le retard de l'élément 302 est égal à ty, l'impulsion représentée par le chiffre < 1 < ' référ@nce 303 sera en coïncidence de temps avec l'impulsion 301. Since the delay of the element 302 is equal to ty, the pulse represented by the number <1 <refer @ nce 303 will be in time coincidence with the pulse 301.
Le circuit 304 est un circuit d'anticoïncidence (également connu sous le nom de "porte
OU") et sa sortie 305 émet un signal électrique uniquement lorsqu'il reçoit une des impulsions 301, 303, cependant qu'il n'émet aucun signal de sortie lorsque les deux impulsions 301 et 303 sont présentes. Le chiffre de référence 306 désigne un relais actionné par le signal acheminé par le conducteur 305, ce relais étant conçu pour couper l'alimentation de courant allant à l'instrument installé au fond du trou de forage.Dès lors, s'il nry a qu'une impulsion de "fermeture" (sans l'impul- sion d'ouverture) ou s'il n'y a qu'une impulsion d"'ouverture" (sans l'impulsion de "fermeture"), le courant alimentant la source motrice installée au fond du trou de forage est coupé et ensuite, le système hydraulique de "fermeture automatique" décrit en sc référant à la figure 6D assure une fermeture mécanique.Circuit 304 is an anticoincidence circuit (also known as "gate
OR ") and its output 305 transmits an electrical signal only when it receives one of the pulses 301, 303, while it emits no output signal when the two pulses 301 and 303 are present. a relay actuated by the signal conveyed by the conductor 305, this relay being designed to cut off the power supply to the instrument installed at the bottom of the borehole. Therefore, if it has only one pulse of closing "(without the opening pulse) or if there is only one" opening "pulse (without the" closing "pulse), the current supply to the drive source installed at the bottom the borehole is cut and then the hydraulic system "automatic closing" described in sc referring to Figure 6D provides a mechanical closure.
En variante du système illustré en figure 6E, le relais 306 (qui peut, bien entendu, être un conmutateur électronique comportant des transistors) peut être conçu pour couper le courant alimentant uniquement le circuit prévu pour le solénorde d'ouverture. I1 en résulterait certains avantages, puisqu'aussi bien le circuit de ferme ture" continuerait à fonctionner, alors qu'un des objectifs envisagés est d 'assurer la "fermeture" du clapet. De plus, un compteur électronique 314 peut être installé entre le circuit tiOUt et le relais 306 afin que l'alimentation de courant ne. In a variant of the system illustrated in FIG. 6E, the relay 306 (which may, of course, be an electronic switch comprising transistors) may be designed to cut off the current supplying only the circuit provided for the opening solenoid. This would have certain advantages, since both the shut-off circuit "would continue to operate, while one of the objectives envisaged is to ensure the" closing "of the shutter and an electronic counter 314 can be installed between the shutter. circuit and relay 306 so that the power supply does not.
soit pas coupée par un seul défaut de fonctionne ment électrique. Par exemple, l'alimentation ne sera coupée qu'après 2, 4 ou 8 fonctionnements défe@tueux su@@essifs. not cut by a single electrical malfunction. For example, the power supply will be cut off only after 2, 4 or 8 unsuccessful operations su @@ essifs.
V11. DESCRIPTION DU SYSIEME AUTOMATIQUE DE COUPURE
DL LA SOURCE MOTRICE DU CLAPET DE SIGNALISATION.V11. DESCRIPTION OF THE AUTOMATIC CUT SYMIEM
DL THE MOTOR SOURCE OF THE SIGNALING VALVE.
Comme on 1' a souligné précédemment dans la présente spécification, uri fonctionnement très rapide du clapet 40 illustré en figure 4A est impor tant . 1 onde de choc rt-quise ne sera pas produite si le clapet fonctionne lentement. Etant donné que le clapet et son mécanisme de commande représentent une masse considérable, une forte puissance est nécessaire pour ouvrir ou fermer ce clapet au moment voulu. Cette puissance est de l'ordre de 1/2 à 3/4 cheval-vapeur et elle peut être fournie pal une source d'alimentation du type décrit au chapitre IV de la présente spécification.Tout comme dans tous les systèmes de ce type, une marge de puissance est requise pour assurer à tout moment l'ouverture ou la fermeture du clapet sur commande. As previously pointed out in this specification, a very fast operation of the valve 40 illustrated in FIG. 4A is important. 1 rt-quise shock wave will not be produced if the flap operates slowly. Since the valve and its control mechanism represent a considerable mass, a high power is required to open or close the valve at the desired time. This power is of the order of 1/2 to 3/4 horsepower and can be supplied by a power source of the type described in Chapter IV of this specification. As in all such systems, a power margin is required to ensure that the check valve is opened or closed at any time.
Les différents "circuits logiques électroniques, de même que les différents"circuits de source motrice" représentés en figure 5A sont conçus pour émettre des impulsions de tension rectangulaires 104B et 104C d'une durée d'environ 40 à 50 millisecondes afin d'assurer 1 excitation des enroulements 105 et 106 du solénoïde pendant un laps de temps suffisant pour permettre le fonctionnement du clapet. La figure 5E représente plus en détail l'impulsion de tension 104b de la figure SA. Au moment 0, la tension est appliquée brusquement par la source motrice 104 et elle s'élève presque instantanément jusqu'à la valeur indiquée par le chif fre 270, puis elle reste à cette valeur pendant 50 millisecondes et ensuite, elle est coupée et retombe (à nouveau presque instantanément) à la valeur 0.The various electronic logic circuits, as well as the different "drive source circuits" shown in FIG. 5A are designed to emit rectangular voltage pulses 104B and 104C of a duration of about 40 to 50 milliseconds in order to provide 1 the solenoid windings 105 and 106 are energized for a period of time sufficient to allow the valve to operate, and Figure 5E shows in more detail the voltage pulse 104b of Fig. 5. At time 0, the voltage is applied suddenly by the drive source 104 and it rises almost instantaneously to the value indicated by chif fre 270, then it stays at that value for 50 milliseconds and then it is cut off and drops (again almost instantaneously) to the value 0.
Il est très instructif d'étudier le mouvement du clapet en mesurant le débit de courant dans l'enroulement d'attaque du solénoïde et en construisant un graphique (voir' figure 5D). D'après ce graphique, on peut étudier quantitativement le comportement du clapet. La figure 5D représente un graphique de ce type sous forme d'un oscillogramme du courant en fonction du temps. (Ce courant est mesuré, par exemple, par la tension appliquée à la résistance R1 ou R2 de la figure 6E). It is very instructive to study the movement of the valve by measuring the current flow in the solenoid drive winding and building a graph (see Figure 5D). From this graph, one can study quantitatively the behavior of the valve. FIG. 5D represents a graph of this type in the form of an oscillogram of the current as a function of time. (This current is measured, for example, by the voltage applied to the resistor R1 or R2 of Figure 6E).
I1 importe de comprendre que c'est le courant passant par l'enroulement du solénoïde qui détermine la force exercée sur la tige 68 du clapet (représentée en figure 4A), puisqu'aussi bien les ampè retours déterminent r attraction électromagné- tique. Etant donné que les enroulements du solénoïde ont une inductance, le courant ne s'accumulera pas instantanément en cas d'application d'une tension brusque comme représenté en figure 5E. Si le solénoide est constitué d'un simple inducteur, le courant s'accumulera alors suivant une simple courbe exponentielle 271 illustrée en, pointillés dans la figure 5D.En réalité, il se produit un phénomène tout différent : lorsque le clapet fonctionne (s'ouvre ou se ferme), il se produit un mouvement brusque de l'induit du solénoïde 79 de la figure 4B et il se produit ulle force contre-électromotrice. It is important to understand that it is the current flowing through the winding of the solenoid which determines the force exerted on valve stem 68 (shown in FIG. 4A), since both amperes determine electromagnetic attraction. Since the windings of the solenoid have an inductance, the current will not accumulate instantaneously when applying a sudden voltage as shown in Figure 5E. If the solenoid consists of a simple inductor, the current will then accumulate according to a simple exponential curve 271 shown in dashed lines in FIG. 5D. In reality, a very different phenomenon occurs: when the valve operates (FIG. opens or closes), there is a sudden movement of the solenoid armature 79 of FIG. 4B and a counter-electromotive force occurs.
Cette force contre-électromotrice est provoquée par la vitesse de l'induit qui change rapidement (élève) l'inductance de l'enroulement en cause du solénoïde 79. En figure 5D, la courbe 271 est la courbe approximative du courant en fonction du temps dans l'enroulement du solénoide 79 lorsque l'induit de ce dernier et la tige 68 du clapet sont "bloqués" dans la position "ouverte" ou "fermée". This counter-electromotive force is caused by the speed of the armature which rapidly changes (elevates) the inductance of the winding in cause of the solenoid 79. In FIG. 5D, the curve 271 is the approximate curve of the current as a function of time in the winding solenoid 79 when the armature of the latter and the stem 68 of the valve are "locked" in the "open" or "closed" position.
La courbe ti traits pleins 272 de la figure 5D représente l'accumulation réelle de courant se pro duisaiit lorsque le clapet n'est pas bloqué, c'est à-dire dans les conditions réclles de fonctionnement (ouver'tur'e ou fermeture). Les courbes 272 pour les ouvertures ou les fermetures sont très semblables.The solid curve 272 of FIG. 5D represents the actual accumulation of current occurring when the valve is not blocked, ie under the operating conditions (open or closed). . Curves 272 for openings or closures are very similar.
On constate qu'après l'application de la tension, la courbe 272 monte progressivement (en raison de l'inductance des enroulements respectifs 105 et 106 du solénoïde) jusqu'à ce qu'elle atteigne, dans l'exemple illustré, la valeur de 4 ampères au moment
T qui est de 20 millisecondes. Ensuite, il se produit une chute brusque de courant atteignant la valeur inférieure de 2,2 ampères au moment T1, qui est de 25 millisecondes. Après le moment T1 = 25 millisecondes, le courant s'élève à nouveau conformément à la courbe "exponentielle" habituelle jusqu'à ce qu'il atteigne, de manière asymptotique, la valeur d'environ 10 ampères au bout du laps de temps d'en- viron 60 millisecondes (cette valeur est déterminée par la résistance de lrenroulement de solénoide qui, dans l'exemple donné, est de 4,7 ohms). It is found that after the application of the voltage, the curve 272 rises progressively (due to the inductance of the respective windings 105 and 106 of the solenoid) until it reaches, in the example illustrated, the value 4 amps at the moment
T which is 20 milliseconds. Then, there is a sudden drop in current reaching the lower value of 2.2 amps at the T1 moment, which is 25 milliseconds. After the moment T1 = 25 milliseconds, the current rises again according to the usual "exponential" curve until it reaches, asymptotically, the value of about 10 amps at the end of the period of time. about 60 milliseconds (this value is determined by the resistance of the solenoid winding which, in the example given, is 4.7 ohms).
En étudiant la courbe 272 de la figure 5D, on constatera que le clapet 40 commence à s'ou vrir ou à se fermer au moment T0 = 20 millisecondes et qu'il achève son mouvement au moment T1 = 25 millisecondes. Comme on l'a souligné précédemment, une situation presque identique se produit au cours de l'"ouverture" ou de la "fermeture" du clapet et la courbe 272 indique qu'au moment T0 = 20 millisecondes, le clapet commence son mouvement, lequel est achevé au moment T1 = 25 millisecondes. By studying the curve 272 of FIG. 5D, it will be seen that the valve 40 begins to open or close at the moment T0 = 20 milliseconds and that it completes its movement at the moment T1 = 25 milliseconds. As previously pointed out, an almost identical situation occurs during the "opening" or the "closing" of the valve and the curve 272 indicates that at time T0 = 20 milliseconds, the valve starts its movement, which is completed at time T1 = 25 milliseconds.
I1 importe de noter que le moment T1 = 25 millisecondes représenté en figure 5D est donné en guise d'exemple spécifique et qu'il dépend d'un certain nombre de facteurs. C'est ainsi qurà de hautes pressions différentielles, T1 sera supérieur à 25 millisecondes et ourla atteinte 30, 35 ou 40 millisecondes. Il suffit de stipuler que le moment
T1 en figue 5D indique le moment auquel le fonctionnement du clapet est achevé et que le courant s'écoulant entre T1 et 50 millisecondes est, en fait "perdu", puisqu'aussi bien le fonctionnement du clapet est déjà achevé.Ce temps supplémentaire est un "facteur de sécurité" grâce auquel, même dans des conditions néfastes, le clapet fonctionne toujours lorsque l'impulsion de tension est appliquée.It is important to note that the moment T1 = 25 milliseconds shown in Figure 5D is given as a specific example and depends on a number of factors. Thus, at high differential pressures, T1 will be greater than 25 milliseconds and reach 30, 35 or 40 milliseconds. Just stipulate that the moment
T1 in Fig. 5D indicates the moment at which the operation of the valve is completed and that the current flowing between T1 and 50 milliseconds is, in fact "lost", since both the operation of the valve is already completed.This additional time is a "safety factor" by which, even under adverse conditions, the valve always operates when the voltage pulse is applied.
Suivant la présente invention, on utilise le signal émis au moment T1 pour couper toute alimentation de courant vers le solénoïde 79. En conséquence, on économise tout le courant passant entre le moment T1 et le temps de 50 millisecondes (réduisant ainsi sensiblement la quantité totale d'énergie requise pour faire fonctionner le clapet 40). I1 est à noter que le "facteur de sécurité dont question ci-dessus est maintenu dans son intégralité ; le courant continue d'être appliqué jus qurà ce que le fonctionnement du clapet (ouverture ou fermeture) s'achève. According to the present invention, the signal transmitted at time T1 is used to cut off any current supply to solenoid 79. As a result, all the current passing between the time T1 and the time of 50 milliseconds is saved (thus substantially reducing the total quantity energy required to operate the valve 40). It should be noted that the above-mentioned safety factor is maintained in its entirety and the current continues to be applied until the operation of the valve (opening or closing) is completed.
Le circuit électronique utilisé pour réaliser le but précité est illustré en figure 5C dans laquelle le chiffre de référence 104 désigne la source motrice illustrée en figure 4A. Entre la source motrice 104 et la terre, est intercalée une résistance (R1 ou K > ) de faible valeur (comparativement à la résistance du solénoïde),par exemple, de 0,2 ohm. En conséquence, la tension appliquée à cette résistance est proportionnelle au courant alimentant l'enroulement particulier 105 ou 106 du solénoide. (Deux circuits du type représenté en figure 5C sont nécessaires : un premier pour la source motrice du sôlénoide d'ouverture et un second, pour la source motrice du solénoïde de fermeture ; toutefois, pour simplifier l'illustration, un seul circuit est représenté en figure 5C).Le chiffre de référence 273 désigne un amplificateur classique et, à la sortie de ce dernier, la courbe de tension 272a de la figure 5C sera une réplique de la courbe 272 de la figure 5D. Le chiffre de référence 274 désigne un dérivateur (bien connu dans la technique de r l'électronique) produisant une tension de sortie proportionnelle à la première dérivée de temps de sa tension d'entrée. La courbe 275 représente cette tension dérivée. En observant la courbe 272 ou 272a, on peut constater que la dérivée (pente) de la courbe est toujours positive, sauf pendant les laps de temps compris entre T0 et
T1 au cours desquels la pente (dérivée) est négative.The electronic circuit used to achieve the above purpose is illustrated in Figure 5C in which the reference numeral 104 designates the power source illustrated in Figure 4A. Between the driving source 104 and the earth is interposed a resistance (R1 or K>) of low value (compared to the resistance of the solenoid), for example, 0.2 ohm. Consequently, the voltage applied to this resistor is proportional to the current supplying the particular winding 105 or 106 of the solenoid. (Two circuits of the type shown in FIG. 5C are necessary: one for the driving source of the opening solenoid and a second for the driving source of the closing solenoid, however, to simplify the illustration, a single circuit is shown in FIG. Fig. 5C). Reference numeral 273 designates a conventional amplifier and at the output of the latter, the voltage curve 272a of Fig. 5C will be a replica of curve 272 of Fig. 5D. Reference numeral 274 denotes a derivator (well known in the art of electronics) producing an output voltage proportional to the first time derivative of its input voltage. Curve 275 represents this derived voltage. By observing the curve 272 or 272a, it can be seen that the derivative (slope) of the curve is always positive, except for the lapse of time between T0 and
T1 in which the slope (derivative) is negative.
Sur la courbe 275, seule l'impulsion 276 est négative. Le chiffre de référence 277 représente un re dresseur classique conçu pour ne laisser passer que l'impulsion 276 comme représenté dans le gra pliique 278. Le chiffre de référence 279 représente un circuit électronique à retard (également bien connu dans la technique) émettant une impulsion de sortie 276b qui est une réplique de l'impulsion d'entrée, mais qui est retardée du temps T1-T0. On curve 275, only pulse 276 is negative. Reference numeral 277 represents a conventional repeater designed to pass only pulse 276 as shown in FIG. 278. Reference numeral 279 represents a delay electronic circuit (also well known in the art) that emits a pulse. output 276b which is a replica of the input pulse, but which is delayed by the time T1-T0.
Dès lors, telle qu'elle est représentée dans le graphique 280, impulsion 276b est émise légère- ment au-delà du moment T1. Cette impulsion 276b est appliquée à un commutateur électronique 281 qui est conçu pour couper le courant alimentant la source motrice 104, arrêtant ainsi le flux de courant presque inmlédiatement après le fonctionnement du clapet 40 (ouverture ou fermeture). Ce com mutateur électronique 281 est conçu pour remettre la source motrice 104 en service après un laps de temps approprié. Ce processus se répète lors de l'émission de l'impulsion suivante 104a (ou 104b).Therefore, as shown in graph 280, pulse 276b is transmitted slightly beyond the moment T1. This pulse 276b is applied to an electronic switch 281 which is designed to cut the power to the power source 104, thereby stopping the flow of current almost immediately after the operation of the valve 40 (opening or closing). This electronic switch 281 is designed to put the power source 104 back into service after a suitable period of time. This process is repeated on transmission of the next pulse 104a (or 104b).
11 importe de noter que les économies d'énergie pouvant être réalisées en exploitant cet aspect de la présente invention, peuvent être très importantes. Etant donné que des puissances très importantes sont nécessaires pour actionner le clapet 40 à la grande vitesse requise, ces économies sont très sensibles et, dans l'exemple illustré, elles pourraient augmenter jusqu'à cinq fois la durée de vie des accumulateurs. It is important to note that the energy savings that can be achieved by exploiting this aspect of the present invention can be very important. Since very large powers are required to operate the valve 40 at the required high speed, these savings are very sensitive and, in the example illustrated, they could increase up to five times the life of the batteries.
VIII. DESCRIPTION DE LA STRUCTURE 1:1 PROTECTEUR
ET DU LOGEMENT POUR L'INSTRUMENT SPECIAL DE
TELEMESURE.VIII. DESCRIPTION OF STRUCTURE 1: 1 PROTECTOR
AND HOUSING FOR THE SPECIAL INSTRUMENT
TELEMETRY.
Une caractéristique importante de l'appareil de mesure en cours de forage suivant la présente invention est son caractère pratique, c'està-dire la commodité et la facilité avec lesquelles il peut être adapté au train de tiges de forage, ainsi qu'aux instruments et au matériel existants pour le forage des puits de pétrole. Dans les essais de la technique antérieure, de grands logements spéciaux en acier d'une longueur de 9 m ou plus et d'un diamètre de 203 mm sont nécessaires pour enfermer les instruments compliqués ; par ailleurs, le transport de ces logements d'un endroit à un autre nécessite des véhicules spéciaux.Dans l'appareil de la présente invention, étant donné qu'aucun mécanisme à clapet n'est intercalé dans le courant principal de boue, on peut éliminer le logement spécial d'un poids important, d'une très grande longueur et d'un prix élevé (environ 9 m de long) et il ne faut qu'une courte section de collier de forage (que l'on appelle "protecteur"). Dans la forme de réalisation pratique de la présente invention, ce protecteur n'a qu'une longueur de 914 mm et un diamètre de 171 mm (au lieu de la longueur de 9 m qui était nécessaire antérieurement). An important feature of the meter being drilled according to the present invention is its convenience, ie the convenience and ease with which it can be adapted to the drill string, as well as the instruments and existing equipment for drilling oil wells. In the prior art tests, large special steel housings 9 m or longer in length and 203 mm in diameter are required to enclose the complicated instruments; Moreover, the transport of these dwellings from one place to another requires special vehicles. In the apparatus of the present invention, since no flap mechanism is interposed in the main stream of sludge, it is possible to eliminate the special housing of significant weight, length and price (about 9 m long) and only a short section of drill collar (so-called "). In the practical embodiment of the present invention, this protector has a length of 914 mm and a diameter of 171 mm (instead of the length of 9 m which was previously necessary).
En conséquence, une des caractéristi- ques importantes de la présente invention réside dans le fait que l'on ne doit pas utiliser des logements spéciaux d'un poids élevé et d'une grande longueur. Cette caractéristique est avantageuse,en particulier, lorsqu'on doit obtenir,au fond d'un trou de forage,des mesures magnétiques telles que des indications au compas (par exemple, la conduite du forage dans un trou dévié),lesquelles nécessitent l'utilisation de colliers de forage non magnétiques.Les colliers de forage non magnétiques sont non seulement d'un poids important (2 à 3 tonnes), mais également d'un prix extrêmement élevé (chacun, 20.000 dollars du système monétaire des Etats-Unis d'Amérique), étant donné qu'ils doivent être fabriqués en une matière strictement non magnétique telle que le "Monel K. Dans la construction de l'appareil de la présente invention, on utilise des colliers de forage "normalisés" de l'"API" (= "American Petroleuni Institute") ayant des diamètres extérieurs de 152 à 228 min (soit les dimensions les plus courantes). Tous les colliers normalisés de 1 l'"API" ont un diamètre intérieur de 7,1,4 + 1,587 - O mm. Accordingly, an important feature of the present invention is that special housings of high weight and length must not be used. This feature is particularly advantageous when magnetic measurements such as compass indications (for example, drilling in a deflected hole) are required at the bottom of a borehole. Non-magnetic drill collars are not only of significant weight (2 to 3 tons), but also of an extremely high price (each, 20,000 dollars from the US monetary system). America), since they must be made of a strictly non-magnetic material such as "Monel K. In the construction of the apparatus of the present invention," standardized "drill collars of the" API "(=" American Petroleuni Institute ") having outside diameters of 152 to 228 min (the most common dimensions) All standard 1" API "collars have an inside diameter of 7.1.4 + 1.587 - O mm.
La simplicité, les petites dimensions et la construction coaxiale du système de clapet de la présente invention et des éléments y associés permettent de réaliser une caractéristique spéciale l'ensemble de la source motrice en cause et de l'équipement y associé peut être installé dans un tube résistant à la pression et d'un diamètre suffisamment réduit pour pouvoir l'introduire dans l'alésage intérieur (71,4 mm) d'un collier de forage normalisé "API" sans gêner exagérément le flux de boue. Certains capteurs peuvent être installés aussi près que possible du trépan de forage.The simplicity, the small dimensions and the coaxial construction of the valve system of the present invention and the associated elements make it possible to realize a special characteristic the whole of the driving source in question and the equipment associated therewith can be installed in a a pressure-resistant tube with a sufficiently small diameter to be able to introduce it into the internal bore (71.4 mm) of a standard "API" drill collar without unduly hindering the flow of sludge. Some sensors may be installed as close as possible to the drill bit.
En particulier, un capteur à rayons gamma installé au fond du tr'ou de forage doit être cn mesure de détecter la pénétration du trépan dans urre foimation lithologique donnée dès que cette pénétration a lieu. De plus, certains capteurs tels qu'un inclinomètre à compas installé au fond d'un trou de forage, exigent un indexage précis vis-à-vis de la "face de l'outil" que l'on utilise dans le forage directionnel.En outre, un inclinomètre à compas doit être installé à une distance importante de n'importe quelle matière magnétique ou paramagnétique. De plus, lorsqu'on utilise un inclinomètre à compas, les logements 250a et 250b de la figure 7A doivent être soigneusement indexés angulairement vis-à-vis du protecteur 253 qui, à son tour, est indexé visà-vis du "protecteur courbe" utilisé dans le forage.In particular, a gamma-ray sensor installed at the bottom of the borehole must be able to detect the penetration of the bit into a given lithologic foimation as soon as this penetration takes place. In addition, some sensors such as a compass inclinometer installed at the bottom of a borehole, require precise indexing with respect to the "face of the tool" that is used in directional drilling. In addition, a compass inclinometer must be installed at a significant distance from any magnetic or paramagnetic material. Moreover, when using a compass inclinometer, the housings 250a and 250b of FIG. 7A must be carefully indexed angularly with respect to the protector 253 which, in turn, is indexed with respect to the "curved protector" used in drilling.
directionnel.directional.
Le "protecteur courbe" comporte un repère d'indexage 253a et l'angle de ce repère doit être dans une relation angulaire constante et mesurée vis-à-vis du repère d'indexage 254a prévu sur le protecteur de télémesure 254. Cet angle connu (représentant l'angle compris entre les repères d'indexage 253a et 254a) est ensuite introduit dans le calcul intervenant pour la détermination de la portée et de l'angle vis-à-vis d'un plan vertical du "protecteur courbe". The "curved protector" has an indexing mark 253a and the angle of this mark must be in a constant angular relation and measured with respect to the indexing mark 254a provided on the telemetry protector 254. This known angle (representing the angle between the indexing marks 253a and 254a) is then introduced into the calculation involved for the determination of the range and the angle vis-à-vis a vertical plane of the "protector curve".
La figure 7A est un schéma montrant l'instrument spécial de télémesure 50 et illustrant le système dans lequel l"'outil spécial de grande longueur" est éliminé et dans lequel également il ne faut qu'une courte section de collier de forage, ainsi luron l'a mentionné précédemment. En figure 7A, un logement désigné par le chiffre de référence 250 est constitué d'une partie supérieure 250a et d'une partie inférieure 250b comme décrit ci-dessus en se référant à la figure 4A. La partie supérieure 250a est enfermée à l'intérieur d'un court protecteur 254 (longueur : environ 914 mm seulement). Fig. 7A is a diagram showing the telemetering special instrument 50 and illustrating the system in which the "special long tool" is removed and in which also only a short section of drill collar is required, as well as mentioned it previously. In Fig. 7A, a housing designated by the reference numeral 250 consists of an upper portion 250a and a lower portion 250b as described above with reference to Fig. 4A. The upper portion 250a is enclosed within a short protector 254 (length: about 914 mm only).
Ce court prote@teur est spécialement alésé à un dij-mè,i'e intérieur (par exemple, 114 nmi) suffisant pour' logtr' l'assemblage de clapet 40 et également pour permettre l'écoulement libre de la boue de forage dans cette partie supérieure 250a via les passages 61 qui sont également représentés en fi gli'e 44. Le logement 250a a un petit diamètre (de préférence, un diamètre extérieur de 68,2 mm ou moins). Un collier de forage 255 fourni par l'utilisateur (société pétrolière ou entrepreneur tic forage) a habituellement une longueur de 9 m, tandis que son poids et son prix sont importants.This short protector is specially bored at a distance, i.e. (i.e., 114 nm), sufficient to accommodate the valve assembly 40 and also to allow free flow of the drilling mud in this upper portion 250a via the passages 61 which are also shown in FIG. 44. The housing 250a has a small diameter (preferably an outside diameter of 68.2 mm or less). A user-supplied drill collar 255 (oil company or drilling contractor) is usually 9 meters long, while its weight and price are important.
Comme on lra souligné ci-dessus, le diamètre inté rieur d'un collier de forage normalisé "API" est de 71,4 - O + 1,587 mm. Des organes de centrage 256 sont prévus pour le logement inférieur 250b. Ces organes ont un diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur du collier de forage normalisé "API", par exemple, un diamètre extérieur de 69,8 mm.As will be pointed out above, the inside diameter of a standard API drill collar is 71.4 - 0 + 1.587 mm. Centering members 256 are provided for the lower housing 250b. These members have a diameter slightly smaller than the internal diameter of the standardized drill collar "API", for example, an outer diameter of 69.8 mm.
Un faible jeu est très important pour empêcher le "broutage" lorsque l'instrument est soumis à des vibrations en cours de forage. Le passage d'évacuation 85 est identique à celui représenté en figure 4A. Le logement 250b est suspendu à l'intérieur du protecteur 254 par des éléments de fixation (non représentés). La section transversale des éléments de centrage 256 (comme représenté en figure 7B) est conçue de façon à ménager des fentes ou des passages 258 permettant l'écoulement libre de la boue de forage.Low play is very important to prevent "chatter" when the instrument is subjected to vibrations during drilling. The evacuation passage 85 is identical to that shown in FIG. 4A. The housing 250b is suspended inside the protector 254 by fasteners (not shown). The cross section of the centering members 256 (as shown in FIG. 7B) is designed to provide slots or passages 258 for free flow of the drilling mud.
En réalité, la section inférieure 250b du logement est constituée de plusieurs sous-sec- tions qui sont assemblées l'une à l'autre par un élément spécial représenté cn figure 7C. Comme le moiiti cotte fi'gtir'e 7C, chaque sous-section com poi'tt', à sort extrémité supérieure, une rainure 260 et, à son extrémité inférieure, une saillie ou une dent 261. La saillie 261 d'urne sous-section vient s'engager exactement dans la rainure 260 de la soussection adjacente.Les sous-sections adjacentes sont maintenues par un manchon d'assemblage 262 venant se loger exactement dans les extrémités des sous-sections. Des ouvertures circulaires 263 pratiquées dans les sous-sections sont mises en alignement avec des ouvertures filetées respectives 264 pratiquées dans le manchon d'assemblage 262 et les éléments sont fixés par des vis 265. L'élément spécial d'assemblage illustré en figure 7C assure un indexage angulaire précis lorsque le protecteur 253 est un "protecteur courbe". Comme on l'a souligné précédemment, l'angle formé entre les repères d'indexage 253a et 254a doit être connu afin de calculer l'angle formé par rapport à la verticale du "protecteur courbe".Il est également nécessaire de connaître le déplacement angulaire entre les axes d'un magnétomètre/inclinomètre et le repère 254a, ce déplacement angulaire,ne devant pas varier au cours de l'opération de forage (il est préférable, mais non indispensable que l'angle formé entre un des axes horizontaux du magnétomètre/inclinomètre et le repère d'indexage 254a soit égal à zéro). In fact, the lower section 250b of the housing consists of several sub-sections which are joined to each other by a special element shown in FIG. 7C. As shown in FIG. 7C, each sub-section includes a groove 260 at its upper end, and at its lower end a protrusion or a tooth 261. The projection 261 of the urn under -section comes engage exactly in the groove 260 of the adjacent subsection.Les adjacent subsections are maintained by an assembly sleeve 262 being housed exactly in the ends of the subsections. Circular openings 263 made in the subsections are aligned with respective threaded openings 264 in the assembly sleeve 262 and the members are secured by screws 265. The special assembly member illustrated in FIG. precise angular indexing when the protector 253 is a "curved protector". As previously pointed out, the angle formed between the indexing marks 253a and 254a must be known in order to calculate the angle formed with respect to the vertical of the "curved protector". It is also necessary to know the displacement angle between the axes of a magnetometer / inclinometer and the mark 254a, this angular displacement, not to vary during the drilling operation (it is preferable, but not essential that the angle formed between one of the horizontal axes of the magnetometer / inclinometer and the indexing mark 254a is equal to zero).
A cet effet, l'instrument 250b est asseniblé aux dents d'indexage angulaire 261 comme représenté dans les figures 7C et 7A.For this purpose, the instrument 250b is attentable to the angular indexing teeth 261 as shown in FIGS. 7C and 7A.
Pour réaliser un système de télémesure efficace, deux conditions doivent être prises en considération. L'une d'elles se rapporte aux conditions optimales en vue d'obtenir le régime des ondes de choc hydrauliques. L'autre condition concerne l'obtention d'ondes de choc d'une inten sité suffisante pour supprimer les effets des bruits étrangers. To achieve an effective telemetry system, two conditions must be taken into consideration. One of them relates to the optimal conditions for obtaining the regime of hydraulic shock waves. The other condition relates to obtaining shock waves of sufficient intensity to suppress the effects of foreign noises.
IX. REMARQUES COMPLEMENTAIRES
(1) Afin d'obtenir les ondes de choc décrites dans la spécification ci-dussus, certaines limites sont imposées à la valeur K2 (vitesse moyen @ ne de changement de l'ouverture du clapet), ainsi qu'à la valeur Tb(v) (temps de débit ouvert). Des expériences ont démontré que la valeur K2 devait être d'au moins 5 cm2/seconde et qu'elle devait se situer, de préférence, dans l'intervalle de 20 cm2/ scconde à 150 cm2/seconde. La.valeur Tb(v) doit être tou@ au plus de 500 millisecondes et, de préférence, elle doit se situer dans l'intervalle allant de 50 millisecondes à 150 millisccondes.IX. ADDITIONAL REMARKS
(1) In order to obtain the shock waves described in the above specification, certain limits are imposed on the value K2 (average speed @ no change of the opening of the valve), as well as on the value Tb ( v) (open flow time). Experiments have shown that the K2 value should be at least 5 cm2 / second and that it should preferably be in the range of 20 cm2 / scconde to 150 cm2 / second. The value Tb (v) must be at most 500 milliseconds and preferably it should be in the range of 50 milliseconds to 150 milliseconds.
(2) Bien que les impulsiorts de synchronisation (horloge 155) des exemples décrits soient émises par le générateur raccordé à l'arbre de la pompe ou par la boucle à phase rigide décrite dans le brevet connexe, il est à noter que l'on peut prévoir d'autres éléments assurant la fréquence d'horloge en synchronisme avec le fonctionnement de la pompe. Par exemple, on peut utiliser le "compteur de courses de pompe" bien connu et habituellement adapté su la bi elle de la pompe afin de produire une impulsion électrique par course de la pompe.La période s'écoulant entre chacune de ces @mpulsions successives l > t'ut être divisée cri un nombre approprié (par exemple, 512 ou 1.024) de laps de temps égaux par un microprocesseur ou par une boucle à phase rigide ou encore par un autre moyen bien connu dans la technique de dc l'électro- nique et des ordinateurs. Dans un système de ce type, il n'est pas nécessaire savoir accès à l'arbre dc transmissi.oll de la pompe et la fréquence d'horloge égale à celle du générateur 155 peut être produite par le microprocesseur et Je commutateur du compteur de courses de la pompe. (2) Although the synchronization impulses (clock 155) of the described examples are emitted by the generator connected to the pump shaft or by the rigid phase loop described in the related patent, it should be noted that may provide other elements ensuring the clock frequency in synchronism with the operation of the pump. For example, it is possible to use the well-known "pump stroke counter" which is usually adapted to the pump in order to produce an electric pulse per stroke of the pump. The period elapsing between each of these successive pulses A suitable number (eg, 512 or 1.024) of equal time by a microprocessor or a rigid phase loop or other means well known in the art of electro - computers and computers. In a system of this type, it is not necessary to know how to access the transmissi.oll shaft of the pump and the clock frequency equal to that of the generator 155 can be produced by the microprocessor and the counter switch. Pump runs.
(3) Dans la première partie de la pré sente spécification, on a décrit en détail les conditions de formation d'ondes de choc hydrauliques et < l < 's "ondes de clapet" y associées. A certaines profondeurs, par exempît', à de faibles profondeurs, il peut se présenter des conditions dans lesquelles l'onde de clapet décrite ci-dessus n'est pas formée convenablement. Pour une onde de clapet d.e ce type, il est nécessaire qu'un volume suffisant de boue s 'écoule dans la conduite de forage ct qu'il règne une pression hydrostatique suffisante à r extrémité tlu transmetteur. Il est clairement entendu que la présente invention n'est nullement limitée à l'onde de clapet particulière représentée ct qu'elle peut être appliquée à d'autres formes d'impulsions de pression pouvant être détectées à la surface du sol suite au fonctionnement du clapet 40. (3) In the first part of this specification, the conditions of formation of hydraulic shock waves and associated "valve waves" have been described in detail. At certain depths, for example, at shallow depths, conditions may arise where the valve wave described above is not suitably formed. For a valve wave of this type, it is necessary that a sufficient volume of sludge flows into the borehole and that there is sufficient hydrostatic pressure at the end of the transmitter. It is clearly understood that the present invention is in no way limited to the particular valve wave shown and can be applied to other forms of pressure pulses that can be detected at the surface of the ground as a result of the operation of the flapper 40.
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR848418637A FR2554866B1 (en) | 1979-08-21 | 1984-12-06 | MEASURING APPARATUS FOR USE IN A BOREHOLE AND OPERATING DURING DRILLING |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US6852679A | 1979-08-21 | 1979-08-21 | |
FR848418637A FR2554866B1 (en) | 1979-08-21 | 1984-12-06 | MEASURING APPARATUS FOR USE IN A BOREHOLE AND OPERATING DURING DRILLING |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2554866A1 true FR2554866A1 (en) | 1985-05-17 |
FR2554866B1 FR2554866B1 (en) | 1988-10-21 |
Family
ID=26224265
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR848418637A Expired FR2554866B1 (en) | 1979-08-21 | 1984-12-06 | MEASURING APPARATUS FOR USE IN A BOREHOLE AND OPERATING DURING DRILLING |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2554866B1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3964556A (en) * | 1974-07-10 | 1976-06-22 | Gearhart-Owen Industries, Inc. | Downhole signaling system |
US4078620A (en) * | 1975-03-10 | 1978-03-14 | Westlake John H | Method of and apparatus for telemetering information from a point in a well borehole to the earth's surface |
GB2009473A (en) * | 1977-12-05 | 1979-06-13 | Gearhart Owen Industries | Borehole while drilling |
-
1984
- 1984-12-06 FR FR848418637A patent/FR2554866B1/en not_active Expired
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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GB2009473A (en) * | 1977-12-05 | 1979-06-13 | Gearhart Owen Industries | Borehole while drilling |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2554866B1 (en) | 1988-10-21 |
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