NL8202369A

NL8202369A - DEVICE AND METHOD FOR TRANSFERRING DATA FROM AN INSTRUMENT WITHIN A DRILL TO THE SURFACE OF THE EARTH.

Info

Publication number: NL8202369A
Application number: NL8202369A
Authority: NL
Original assignee: Amf Inc
Priority date: 1981-06-15
Filing date: 1982-06-11
Publication date: 1983-01-03
Also published as: GB2100321B; GB2100321A

Description

- 1 - \ *- 1 - \ *

Inrichting en werkwijze voor het overdragen van gegevens van een instrument binnen een boorput naar het oppervlak van de aarde.Apparatus and method for transferring data from an instrument within a well to the surface of the earth.

De uitvinding heeft betrekking op een verbeterde inrichting en werkwijze voor het overdragen van gegevens van een instrument binnen een boorput naar het oppervlak van de aarde.The invention relates to an improved device and method for transferring data from an instrument within a wellbore to the surface of the earth.

5 Bij het gebruiken van veel soorten boorput- instrumenten, zoals bosturings- en bewakingsuitrustingen, is het vaak gewenst om afgetaste data te transmitteren van het instrument naar het oppervlak van de aarde, terwij1 het instrument in de boorput blijft, en in veel gevallen 10 bij voorkeur gedurende een daadwerkelijk boorbedrijf.5 When using many types of well tools, such as forest control and monitoring equipment, it is often desirable to transmit scanned data from the tool to the surface of the earth while the tool remains in the well, and in many cases 10 at preferred during an actual drilling operation.

Een gebruikelijke wijze van het leveren van datasignalen naar het oppervlak is geweest door middel van elektrische transmissie via een draadkabel, gebruikt om het instrument in de put op te hangen en dit omlaag 15 te brengen en naar boven weg te trekken uit de put. Een dergelijk gebruik van een draadkabel voor dit doel is duur en tijdrovend in die zin, dat dit gewoonlijk complete verwijdering van het instrument- en de kabel uit de boorput vereist iedere keer, dat een pijpsectie wordt toegevoegd 20 of verwijderd van de boorkolom. Teneinde het gebruik van een draadkabel te vermijden, zijn telemetrische systemen voorgesteld, die gebruikmaken van veranderingen in druk van de circulerende spoeling voor het transmitteren van informatie van een benedenwaarts gelegen putlokatie naar 25 het oppervlak van de aarde door dergelijke veranderingen te induceren in overeenstemming met informatie, afgetast door het instrument en dan te responderen aan deze druk-veranderingen aan het oppervlak.A common mode of supplying data signals to the surface has been by wire electric transmission, used to suspend the instrument in the well and lower it and pull it upward from the well. Such use of a wire rope for this purpose is expensive and time consuming in that it usually requires complete removal of the tool and cable from the wellbore each time a pipe section is added or removed from the drill string. In order to avoid the use of a wireline, telemetry systems have been proposed that utilize changes in circulating coil pressure to transmit information from a downhole well location to the surface of the earth by inducing such changes in accordance with information , scanned by the instrument and then responding to these pressure changes on the surface.

Het hoofddoel van de uitvinding is het verschaffen 30 van een verbeterde inrichting voor het transmitteren van informatie van een boorputinstrument naar een opper-vlaktelokatie zonder de noodzaak van een draadkabel of voor het verwijderen van het instrument van de put bij elke verandering in lengte van de boorkolom, en zonder de 35 noodzaak om kleppen aan te brengen in het spoelingsysteem 8202369 « * - 2 - dan wel andere middelen voor het veranderen van de druk of stroomkarakteristieken van de circulerende spoeling in overeenstemming met de getransmitteerde data. Het telemetrische systeem volgens de uitvinding maakt trans-5 missie mogelijk van signalen gedurende een daadwerkelijke booroperatie en op een wijze, dat gegevens zeer doelmatig naar het oppervlak worden overgebracht en positief en in wezen tegelijk met de ontwikkeling van deze gegevens door het beneden in de boorput aangebrachte instrument.The main object of the invention is to provide an improved device for transmitting information from a well tool to a surface location without the need for a wire rope or for removing the tool from the well with any change in drill string length , and without the need to provide valves in the purge system 8202369 * - 2 - or other means for changing the pressure or flow characteristics of the circulating purge in accordance with the transmitted data. The telemetric system of the invention allows for transmission of signals during an actual drilling operation and in a manner that data is transferred to the surface very efficiently and positively and essentially simultaneously with the development of this data by drilling downhole. applied instrument.

10 Indien het instrument een besturingsuitrusting is, kan een operateur zodoende in kennis worden gesteld van de daadwerkelijke inclinatie van de boorput en de azimuth van deze inclinatie, terwijl de boorkop in rotatie wordt aangedreven, zodat correctie gemakkelijk kunnen worden 15 gemaakt vanaf het oppervlak teneinde de boorkop en de boorkolom op optimale wijze te sturen.Thus, if the instrument is a control equipment, an operator can be notified of the actual inclination of the wellbore and the azimuth of this inclination while the drill bit is rotated, so that correction can be easily made from the surface in order to obtain the optimally control the drill head and the drill stand.

Teneinde deze resultaten te verkrijgen, wordt volgens de uitvinding voorgesteld om in de boorkolom een koppeling aan te brengen, die reageert op datasignalen 20 van de stuuruitrusting of een ander besturingsinstrument, en kan worden bekrachtigd door deze signalen tussen een aandrijftoestand, waarbij vermogen wordt overgedragen naar de boorkop en een vrijloopconditie, waarbij de aandrijving van de boorkop wordt onderbroken. Deze 25 veranderingen in de vermogensievering aan de boorkop resulteren in corresponderende veranderingen in de torsie, waaraan de boorkolom wordt onderworpen, en deze veranderingen in torsie worden afgetast aan het oppervlak van de aarde en gebruikt voor het voortbrengen van een 30 uitleesindicatie of een andere uitgang, die representatief is voor de gegevens beneden uit de boorput. In bepaalde vormen van de uitvinding kan de koppeling operatidneel zijn tussengeplaatst tussen de boorkop en een motor, die de boorkop aandrijff, terwijl bij een andere uitvoerings-35 vorm van de uitvinding de boorkop kan zijn verbonden in de boorkolom boven een boorkopaandrijfmotor en werkzaam zijn voor het onderbreken van de transmissie van het reactieve draaikoppel van de motor naar het gedeelte van de boorkolom daarboven teneinde op deze wijze de 40 aandrijving naar de boorkop te beinvloeden.In order to obtain these results, it is proposed according to the invention to provide in the drill string a coupling which responds to data signals 20 from the steering equipment or other control instrument, and can be energized by these signals between a driving state, whereby power is transferred to the chuck and a freewheel condition, interrupting the drive of the chuck. These changes in the power spring on the drill bit result in corresponding changes in the torque to which the drill string is subjected, and these changes in torque are sensed on the surface of the earth and used to generate a readout indication or other output, which is representative of the downhole data. In certain forms of the invention, the coupling may be operatively interposed between the drill bit and a motor driving the drill bit, while in another embodiment of the invention the drill bit may be connected in the drill string above a drill bit drive motor and operable for interrupting the transmission of the reactive torque of the motor to the portion of the drill string above so as to affect the drive to the drill bit.

8202369 9 Λ - 3 -8202369 9 Λ - 3 -

De koppeling is bij voorkeur een fluidumpomp met twee secties, die bij relatieve rotatie werkzaam zijn voor het pompen van een fluidum langs een vastgestelde weg, waarbij kleporganen zijn aangebracht voor het 5 onderbreken van de fluxdumstroom door de pomp en deze daardoor te transformeren tot een positief aandrijfsamen-stel, waarin de twee secties van de pomp niet relatief draaibaar zijn en de boorkop daardoor positief wordt aangedreven door de geassocieerde motor.The coupling is preferably a two-section fluid pump operating at relative rotation to pump a fluid along a predetermined path, valve members being provided to interrupt the flow of flux through the pump and thereby transform it into a positive drive assembly, in which the two sections of the pump are not relatively rotatable and the drill bit is thereby positively driven by the associated motor.

10 ' Het bovenstaande en andere kenmerken en doeleinden van de uitvinding zullen beter worden begrepen aan de hand van de volgende gedetailleerde beschrijving van kenmerkende uitvoeringsvormen van de uitvinding, toege-licht in de tekening. In de tekening toont: 15 fig. 1 een gedeeltelijk schematische vertikale doorsnede door een boorkolom met een besturingsinstrument en een telemetrisch systeem volgens de uitvinding, fig. 2 een vergrote dwarsdoorsnede volgens II-II van fig. 1, 20 fig. 3 een schematische weergave van de hydrau- lische en elektrische ketens volgens de uitvinding, fig. 4 de data en torsiepulsen in de fig. 1 - fig. 3 uitvoering, fig. 5 en 6 schematisch twee varianten van de 25 uitvinding, en fig. 7 een vergroot detail in doorsnede genomen volgens het omcirkelde gebied VII in fig. 6.The above and other features and objects of the invention will be better understood from the following detailed description of typical embodiments of the invention, illustrated in the drawing. In the drawing: fig. 1 shows a partly schematic vertical section through a drilling column with a control instrument and a telemetric system according to the invention, fig. 2 an enlarged cross-section according to II-II of fig. 1, 20 fig. 3 a schematic view of the hydraulic and electric chains according to the invention, fig. 4 shows the data and torsion pulses in the fig. 1 - fig. 3 embodiment, fig. 5 and 6 schematically two variants of the invention, and fig. 7 an enlarged detail taken in section according to the circled area VII in fig. 6.

Fig. 1 toont een boorkolom 10, die wordt aangedreven vanaf het oppervlak van de aarde voor het boren van een 30 boorput 11. De boorkolom is op gebruikelijke wijze gevormd van een serie boorpijpsecties 12, met elkaar verbonden in eind-tot-eind-relatie bij schroefdraadverbindingen 13, en welke aan hun ondereinde een boorkop 14 dragen, die door middel van rotatie de boorput boort. De bovensectie 35 van de boorkolom is een uitwendige niet-cirkelvormige kelly 115, die in rotatie wordt aangedreven door een draaitafel 16 via een hoofdkoppelings- en kellykoppelings-samenstel. De gebruikelijke rotarykraan 18 omvat een motor 19, die werkt via een aandrijving 20 voor het 40 draaien van de draaitafel 16 en de boorkolom 10 rond de 8202369 i t - 4 - vertikale of longitudinale hoofdas 21 van de boorput.Fig. 1 shows a drill string 10 driven from the surface of the earth to drill a wellbore 11. The drill string is conventionally formed from a series of drill pipe sections 12 connected together in end-to-end relationship at threaded connections. 13, and which bear a drill bit 14 at their lower end, which drills the wellbore by means of rotation. The top section 35 of the drill string is an external non-circular kelly 115, which is driven in rotation by a turntable 16 via a main coupling and kelly coupling assembly. Conventional rotary valve 18 includes a motor 19, which operates through a drive 20 to rotate the turntable 16 and drill string 10 about the main well 8202369 vertical or longitudinal well 21 of the wellbore.

Nabij zijn onderste einde omvat de boorkolom een instrumentsectie 22, die werkt voor het besturen van een koppelingssamenstel 23 voor het maken en breken van de 5 aandrijfverbinding tussen het bovengedeelte van de kolom boven de instrumentsectie 22 en de boorkop. Een lageringssamenstel 24 onder het koppelingssamenstel transmitteert axiale en laterale krachten van de boorkop naar de zijwand van de boorkolom.Near its lower end, the drill string includes an instrument section 22, which operates to control a coupling assembly 23 to make and break the drive connection between the top portion of the column above the instrument section 22 and the drill bit. A bearing assembly 24 below the coupling assembly transmits axial and lateral forces from the drill bit to the sidewall of the drill string.

10 De instrumentsectie 22 kan een besturingsuitrusting zijn, een bewakingsinstrument of enig ander instrument in staat om te reageren om enigerlei wijze op condities in de boorput en het voortbrengen van datasignalen, die informatie representeren, die moet worden getransmitteerd 15 naar het oppervlak van de aarde. Met het oog op de hier gegeven bespreking zij aangenomen, dat instrument 22 een besturingsgereedschap is met een aftasteenheid 25, welke in staat is om de inclinatie van de longitudinale as 15 van de boorkolom af te tasten ter plaatse van 20 instrument 22, en de azimuth- of kompasrichting van deze inclinatie, teneinde te kunnen worden gebruikt door een operateur voor het volgen van de vooruitgang van de boorkolom door de aarde, en het punt, waar de boorkop op een bepaald moment is gekomen. De sensor 25 kan bijv.The instrument section 22 may be a control equipment, a monitoring instrument or any other instrument capable of responding in any way to downhole conditions and generating data signals, representing information to be transmitted to the surface of the earth. In view of the discussion herein, it will be assumed that instrument 22 is a control tool with a sensing unit 25 capable of sensing the inclination of the longitudinal axis 15 of the drill string at instrument 22, and the azimuth - or compass direction of this inclination, in order to be used by an operator to monitor the progress of the drill string through the earth, and the point where the drill bit has come at some point. The sensor 25 can e.g.

25 zijn van het soort, getoond en beschreven in het Amerikaanse octrooi 3.791.043, verleend op 12 februari 1974 aan Michael King Russell voor "Indicating Instruments". De in genoemd octrooi getoonde instr.umenten hebben een aantal zwaartekrachtssensoren, werkzaam voor het aftasten van 30 verschillende componenten van de inclinatie van het instrument, en een aantal magnetische kompaseenheden, werkzaam voor het aftasten van verschillende componenten van azimuth, samen met een elektronische schakeling, die werkzaam is voor het voortbrengen van een reeks digitale 35 pulsen in multiplex vorm, welke bij deze oudere uitvinding werden gevoerd naar het oppervlak van de aarde via een elektrische kabel en daar gecombineerd voor het voortbrengen van indicaties van de daadwerkelijke inclinatie van het instrument in de put, de richting van deze 40 inclinatie, en de hoek, tot welke het instrument is 8202369 * y - 5 - ι gedraaid over zijn lengte-as.25 are of the type shown and described in U.S. Patent 3,791,043 issued February 12, 1974 to Michael King Russell for "Indicating Instruments". The instruments shown in said patent have a number of gravity sensors operable to sense 30 different components of the inclination of the instrument, and a number of magnetic compass units operative to scan various components of azimuth, together with an electronic circuit, operative to generate a series of digital pulses in multiplex form, which in this older invention were fed to the surface of the earth via an electrical cable and combined there to produce indications of the actual inclination of the instrument in the pit, the direction of this 40 angle, and the angle at which the instrument is rotated 8202369 * y - 5 - ι along its longitudinal axis.

In de inrichting van fig. 1 kan de sensoreenheid 25 kenmerkend twee of meer zwaartekrachtcomponents-sensoren 125 bevatten en twee of meer richtingscompoent-u 5 sensoren 225, zoals in het boven besproken Amerikaanse octrooi, waarbij de informatie van deze sensoren wordt overgedragen aan elektronische eenheden 26, die worden bekrachtigd door een geschikte batterij of batterijen 27, en een uitgang produceren zoals in het Amerikaanse 10 octrooi, bestaande uit een reeks in multiplexvorm gebrachte digitale pulsen, die de gegevens representeren, die moeten worden overgedragen naar het oppervlak van de aarde. De informatie-inhoud van de gegevens kan worden ingevoerd in de datareeks door het varieren van de 15 timing tussen opeenvolgende pulsen in een herkenbaar pulsbreedtecoderingspatroon.In the arrangement of Figure 1, the sensor unit 25 may typically include two or more gravity component sensors 125 and two or more directional component sensors 225, such as in the U.S. patent discussed above, in which the information from these sensors is transferred to electronic units 26, which are powered by a suitable battery or batteries 27, and produce an output as in the US patent, consisting of a series of multiplexed digital pulses, which represent the data to be transferred to the surface of the earth. The information content of the data can be input to the data sequence by varying the timing between successive pulses in a recognizable pulse width encoding pattern.

De sensoreenheid 25 en de elektronische elementen 26 en de batterij of batterijen 27 kunnen zijnonder-gebracht in een pijp-sub of sectie 28, die door schroef- 20 draad is verbonden aan zijn boveneinde 29 met de eerste daarboven gelegen sectie 12 van de boorkolom, en welke een wanddikte heeft, die groot genoeg is om het boorkoppel daar doorheen te transmitteren. Een inwendige pijp of buis 30 kan zijn gevoerd binnen sub 28 25 en op geschikte wijze stijf daaraan zijn bevestigd, waarbij eenheden 25, 26 en 27 aanwezig zijn binnen de ringvormige ruimte tussen de buitenpijpsectie 28 en de binnenbuis 30, en op geschikte wijze verbonden aan een of beide van deze delen in een vaste relatieve positie.The sensor unit 25 and the electronic elements 26 and the battery or batteries 27 may be housed in a pipe sub or section 28, which is screw threaded at its upper end 29 to the first upper section 12 of the drill string, and which has a wall thickness large enough to transmit the drilling torque therethrough. An inner pipe or tube 30 may be lined within sub 28 and suitably rigidly attached thereto, units 25, 26 and 27 being contained within the annular space between the outer pipe section 28 and the inner tube 30, and suitably connected to one or both of these parts in a fixed relative position.

30 De elektronische eenheden 26 en de batterij of batterijen 27 zijn kenmerkend weergegeven als ringvormig en geplaatst rond binnenbuis 30 en op geschikte wijze daaraan bevestigd. De buis 30 kan aan zijn tegenover gelegen uiteinden zijn verzegeld aan de pijpsectie 28, teneinde 35 de ringvormige ruimte rond de buis 30 te isoleren van communicatie met de boorspoeling, die benedenwaarts vloeit door het inwendige van de boorkolom en door de buis 30 naar de boorkop.The electronic units 26 and the battery or batteries 27 are typically shown as annular and placed around inner tube 30 and suitably attached thereto. The tube 30 may be sealed at its opposite ends to the pipe section 28 to isolate the annular space around the tube 30 from communication with the drilling fluid flowing down the interior of the drill string and through the tube 30 to the drill bit .

Het koppelingssamenstel 23 omvat een buitenste 40 buisvormig lichaam of pijp-sub 31, waarvan het boveneinde 8202369 ί * - 6 - via schroefdraad is verbonden bij 32 aan het benedeneinde van instrument-sub 28, en waarvan het ondereinde door middel van schroefdraad is verbonden bij 33 aan een sectie 34 van het lageringssamenstel 24. Deze sectie 34 van het 5 lageringssamenstel is op zijn beurt via schroefdraad verbonden bij 35 met een sectie 36 van het lagerings- samenstel. Boorkop 14 is via schroefdraad verbonden bij 37 met een boorkopdragergedeelte 38, dat een buisvormige schacht 39 heeft, die bovenwaarts uitsteekt binnen de 10 buitendelen 34 en 36 van het lageringssamenstel en is voor rotatie ten opzichte daarvan gelagerd rond as 15 van de boorkolom. Axiale krachten, uitgeoefend bovenwaarts tegen de boorkop kunnen worden overgedragen aan het hoofdlichaam van de boorkolom via een onderste kogelblok 15 40, tussengeplaatst axiaal tussen het benedeneinde van sectie 36 en een schouder 41 op gedeelte 38. Axiale krachten in tegengestelde richting kunnen worden overgedragen van het bovenste einde van gedeelte 36 via een tweede kogellager 42 aan een ring 43, gedragen rond en stijf 20 bevestigd aan schacht 39 van het boorkopdragende gedeelte 38. Laterale krachten, uitgeoefend door de boorkop, kunnen worden overgedragen aan deel 36 door een hulslager of lagers 44. Het zal vanzelfsprekend duidelijk zijn, dat andere lageringsarrangementen in de plaats genomen kunnen 25 worden voor degene, die kenmerkend is weergegeven.The coupling assembly 23 includes an outer 40 tubular body or pipe sub 31, the top end of which is threaded 8202369 6 * 6 at the bottom end of instrument sub 28, and the bottom end of which is threaded at 33 to a section 34 of the bearing assembly 24. This section 34 of the bearing assembly is in turn threadedly connected at 35 to a section 36 of the bearing assembly. Drill chuck 14 is threadedly connected at 37 to a chuck carrier portion 38, which has a tubular shank 39 which projects upwardly within the outer members 34 and 36 of the bearing assembly and is mounted for rotation about axis about axis 15 of the drill string. Axial forces exerted upwardly against the chuck can be transferred to the main body of the drill string via a lower ball block 15 40, interposed axially between the lower end of section 36 and a shoulder 41 on section 38. Axial forces in opposite directions can be transferred from the upper end of section 36 via a second ball bearing 42 on a ring 43, carried round and rigidly attached to shaft 39 of the chuck bearing section 38. Lateral forces, exerted by the chuck, can be transferred to part 36 by a sleeve bearing or bearings 44 It will be understood, of course, that other bearing arrangements can be substituted for the one typically shown.

Direkt boven het boveneinde van het lageringssamenstel 24 omvat het koppelingssamenstel een fluldum-pomp 45, die bij voorkeur van het schoepentype is, waarvan de rotor 46 stijf verbonden is met de schacht 39 en 30 deze en de daarmee verbonden boorkop 14 aandrijft, en waarvan de stator of het uitwendige buisvormige lichaam 47 kenmerkend en enigszins schematisch is getoond als vormende een gedeelte van het tevoren genoemde uitwendige buisvormige lichaam 31 van het koppelingssamenstel 23.Immediately above the upper end of the bearing assembly 24, the coupling assembly includes a fluid pump 45, which is preferably the vane type, the rotor 46 of which is rigidly connected to the shaft 39 and 30 driving it and the associated drill bit 14, and of which the stator or the outer tubular body 47 is typically and somewhat schematically shown as forming a portion of the aforementioned outer tubular body 31 of the coupling assembly 23.

35 Het zal vanzelfsprekend duidelijk zijn, dat de pomp desgewenst separaat kan zijn gevormd van en op geschikte wijze bevestigd aan het verdere van het koppelingssamenstel 23. De verbinding tussen de elementen 39 en 46 kan zijn gemaakt door voorziening van in elkaar grijpende 40 schroefdraden 146 van de delen en een pen of pennen 246, 8202369 7. * - 7 - die de schroefdraad-verbonden delen tegen relatieve rotatie vergrendeld houden.It will be understood, of course, that the pump may, if desired, be formed separately from and appropriately attached to the further of the coupling assembly 23. The connection between the elements 39 and 46 may be made by provision of interlocking 40 threads 146 of the parts and a pin or pins 246, 8202369 7. * - 7 - which keep the threaded parts locked against relative rotation.

Fig. 2 toont d£n mogelijke vorm van de pomp 45, waarbij de rotor 46 een reeks cirkelgewijs op afstand 5 gelegen, zich radiaal uitstrekkende schoepen 48 draagt, en roteert rond de longitudinale hoofdas 15 van de uit-rusting met betrekking tot het uitwendige lichaam 47 en binnen een cilindrische kamer 49, die excentrisch is ten opzichte van de as 15, zodat de schoepen glijdend 2Q binnenwaarts en buitenwaarts kunnen bewegen met betrekking tot de rotor, wanneer deze rotor draai’t, teneinde kamers 50 te verschaffen tussen de schoepen, welke eerst progressief toenemen en vervolgens progressief afnemen in grootte op een zodanige wijze, dat fluidum wordt 25 gepompt van een iniaatdoorgang 51 in lichaam 47 naar een uitlaatpassage 52, gevormd in de tegenover gelegen zijde van dat lichaam. De pomp 45 is aldus van het positieve verplaatsingstype, en het fluidum, dat daar doorheen stroomt, is een vloeistof, die werkzaam is, 20. wanneer de ontlading van fluidum van het uitlaatkanaal 52 is geblokkeerd, teneinde de rotor van de pomp op positieve wijze te vergrendelen tegen rotatie met betrekking tot het uitwendige statorelement 47. Circulerende spoeling stroomt benedenwaarts door een centrale doorgang 53 in de 25 pomp naar de boorkop, waarbij het fluidum, dat door de pompkamers 50 wordt geleid, op alle punten is geisoleerd van contact met deze spoeling. De spoeling kan derhalve onder geen enkele omstandigheid in contact komen met de buitenzijde van de rotor 46 of de schoepen 48 of enige 30. van de andere onderdelen, die de geslofcen circulatieweg vormen voor het hydraulische fluidum, dat door eenheid 45 wordt gepompt, waardoor beschadiging van d§n van deze bewegende delen door de spoeling wordt voorkomen.Fig. 2 shows one possible shape of the pump 45, the rotor 46 carrying a series of circularly spaced, radially extending blades 48, and rotating about the longitudinal major axis 15 of the gear with respect to the outer body 47 and within a cylindrical chamber 49, which is eccentric with respect to the shaft 15, so that the blades can slide inwardly and outwardly with respect to the rotor as this rotor rotates, to provide chambers 50 between the blades, first progressively increasing and then progressively decreasing in size such that fluid is pumped from an inlet passage 51 in body 47 to an outlet passage 52 formed in the opposite side of that body. The pump 45 is thus of the positive displacement type, and the fluid flowing through it is a fluid which operates when the discharge of fluid from the outlet channel 52 is blocked to positively pump the rotor. lock against rotation with respect to the external stator element 47. Circulating mud flows downward through a central passage 53 in the pump to the drill bit, isolating the fluid passing through the pump chambers 50 at all points from contact with it rinse. Under no circumstances, therefore, can the rinse come into contact with the outside of the rotor 46 or the vanes 48 or any of the other 30 parts, which form the shuffled circulation path for the hydraulic fluid pumped by unit 45, causing damage. of any of these moving parts is prevented by the flushing.

Boven de schoepenpomp 45 bevat het koppelings-35 samenstel 23 een ringvormige balg of ander equivalent element 54 voor het communiceren van de druk van de circulerende spoeling aan de hydraulische vloeistof, die wordt behandeld door de pomp 45, teneinde de beide fluida op essentieel corresponderende drukken te houden 40 en ongewenste lekkage te voorkomen tussen het ene fluidum 8202369 - 8 - en het andere. De balg 54 is bij voorkeur opgenomen rond een onderste buisvormige extensie 55 van de buis 30 van het instrument 22, en kan ringvormig zijn verzegeld aan deze extensie aan de boven- en ondereinden 56 en 57 van de 5 balg, waarbij e§n of meer openingen 58 in de extensie 55 de druk van de circulerende spoeling door de zijwand van buis 55 in verbinding brengen met het inwendige van de balg. De kamer 59, gevormd in het lichaam 31 rond de balg 54, bevat een hoeveelheid van het circulerende 10 hydraulische fluidum, dat vloeit door de pomp, en werkt als een toevoerreservoir, dat wordt gehouden onder de druk van de circulerende spoeling. Onder de balg 54 kan het lichaam 31 een ontlastingsklep 60, een solenoideklep 61 en een drukmeetelement of drukomzetter 62 bevatten. Het 15 onderste uiteinde van de binnenbuis of element 55 is op geschikte wijze ringvormig afgedicht ten opzichte van de relatief roteerbare binnenbuis 46 van fluidumpomp 45, bijv. door een O-ring 63.Above the vane pump 45, the coupling 35 assembly 23 includes an annular bellows or other equivalent element 54 for communicating the pressure of the circulating fluid to the hydraulic fluid being treated by the pump 45 to provide the two fluids at essentially corresponding pressures 40 and prevent unwanted leakage between one fluid 8202369-8 and the other. The bellows 54 is preferably included around a lower tubular extension 55 of the tube 30 of the instrument 22, and may be annularly sealed to this extension at the top and bottom ends 56 and 57 of the bellows, with one or more openings 58 in extension 55 communicate the pressure of the circulating mud through the side wall of tube 55 with the interior of the bellows. The chamber 59, formed in the body 31 around the bellows 54, contains an amount of the circulating hydraulic fluid flowing through the pump, and acts as a supply reservoir held under the pressure of the circulating mud. Under the bellows 54, the body 31 may include a relief valve 60, a solenoid valve 61, and a pressure measuring element or pressure transducer 62. The lower end of the inner tube or element 55 is suitably annularly sealed to the relatively rotatable inner tube 46 of fluid pump 45, eg by an O-ring 63.

Zoals te zien is in fig. 3, ontlaadt pomp 45 20 vid doorgang 52 naar de solenoideklep 61, die, indien geopend, fluidum laat omlopen door een leiding 64 en inlaat-kanaal 51 terug naar de inlaatzijde van de pomp. Wanneer de solenoideklep 61 gesloten is, kan derhalve het hydraulische fluidum niet terugkeren naar de inlaatzijde van de 25 pomp, en bijgevolg is de rotor van de pomp vergrendeld tegen rotatie ten opzichte van zijn stator, totdat de ontladingsdruk van de pomp een vastgestelde overdruk bereikt, waarop de ontspanningsklep 60 is ingesteld. De omzetter 62 tast de ontladingsdruk in leiding 52 van de pomp af 30 en brengt een elektrische uitgang voort, die de druk in leiding 65 representeert, en wordt geleid naar de elektronische eenheid 26. Dit druksignaal en de inclinatie en azimuthsignalen van sensor 25 worden als op.geschikte" wijze multiplex gevormde elektrische pulsen geleverd via 35 leiding 66 aan de solenoide 67 van klep 61, teneinde deze normaal gesloten klep iedere keer, dat een puls wordt ontvangen, te openen, en daardoor rotatie toe te laten van de rotor of pomp 45 ten opzichte van zijn stator in overeenstemming met de datasignalen van de een-40 heid 26.As seen in Figure 3, pump 45 discharges passage 52 to solenoid valve 61, which, when opened, bypass fluid through conduit 64 and inlet channel 51 back to the inlet side of the pump. Therefore, when the solenoid valve 61 is closed, the hydraulic fluid cannot return to the inlet side of the pump, and consequently the rotor of the pump is locked against rotation relative to its stator until the discharge pressure of the pump reaches a predetermined overpressure, to which the release valve 60 is set. The converter 62 senses the discharge pressure in line 52 of the pump 30 and generates an electrical output representing the pressure in line 65 and is fed to the electronic unit 26. This pressure signal and the inclination and azimuth signals of sensor 25 are referred to as suitably multiplexed electrical pulses supplied through line 66 to the solenoid 67 of valve 61 to open this normally closed valve each time a pulse is received, thereby allowing rotation of the rotor or pump 45 relative to its stator in accordance with the data signals of unit 40.

8202369 - 9 -8202369 - 9 -

Het bovengedeelte van fig. 4 geeft bij 68 de elektrische pulsen, die via leiding 66 vanaf eenheid 26 worden geleverd aan de solenoxdeklep 61. Zoals eerder opgemerkt , dorrespondeert bet txjdsverloop tussen opeen-5 volgende pulsen met de verscbillende informatiebits, die 2ijn afgeleid van de eenbeden 25 en 62, en moeten worden getransmitteerd naar bet oppervlak van de aarde. Het benedengedeelte van fig. 4 toont bij 69 de wijze, waarop bet boormoment, aangelegd aan boorkop 14 via 10 de boorkolom vanaf motor 19 aan bet oppervlak van de aarde elke keer afneemt, wanneer klep 61 is geopend voor bet breken van de aandrijvingen door de boorkolom naar de boorkop. De torsiepulstrein, weergegeven in het onderste gedeelte van fig. 4, wordt naar bovenwaarts 15 getransporteerd naar bet oppervlak van de aarde via de zijwand van de boorkolom, en wordt afgetast door een element 70. naar bet oppervlak van de aarde voor het bekracbtigen van een uitleeseendheid 71 in overeenstem-ming met de getransmitteerde data-. Eenheid 70 kan een 20 versnellingsmeter of een spanningsmeter zijn in staat om af te tasten wanneer en in welke mate het metaal van de zijwand van kelly 15 of een andere sectie van de boorkolom onder torsie staat, en om een elektrisch signaal voort te brengen in een leiding 72, die voert 25 naar nitleeseenheid 71. In overeenstemming met het genoemde ftmerikaanse octrooi 3.791,043 is uitleeseenheid 71 in staat om de multiplexsignalen in leiding 72 te converteren tot indicaties van de instrumentinclinatie, azimuth, componenten van de inclinatie of azimuth, 30 hogezijde-hoek, of andere informatie, afgetast door het instrument beneden in de put. De druk, ..die wordt afgetast door eenheid 62 en gecommuniceerd naar het oppervlak van de aarde, kan worden omgezet door uitleeseenheid 71 tot een indicatie van het koppel, dat 35 daadwerkelijk wordt aangelegd door de boorkolom aan de kop 14 op elk moment tijdens het boren.The top portion of FIG. 4 shows at 68 the electrical pulses supplied through line 66 from unit 26 to the solenoid valve 61. As noted previously, the time course between successive pulses corresponds to the different information bits derived from the ducks 25 and 62, and must be transmitted to the surface of the earth. The lower portion of FIG. 4 shows at 69 the manner in which the drilling torque applied to drill bit 14 through 10 decreases the drill string from motor 19 to the surface of the earth each time valve 61 is opened to break the actuators through the drill string to the drill bit. The torsion pulse train, shown in the lower portion of Fig. 4, is conveyed upwardly to the surface of the earth through the sidewall of the drill string, and is sensed by an element 70. to the surface of the earth for scratching a readout unit 71 in accordance with the transmitted data. Unit 70 may be an accelerometer or a strain gauge capable of sensing when and to what extent the metal of the sidewall of Kelly 15 or other section of the drill string is torsionally generated, and generating an electrical signal in a line 72, which leads 25 to reader unit 71. In accordance with said U.S. Patent 3,791,043, reader unit 71 is able to convert the multiplex signals in line 72 into indications of instrument inclination, azimuth, components of inclination or azimuth, high side angle, or other information, scanned by the instrument downhole. The pressure sensed by unit 62 and communicated to the surface of the earth can be converted by reading unit 71 to an indication of the torque actually applied by the drill string to the head 14 at any time during drill.

Gm een gebruikscyclus van de inrichting van de fig, 1 - 3 te recapituleren, zij aangenomen, dat de boorkolom zich bevindt in de boorput zoals getoond in 40 fig. 1, en dat circulerend fluidum naar beneden wordt 8202369 - 10 - gepompt via het inwendige van de boorkolom door een spoelingspomp 77, teneinde uit te treden aan de boorkop en opwaartse stromen binnen de ring rondom de boorkolom. Motor 19 is bekrachtigd voor het draaien van de draai-5 tafel 16 en de boorkolom, waarbij de solenoideklep 61 gedurende het grootste deel van de booroperatie is gesloten, teneinde omloop van hydraulisch fluldum van de ontladingszijde van pomp 45 naar zijn inlaatzijde te voorkomen, teneinde zodoende de rotor van de pomp te 10 vergrendelen tegen rotatie met betrekking tot zijn buiten-ste lichaam of stator, en rotatie over te dragen van de boorkolom rechtstreeks via de pomp naar boorkop 14.To recapitulate a cycle of use of the device of FIGS. 1 - 3, it is assumed that the drill string is located in the wellbore as shown in FIG. 1, and that circulating fluid is pumped down 8202369-10 - through the interior. from the drill string through a rinse pump 77 to exit the drill bit and flow upwardly within the ring surrounding the drill string. Motor 19 is powered to rotate turntable 16 and drill string, with solenoid valve 61 closed during most of the drilling operation to prevent hydraulic fluid bypass from the discharge side of pump 45 to its inlet side thus locking the rotor of the pump against rotation with respect to its outer body or stator, and transmitting rotation from the drill string directly through the pump to drill bit 14.

Wanneer het gewenst is om informatie over te dragen van de instrumentaftasteenheid 25 en/of drukomzetter 62 15 naar het oppervlak van de aarde, wordt de elektronische schakeling 26 op een of andere geschikte wijze ingeschakeld, bijv. door een vooringestelde klok of een ander schakel-orgaan, en is deze werkzaam voor het leveren van spannings-pulsen aan solenoide 67, welke de te transmitteren data 20 representeren, en voor het op intermitterende wijze openen van klep 61 in overeenstemming met deze data. Elke keer, dat klep 61 opent, is de rotor van pomp 45 vrij om te roteren ten opzichte van zijn stator, en de vermogens-transmissie naar boorkop 14 is zodoende onderbroken, met 25 als gevolg, dat de torsie in de boorkolom boven pomp 45 nagenoeg tot nul afneemt. Deze trein torsiepulsen wordt afgetast aan het oppervlak van de aarde, zoals besproken, en gebruikt voor het bekrachtigen van de uitleeseenheid 71 voor het voortbrengen van oppervlakterepresentaties 30 van. de gegevens beneden in de boorpnt.When it is desired to transfer information from the instrument sensing unit 25 and / or pressure transducer 62 15 to the surface of the earth, the electronic circuit 26 is turned on in some suitable manner, e.g., by a preset clock or other switch means, and operative to supply voltage pulses to solenoid 67 representing the data 20 to be transmitted, and to open valve 61 intermittently in accordance with these data. Each time valve 61 opens, the rotor of pump 45 is free to rotate relative to its stator, and the power transmission to drill bit 14 is thus interrupted, causing the torque in the drill string above pump 45 to be interrupted. practically decreases to zero. This train of torsion pulses is scanned on the surface of the earth, as discussed, and used to energize the reader unit 71 to generate surface representations of. the data below in the drill point.

De uitvoeringsvariant, getoond in fig. 5, is er e§n, wlarbij het bovenste hoofdgedeelte van de boorkolom 10a niet roteert, maar in plaats daarvan de boorkop 14a wordt aangedreven ten opzichte van dat boven-35 gedeelte van de boorkolom door een gebruikelijke beneden in de boorput aanwezige motor 19a, die kenmerkend wordt bedreven door de druk van de circulerende spoeling.The embodiment, shown in Fig. 5, there is one where the upper major portion of the drill string 10a does not rotate, but instead the drill bit 14a is driven relative to that upper portion of the drill string by a conventional lower motor 19a present in the wellbore, which is typically operated by the pressure of the circulating mud.

Het lageringssamenstel 24a van fig. 5 kan hetzelfde zijn als het samenstel 24 van fig. 1, en het koppelings-4Q samenstel 23a kan eveneens hetzelfde zijn als het samenstel 8202369 - 11 - 23 van fig. 1.. In fig. 5 is de stator van het buitenhuis 78 van motor 19a aan zijn boveneinde verbonden met een gebogen sub 73, die werkzaam is voor het richten van het ondergelegen boorsamenstel langs een zijdelings afgebogen 5 weg voor het boren van een boorput in een bepaalde richting. Het ondereinde van de rotor 79 van de motor is stijf verbonden met de buitensectie van het koppelings-samenstel 23a (corresponderende met het buitenlichaam 31-47 van fig. 1), dat op zijn beurt stijf verbonden is met 10 de buitensectie van het lageringssamenstel 24a (deel 36 van fig. 1). Het inwendige roterende gedeelte van het koppelingssamenstel 23a (corresporiderende met rotor 46 van fig. 1) is verbonden met de boorkop.The bearing assembly 24a of Fig. 5 may be the same as the assembly 24 of Fig. 1, and the clutch 4Q assembly 23a may also be the same as the assembly 8202369-11-23 of Fig. 1. In Fig. 5, the stator of the outer casing 78 of motor 19a connected at its upper end to a curved sub 73, which acts to direct the lower drilling assembly along a laterally deflected path for drilling a wellbore in a given direction. The lower end of the motor rotor 79 is rigidly connected to the outer section of the clutch assembly 23a (corresponding to the outer body 31-47 of Fig. 1), which in turn is rigidly connected to the outer section of the bearing assembly 24a (part 36 of fig. 1). The internal rotating portion of the coupling assembly 23a (cor- porating with rotor 46 of Figure 1) is connected to the drill bit.

Een instrumentsectie 22a, corresponderende met 15 sectie 22 van fig. 1, kan zijn verbonden in de kolom boven de gebogen sub 73, waarbij zich draden uitsteken benedenwaarts door de gebogen sub naar de motor en het koppelingssamenstel als deel van een hydraulische en elektrische keten, corresponderende met die, getoond in 20 fig. 3. Het boveneinde van de boorkolom in fig. 5 kan tegen rotatie worden vastgehouden door een eenheid, weer-gegeven bij 74, waarbij de torsie in de boorkolom wordt afgetast door een versnellingsmeter of spanningsmeter 70a voor het voortbrengen van elektrische pulsen in een leiding 25 72a, welke worden geconverteerd in de uitleeseenheid 71a tot aanwijzingen van de afgetaste gegevens beneden in de put.An instrument section 22a, corresponding to section 22 of Figure 1, may be connected in the column above the curved sub 73, wires extending downward through the curved sub to the motor and clutch assembly as part of a hydraulic and electrical chain, corresponding to that shown in Fig. 3. The upper end of the drill string in Fig. 5 may be held against rotation by a unit shown at 74, the torque in the drill string being sensed by an accelerometer or tension gauge 70a for generating electrical pulses in a line 72a, which are converted in the reading unit 71a to indicia of the scanned data downhole.

Bij bedrijf van de inrichting van fig. 5 wordt de inclinatie en richtingsinformatie, afgetast door 30 instrument 22a, gebruikt voor het op intermitterende wijze openen en sluiten van de aandrijving via koppeling 23a tussen motor 19a en boorkop 14a. Gedurende de intervallen, waarbij de motor de boorkop 14a aandrijft via de koppeling 23a, wordt een aanzienlijke reactieve torsie ontwikkeld 35 in de boorkolom boven motor 19a, en wanneer de koppeling 23 opent om de aandrijving tot de boorkop te breken, reduceert deze reactieve torsie tot of nabij nul, waarbij intermitterend verminderde torsiepulsen worden voortge-bracht in de boorkolom rond de motor voor uitlezing 40 door eenheid 7la.In operation of the device of Figure 5, the inclination and direction information sensed by instrument 22a is used to intermittently open and close the actuator via coupling 23a between motor 19a and drill chuck 14a. During the intervals, where the motor drives the drill bit 14a via the coupling 23a, a significant reactive torque is developed in the drill string above motor 19a, and when the coupling 23 opens to break the drive to the drill bit, this reactive torque reduces to or near zero, producing intermittently reduced torque pulses in the drill string around the motor for readout 40 by unit 7la.

8202369 - 12 -8202369 - 12 -

De fig. 6 en 7 tonen een andere uitvoeringsvariant, die in wezen dezelfde is als die van fig. 5, uitgezonderd, dat de koppeling 23b is verboriden in de boorkolom 10b boven de lokatie van motor 19b in plaats van onder deze 5 motor. In dit geval is de motor 19b werkzaam voor het in rotatie aandrijven van boorkop 14b via een lagerings-samenstel 14b, dat correspondeert met de samenstellen 24 en 24a van de eerste twee vormen van de uitvinding.Figures 6 and 7 show another embodiment variant which is essentially the same as that of Figure 5 except that the coupling 23b is dislocated in the drill string 10b above the location of motor 19b instead of below this motor. In this case, the motor 19b is operative to rotatively drive the drill bit 14b through a bearing assembly 14b, which corresponds to the assemblies 24 and 24a of the first two forms of the invention.

Motor 19b kan een conventionele spoelingsmotor zijn, 10 waarvan de rotor 119 is verbonden met de drijfschacht van boorkop 14b (corresponderende met schacht 39 van fig. 1), en met zijn stator 219 verbonden met de buitenbehuizing van het lagersamenstel 24b (corresponderende met de elementen 39 en 36 van fig. 1). De stator 219 van de 15 motor 19b is stijf verbonden aan zijn boveneinde met de rotor 46a van het koppelingssamenstel 23b (rotor 46 van fig. 1), door de stator 219 te voorzien van een naar boven uitstekend cilindrisch schachtgedeelte 80, via schroefdraad verbonden met schacht 46b bij 81, en 20 daaraan vergrendeld door een pen 82. Axiale krachten kunnen worden overgedragen van de buitenbehuizing of buis 31b van de koppelingssectie 23b naar de stator van de motor 19b door een kogellager of lageringen, weer-gegeven bij 83, en zijdelingse krachten kunnen worden 25 overgedragen door een naafbus of andere radiale lager-construct ie, aangegeven met 84.Motor 19b may be a conventional coil motor, the rotor 119 of which is connected to the drive shaft of drill chuck 14b (corresponding to shaft 39 of Fig. 1), and its stator 219 connected to the outer housing of the bearing assembly 24b (corresponding to the elements 39 and 36 of Fig. 1). The stator 219 of the motor 19b is rigidly connected at its upper end to the rotor 46a of the coupling assembly 23b (rotor 46 of Fig. 1), by providing the stator 219 with an upwardly projecting cylindrical shaft portion 80, threadedly connected to shaft 46b at 81, and locked thereto by a pin 82. Axial forces can be transferred from the outer housing or tube 31b of the coupling section 23b to the stator of the motor 19b by a ball bearing or bearings, shown at 83, and lateral forces can be transferred by a hub sleeve or other radial bearing structure, indicated by 84.

De stator 3lb van het koppelingssamenstel (corresponderende met het buitenlichaam 31 van fig. 1) is aan zijn boveneinde verbonden met de gebogen sub 76 en via 30 deze sub met het overige van het bovengedeelte van de boorkolom. Een eenheid 74b houdt het boveneinde van de boorkolom vast tegen rotatie, en een spanningsmeter of versnellingsmeter of ander aftastelement 70b tast veranderingen in de torsie van de boorkolom af en geeft 35 elektrische signalen, die daarmee corresponderen, aan de uitleeseenheid 7lb, welke aanwijzingen voortbrengt van de benedenputse gegevens, afgetast door het instrument 22b. Het instrument 22b en de elementen van het koppelingssamenstel 23b zijn verbonden in een hydraulisch-elektrische 40 schakeling, corresponderende met die, getoond in fig. 3, 8202369 - 13 - voor het overdragen van torsiepulsen aan de boorkolom op een wijze corresponderende met die, besproken in samenhang met de eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding.The stator 3lb of the coupling assembly (corresponding to the outer body 31 of Fig. 1) is connected at its upper end to the curved sub 76 and through this sub to the remainder of the upper portion of the drill string. A unit 74b holds the upper end of the drill string against rotation, and a strain gauge or accelerometer or other sensing element 70b senses changes in the drill string torque and outputs 35 electrical signals, corresponding thereto, which produces indicia of the downstream data scanned by the instrument 22b. The instrument 22b and the elements of the clutch assembly 23b are connected in a hydraulic-electric circuit, corresponding to that shown in Fig. 3, 8202369-13 - for transmitting torque pulses to the drill string in a manner similar to that discussed. in conjunction with the first embodiment of the invention.

Bij bedrijf van de inrichting van fig. 6 is 5 motor 19b, wanneer het koppelingssamenstel 23b in sijn vergrendelde direkte aandrijftoestand is, werkzaam voor het aandrijven van boorkop 14b in rotatie voor het boren van een put volgens een bepaalde richting langs de weg, bepaald door de gebogen sub 76. De koppeling in zijn 10 vergrendelde toestand transmitteert een reactieve torsie naar boven naar de gebogen sub en door deze sub naar de boorkolom voor aftasting door element 70b aan het opper-vlak van de aarde. Wanneer de koppeling is vrijgegeven door bekrachtiging van een solenoideklep corresponderende 15 met die, getoond bij 61 in fig. 3, is de rotor 46b van de koppelingspomp (corresponderende met pomp 45 van fig. 3) -vrij om te lopen ten opzichte van de stator van de pomp, en dankzij de verbinding van de rotor met het buitenhuis van motor 19b is dat huis dan vrij om te roteren ten 20 opzichte van het bovengedeelte van de boorkolom, het buitenste buisvormige lichaam van het lagersamenstel 24b te draaien ten opzichte van de boorkop en de boorkop in staat te stellen om stationair te blijven. De aandrijving tot de boorkop is zodoende verbroken, en de reactieve 25 torsie van de motor naar het bovengedeelte van de boorkolom is onderbroken in correspondentie met de data-signalen, ontvangen door koppeling 23b. Deze variatie in reactieve torsie in de boorkolom wordt afgetast door het element 70b en uitgelezen door eenheid 71b.In operation of the arrangement of Fig. 6, motor 19b, when the clutch assembly 23b is in its locked direct drive state, is operative to drive drill bit 14b in rotation to drill a well along a certain direction along the road, determined by the curved sub 76. The coupling in its locked state transmits a reactive torque upward to the curved sub and through this sub to the drill string for sensing through element 70b to the surface of the earth. When the coupling is released by energizing a solenoid valve corresponding to that shown at 61 in Figure 3, the rotor 46b of the coupling pump (corresponding to pump 45 of Figure 3) is free to run with respect to the stator of the pump, and due to the connection of the rotor to the outer housing of motor 19b, that housing is then free to rotate relative to the top portion of the drill string, rotate the outer tubular body of the bearing assembly 24b relative to the drill bit and enable the drill bit to remain stationary. The drive to the drill bit is thus broken, and the reactive torque of the motor to the top of the drill string is interrupted in correspondence with the data signals received by coupling 23b. This variation in reactive torque in the drill string is sensed by the element 70b and read by unit 71b.

30 In andere uitvoeringsvarianten is overwogen, dat het besturingskoppelsamenstel 23, 23a of 23b in plaats van de aandrijving tot de boorkop volledig te verbreken in de vrijlooptoestand van de koppeling, deze aandrijving slechts gedeeltelijk breekt door een vastgestelde 35 bestuurde slip van de koppeling toe te laten, die trans-missie van vermogen veroorzaakt van de motor naar de boorkop bij een draaimoment, dat in waarde verminderd is, maar niet tot nul gedaald. Hiertoe kan de klep 61 in deze toestand werken wanneer zij geopend is voor het 40 doorlaten van voldoende fluxdum om enige rotatie van de 8202369 - 14 - rotor van pomp 45 mogelijk te maken ten opzichte van zijn stator, terwijl enige torsie wordt getransmitteerd daartussen en zodoende het gewenste gereduceerde draai-moment wordt aangelegd aan de boorkop. De uitrusting aan 5 het oppervlak kan dan zodanig worden gekozen, dat deze beantwoordt aan de genoemde reductie in torsie.In other embodiments, it has been contemplated that instead of completely disengaging the drive to the drill bit in the idle state of the clutch, the control torque assembly 23, 23a, or 23b breaks this drive only partially by permitting an established controlled slip of the clutch. , which causes transmission of power from the motor to the drill bit at a torque which is reduced in value but not dropped to zero. To this end, the valve 61 can operate in this state when it is open to allow sufficient flux to pass some rotation of the 8202369-14 rotor of pump 45 relative to its stator, while transmitting some torque between them and thus the desired reduced torque is applied to the drill bit. The surface equipment can then be selected to respond to said reduction in torque.

Hoewel bepaalde specifieke uitvoeringsvormen van de uitvinding als kenmerkend zijn beschreven, is de uitvinding vanzelfsprekend niet beperkt tot deze bijzondere 10 vormen, maar in plaats daarvan ruim toepasbaar op tal ' van variaties, gelegen binnen het kader van de uitvinding.While certain specific embodiments of the invention have been described as characteristic, the invention is of course not limited to these particular forms, but is rather broadly applicable to numerous variations within the scope of the invention.

f \ - conclusies - 8202369claims - 8202369

Claims

1. Device for use with a drill string having a drill bit at its end, driven in rotation by a motor for drilling a well in a socket, developing torque in the column when the drill bit is rotated, characterized by an instrument carried by the drill string within the well and operable to generate signals representing data intended to be transmitted to the surface, a coupling carried by the drill string and responsive to said signals for excitation at a representative pattern of said data, between a first state in which the motor is operative to drive the drill bit and a second state in which the drive of the drill bit is at least partially released, and means responsive to changes in torque in the drill string, resulting from said actuation of the coupling between the first and second 20 devices to generate an output, which depends on the mentioned data,

2. Device as claimed in claim 1, characterized in that said coupling in the drive is connected between the motor and the drill bit and is effective for at least partially releasing the drive between the motor and the drill bit the said freewheel condition of the coupling.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the motor is contained in said drill string at a location within the well, and said coupling is operatively connected between said motor and a portion of the drill string located between the drill string. motor and the surface of the earth, said coupling operating in said freewheel condition to at least partially interrupt transmission of a reactive torque from the motor to said 8202369-16 portion of the drill string.

Device according to claim 1, characterized in that said coupling comprises a pump with two settles operating by relative rotation 5 for pumping a fluid, and means responsive to said signals for controlling the fluid. flow through said pump in such a way that the relative rotation of both sections is controlled in accordance with the data signals.

5. Apparatus according to claim 1, with the character: k, that said coupling is a positive displacement pump having two sections operating by relative rotation for pumping a fluid, and a valve responsive to said signals for controlling the discharge of fluid from the pump and thereby controlling the relative rotation of the pump sections in accordance with said data,

6. Device according to claim 1, characterized in that said coupling comprises a pump, which has two sections acting by relative rotation for pumping a fluid, and means for preventing the flow of fluid through said pump , thereby preventing the relative rotation of the sections, and energizing the clutch to the first driving condition, and means for sensing the pressure of said fluid as an indication of the torque applied to said drill bit.

7. Device according to claim 1, characterized in that said coupling comprises a pump with two sections which act by relative rotation for pumping a fluid and means for preventing the flow of fluid through the pump, thereby to increase the prevent relative rotation of the sections, and energize the coupling to said first drive condition, and means for sensing the pressure of said fluid as an indication of the 8202369 * 17 torque applied to said drill bit, the device comprises means responsive to said pressure sensing means for supplying signals representative of the sensed pressure to the coupling as part of the data to which the coupling responds, and which is represented in the changes in torsion in the drill string, from which said output is generated.

8. Apparatus according to claim 1, characterized in that said coupling comprises a pump operating at relative rotation of two elements for pumping a fluid and means responsive to said signals for controlling the fluid flow through the pump to energize it between said two states thereof, there being a vent valve. is effective in reaching a certain pressure on the pump to divert fluid from the discharge side of said pump and allow relative rotation of said elements 20 in such a manner that the torque applied to the drill bit is limited.

Device according to claim 1, characterized in that it comprises the drill string, the drill bit and the motor as elements.

Device according to claim 1, characterized in that said means responsive to changes in the torsion in the drill string comprise tension measuring means> near the surface of the earth for sensing said changes in torque.

11. Device for use with a drill string, having a drill bit at its end, and driven by power in rotation from the surface of the earth for drilling a wellbore, characterized by: an instrument carried by the drill string within the well and operative to develop signals, 8202369-18 - representing data to be transmitted to the surface, a coupling carried by the drill string and responsive to said signals for excitation at a pattern representative of said data, between a drive state, in which the clutch transmits rotation from the drill string to the drill bit and a freewheel state, which allows rotation of the drill string with respect to the drill bit, and means responsive to changes in torque of the drill string, resulting of said actuation of the coupling between the drive and freewheel states to produce an output depends on calibration of the data mentioned.

12. Device according to claim 11, characterized in that said coupling comprises a pump, which is operative on rotation of said drill string with respect to the drill bit for pumping flux, and means for controlling the flow of fluid through the said pump to provide actuation between said drive and freewheel states.

13. Device as claimed in claim 11, characterized in that said coupling comprises a positive displacement pump, connected in the drive 25 between said drill string and the drill bit and operative for pumping a fluid upon rotation of the drill string relative to the drill bit and a valve responsive to said signals for opening and closing a bypass from the discharge side of said pump to its suction side for controlling clutch actuation between said drive and freewheel states in a cartridge, which is representative of the data mentioned.

14. Device according to claim 11, characterized in that said coupling comprises a pump, which is operative on rotation of said drill string relative to said coupling for pumping fluid 8202369-19, and means for regulating of the fluid flow through said pump in accordance with said signals, wherein there are means responsive to the pressure generated by said pump 5 as an indication of the torque applied to said drill bit.

15. Device as claimed in claim 11, characterized in that said coupling comprises a pump, operative upon rotation of said drill string relative to said coupling for pumping fluid, and means for regulating the flow of fluid through said pump in accordance with said signals, there being means responsive to the pressure developed by said pump as an indication of the torque applied to the drill bit, said coupling being operable between said drive and freewheel states in accordance with signals from the pressure sensing means for supplying pressure data through the drill string to the torque responsive means.

16. Device for use with a drill string having a drill bit at its end and a motor near the drill bit for driving rotation of the drill bit relative to a portion of the drill string extending between the motor and the surface of the earth Known n-mark instrument, carried by the drill string within the well and operative to generate signals representing data to be transmitted to the surface, a coupling operatively interposed between said motor and said drill bit and responsive to said actuation signals, in a pattern representative of said data, between a drive state in which the clutch transmits rotation from said motor to said drill bit and a freewheel state, the drive between said motor and said motor drill head at least partially released 8202369-20, and means responsive to change in the torque in the drill string, resulting from the actuation of the clutch between the drive and freewheel states to produce an output depending on said data.

17. Device according to claim 16, characterized in that said coupling is a pump, which is operative when rotation of a rotor of said motor relative to said drill head for:> pumping a fluid, and means for controlling the fluid flow through said pump for energizing it between a chuck drive state and a freewheel state.

The device according to claim 16, characterized in that said coupling comprises a pump operative upon rotation of a rotor of said motor with respect to said drill head for pumping a fluid, and a valve responsive to said signals for opening and closing a bypass from the discharge side of said pump to its suction side in a pattern representative of said data.

19. Device according to claim 16, characterized in that said coupling comprises a pump, which acts by rotating a rotor of said motor relative to said drill head for pumping a fluid, means for controlling the discharge of fluid from the pump to provide actuation between drive and freewheel states, there being means responsive to the pressure of said fluid developed by said pump, indicative of the torque applied to said drill bit .

Device according to claim 16, characterized in that said coupling comprises a pump, 8202369-21 - operative by rotation of a rotor of said motor relative to said drill head for pumping a flux, and means for controlling the discharge of flux from said pump to provide actuation between drive and freewheel states, wherein there is a release valve for relieving pressure on the discharge side of the pump above a set value, so as to apply the torque applied to limit said drill bit.

21. Device for use in a drill string with a drill bit at its end and with a motor near the drill bit, comprising a first section and a second section rotating relative thereto for driving the drill bit, characterized by: an instrument, carried through the drill string within the well and operative to generate signals representing data to be transmitted to the surface, a coupling operatively interposed between said first section of the motor and a portion of the drill string located between the said motor and the surface of the earth, which coupling responds to said signals for energization in a pattern, representative of said data, between a first 25 state, in which the coupling holds said first section of the motor against rotation relative to of said section of the drill string, and a freewheel condition allowing rotation of said first s ection of the motor relative to said portion of the drill string, at least partially releasing the drive of the motor to the drill bit, and means responsive to changes in torque in the drill string resulting from said actuation. 35 went from the coupling between said first state and said freewheel state to produce an output which is dependent on said data.

Apparatus according to claim 21, characterized in that said coupling comprises a pump operative upon rotation of said first section of the motor relative to the drill string for pumping a fluid, and means responsive to said signals for controlling the flow of fluid through the pump in accordance therewith for energizing the coupling between said first and idle states.

23. Device according to claim 21, characterized in that said coupling comprises a positive displacement pump, which operates when the said first section of the motor is rotated relative to said drilling column for pumping a fluid, and a valve, responsive to said signals for opening and closing a bypass from the discharge side of the pump to its suction side in accordance with said signals.

24. Device according to claim 21, characterized in that said coupling comprises a pump, which is operative when the first section of the motor is rotated relative to said part of the drilling column for pumping a liquid, means for controlling the flow of fluid through said pump, and means for sensing the pressure generated by said pump, and developing therefrom a signal indicative of the torque applied to said drill bit.

25. An apparatus according to claim 21, characterized in that said coupling comprises a pump operable by rotating said first section of the motor relative to said portion of the drill string for pumping a fluid, and means for controlling the flow of fluid through said pump in accordance with said signals, wherein there is a relief valve member operable to relieve pressure developed by said pump upon exceeding a predetermined 8202369 f - 23 - value, in order thereby to limit the torque applied to the drill bit.

26. Method for applying the device according to §Sn of the preceding claims, characterized by drilling a well using a drill bit carried at the end of a drill string and driven by a motor, interconnecting of two elements in said drill bit against relative rotation 10 and releasing said elements for relative rotation in accordance with data, which are transmitted to the surface of the earth and in a relationship in which the drive of said motor to a said drill bit is at least partially released, thereby varying the torque in the drill string in accordance with said data, and sensing variations in said torque in the drill string near the surface of the earth as an indication of said data.

27. A method according to claim 26, characterized in that said drill bit is driven by said drill string, by rotating said motor from the surface of the earth, and the two elements in the drill bit are operatively interposed. between the motor and said drill bit.

28. A method according to claim 26, characterized in that. it comprises rotatingly driving said drill bit with said motor located in the well and with a portion of the drill bit above the motor held against rotation, the sensing of variations in the drill string being effected by sensing change in the reactive torque in the non-rotating part of the drill string above the said motor.

A method according to claim 26, characterized in that the motor is located in the wellbore, a non-rotating portion of the drill string being located between the motor and the surface of the earth, and said two elements are intermittently connected and released at a location in the drill string between the motor and the surface of the earth. % 8202369