JPS5955993A - ドリルストリングの補助制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ドリルストリングの中に配設された伝達する
だめの装置の構成要素であり、ここではストリングケ通
って瀉出する流体が伝達媒体としての役目をするもので
ある。

これまでに提案された弁は、瀉出する流体の主要な通路
を閉塞するために弁座に対して軸方向に移動させること
のできる主要な弁体を具備し′ている。下流側に、この
主弁体は円筒状スカート中に没入し、この円筒状スカー
トは、中央通路を有する固定弁ハウジングを取巻きかつ
主弁体の内端面と弁ハウジングとの間に室を形成してい
る。この室は、上方に向かって主弁体上に配設されかつ
第１の補助絞シ部を通って突出する１つの圧力探針に連
結している。この室は下流方向に、濡出通路中にある第
２の補助絞υ部の背後にさらに下流側に位置する肩出通
路の区域を導き入れる。この室から肩出通路の中へと連
通ずる流れを１つの補助弁体によって閉じることができ
る。補助弁体が閉じられたとき、室と主弁体の外面との
間に形成されかつ第１の補助絞υ部における圧力降下を
介して得られる差圧は、主弁体の閉鎖をもたらし、これ
に対し、補助弁体が開放されたときには第２の補助絞シ
部における圧力降下を介して得られる逆の差圧によシ主
弁体の開放がもたらされる。

この公知の弁においては、主弁体、圧力探針、弁ハウジ
ング及び補助弁体はパイゲストリングの中央に配設され
、一方、連出流体の主要通路は外方に向かってそらされ
かつ弁装置を取巻き１つの環状室を形成している。この
肩出通路を通って降ろされる測定器具にとっては弁装置
を通過することが不可能である。このような測定器具は
、例えばドリルストリングが詰まった場合に用いられ、
結まった個所を捜しまたドリルストリングの縫台連結部
を弛める方向の回転力を１暴発力によって与えるために
その上方の最も近い自由螺合連結部分を捜すように用い
られる。

そして、データ伝達用の装置の他の関連部分を序うこの
ような弁と、方向を磁石によｐ測定するのに必要な非磁
性材料のドリル幹部とは、万一ドリルストリングが詰ま
った場合にはこの部分を救う働きをするという価値ある
目的を持っている。

しかし、詰まった個所が、データ伝達のための装置を収
容するストリング部分の下にあったならば、最後の自由
螺合連結部はこれに近づくことができるものでなければ
ならない。

本発明の目的は、器具を通過させることができ、連出通
路の中に挿入することができまたこの、要求のためによ
り小さな空間に限定された制御装置によって確実に作動
することのできるこの種の弁を開発することにある。

本発明は、ドリルストリング中に配設されて、ス）　＋
７ングと刃を通って下方に流れまた１つの環状通路を通
って上方に流れる濡出流体中に、圧力パルスを発生させ
る補助制御弁であシ、この弁は、主要な絞り部と、これ
と平行に連結され弁座に対する適当な弁体によって閉鎖
することのできる低い抵抗の伝達部と、圧力室中に案内
されかつこの弁体に連結されざらに作動するための圧力
差が得られるような補助絞り部のピストンとよシなシ、
この補助絞り部と弁体と主要な絞９部の各々は、共通の
軸線を形成する直線状通路を有し、弁体と弁座によって
形成された互いに隣接する面は連出流体の流れの境界層
に適合しかつ流れが大幅に自由に分θＩＬするのを保証
する連続進路を形成し、弁体には動的な流動力を平衡さ
せる装置が設けられている。

補助絞υ部、弁体及び主絞り部を通る直線状通路のため
に、測定器具は主弁体の位置に関係なしに弁を通って案
内されることが可能である。連出流体の境界層の進路に
伴い弁体と弁座によって形成源れた面の構造は、流れが
実質的に自由に分かれて流れるのを保証し、弁の閉鎖あ
るいは開放行程中に弁に使用する力の安定に寄与する。

その結果として弁のばたばた動く危険が避けられる。弁
体と弁座との間の区域においで流速が増加する結果とし
て生じかつ弁体に閉じる傾向を与えることになる動的な
流動力を平衡させるために、動的流動力の反対方向に向
かう力に対抗する平衡装置が設けられる。このようにし
て外部に与えられるべき作動力は、自由通路の周シに同
軸状に配設され空間的に限定された作動装置によって支
配することのできるようなオーダーの大きさにすること
ができる。

本発明の実施態様を添付図面を参照して以下に説明する
。

第１図において弁体はドリルストリング６の一部に配設
されており、ドリルストングハ、弁体８が縦方向に動く
ようにその中に配設された弁ハウノングア全具備してい
る。弁体は下方に向う運動によって弁座９に対して運ば
れる。弁座９の下方に狭窄部１０が形成され、これが連
出通路１１に通じる主絞り部となる。狭窄部１０に平行
に環状室１２が延びており、この断面積は狭窄部１０の
断面積より大きい。この環状室１２は低い抵抗の通路と
しての役目を果たしかつ狭窄部１０の下方で同様に連出
通路１１に通じている。弁体８は圧力室１３によって取
巻かれておシ、この圧力室１３内にはピストン１４が案
内され、このピストン１４は弁体８上に配設されかつこ
れに連結されている。圧力室１３の上方部分と下方部分
に通じて圧力流体通路１５．１６があυ、これらの通路
は電磁的にあるいは電気モーターによって駆動される補
助バルブ１７によって弁ハウノングアの入口１８に連結
され、この入口はノズルとして形成されかつ補助絞シ部
としての役目を持っている。

圧力流体の入口のための通路２２が高圧力レベルＰ１を
もって上流側に向かう連出通路１１の区域１に連結し、
一方圧力流体の出口のための通路２３が区域２に通じて
おシ、この区域２はその断面が狭窄されそのためＰｌに
比して低い圧力レベルＰ２が支配している。補助バルブ
の図示された位置において、圧力室１３の上方区域はそ
の下方区域よりも高い圧力となっており、ピストン１４
に下０１℃１１１１１に向かう力（矢印に示す）を及ぼ
す。そのため弁体は閉鎖運動を行なう行程にある。

弁体の下方に区域３があり、この区域は弁が開いている
ときにＰ２とは・囁かに異なる圧力Ｐ３が支配している
。この区域においては、通過する連出流体は、環状室１
２を通って流れる大きな部分と、狭窄部１０を通って流
れる小さな部分とに分割される。

狭窄部１０の下方の区域５において、環状室１２を通る
流れと狭窄部１０を通る流れとは合体し、−緒になりて
さらに連出通路１１を通って流れる。狭窄部１０は低い
抵抗の環状室１２によってバイノクス姑れでいるので、
小さな圧力降下が生じるたりであシそのため区域５の圧
力レベル・Ｐ５は区域３の圧力レベルＰ３よシ僅かに小
さいだけである。環状至１２の上方区域４の圧力Ｐ４は
また同じレベルにある。弁体が開放状態のときには、弁
体を通過するときの全圧力降下は、補助伐り部を通過す
るときの圧力降下ｐｌ−ｐ２に一致する備か々ものであ
る。弁体は流れに上って生じるいかンよる軸方向の力に
もさらされることはない。

弁体の閉鎖状態が第２図に示されている。τ；Ｉ出流体
流体もはや区域３においで２つの部分に分割されること
はなく、代りに全体の流れは狭窄部１０を迫って流れる
。閉鎖時と開放時に全体の時間に対して同一量の連出流
体が弁を通って流れると仮定すれば、同一圧力レベル（
Ｐｓ’＝Ｐｓ　　）が常に狭窄部１０の区域５に生じる
が、弁が閉じると区域３には圧力上昇（Ｐａ’＞Ｐｓ　
　）が生じる。

Ｐ２′はまたＰ２とＰ１′に関して増加しＰｌに関して
はｐ３／がＰｓに関して増加したのと同じ量だけ増加す
る。

弁を通過するときの全圧力降下は圧力降下ｐ１／　　ｐ
２／とｐａ’−ｐ、’との和よシなるものである。

弁体がその弁座から僅かに上昇するか、又は流れの漏洩
があると、その隙間に、区域３と区域４との間の圧力差
ｐ３／　　ｐ、／によって生じた高速の流れが行き渡る
。区域４の圧力ｐ４／は区域５の圧力ｐ、／に等しい。

高速の流れの結果として生じるこのようにして弁体は常
に、一部間いた位置から殆んど閉じた位置へと向う。弁
が閉じたときに密閉縁を形成するこれらの両端面の間に
生じる前記の反力を一定水準に保つために、その進路は
、ここを流れる間に境界層が現われるようにされる。

したがって、弁体８と弁座との半径方向の交差区域には
例えば安定性のない圧力区域を生じるような分流が全く
生じない。

閉鎖方向に作用する反力を平衡させ゛るために、弁体上
の突出部に開放方向に向いている表面２１が設けられる
。この表面はまた、それがただ半径方向の成分の問題で
あるので傾斜させてもよ・い。

閉鎖する力とは反対方向に向かいかつこれを平衡させる
位置にある開放方向に向かう力は、環状室１２０区域４
に近接し圧力ｐ４／が作用するこの表面２１と、区域３
に近接し圧力Ｐ３′が作用する反対方向の表面１９との
間に、生じる。閉鎖させる力は隙間にお・ける流速によ
って決まシ開放させる力はＰ３′とＰ４′との間の圧力
差によって決ま９、圧力差と隙間における流速との間に
は直接の関係があるので、その結果として弁体の位置に
よって決まる２つの力は実質的に同時に発生することに
なる。

第３図は、平衡力がどのように弁体上に作用するかを詳
しく示すように描かれている。

この図では動的に発生する力に限って図示されている。

部分表面２５及び２６上に作用する静的な力は相互に相
殺し、したがって図示されない。

平衡の過剰あるいは不足が生じることによって、弁体は
自己開放あるいは自己閉鎖させることができる。

第４図に示されている弁は、作動の可能な方向について
第１図及び第２図に示されているものと相違している。

補助バルブ１７は、室１３の上方部分のみを、区域１の
高圧レベルに又は区域２の低圧レベルに選択゛して連結
する。室１３の下方部分は常に弁体８の内部と均一な通
路３１を通して連通し、弁体８内は圧力Ｐ２が支配して
いる。室１３の上方部分が区域２に連結された瞬間に弁
の復帰が復帰スプリング２４を介して行なわれる。

第５図に示す弁は、室１３の上方部分と区域１との間を
常に連通ずるようにしている圧力流体の入口用通路２２
と、室１３の上方部分を補助パルプ１７を介してドリル
ストリングの環状室３２に連結する圧力流体の出口用通
路２３とを具備する。

室１３の下方部分は、第４図のように均一な通路３１を
介して弁体８の内部に連結される。補助ノ々ルブ１７が
閉じた時、ピストン１４上に作用する区域１と区域２と
の間の差圧ｐ】−ｐ２は弁体が閉鎖するよう導く。補助
バルブ１７が開放された時には、ドリル刃を通る際の圧
力降下によって環状室３２中の圧力レベルＰ３２は非常
に低くなる結果、室１３の上方部分には、区域２におけ
る圧力レベルより明らかに低い中間の圧力レベルＰ３□
′が現われる。

ピストン１４上に作用する反対の差圧ｐ２／−ｐ、□′
のために弁は開放作用を行なう。

もし弁を通る際の必要な圧力降下を実現させるためにド
リルス）　ＩＪソング中挿入する測足器具がこの区域を
通過できないほどに狭窄部１０の断面を小さくしなけれ
はならないような場合には、第６図に示すような対策が
治利に選択される。ここで主絞り部は環状溝を持った管
２７よりなる。この看２７は小滝状に配設された複数の
オリフィス環２８を具備する。オリフィス環２８の内径
は入口１８の径及び弁体８の径と一致する。オリフィス
環２８の間に位置して間隔部材２９があシ、これらの全
体の配置は担持管３０中に保持されかつこの中に中心を
置くようにしている。環状溝を廟する管の作用はそれぞ
れのオリフィス全通る際の単純な圧力降下の増加にある
のでり、なく、これらのオリフィス環の間に回転領域が
広がりオリフィス環ＩＱＴに対する溝の深さｔの割合を
厳密に考えなりれば最大流れ抵抗が生じることにある。

その絶交″ｌ値は、環状溝を有する管の長さを適尚に設
削することによシ詞杉することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、開放位置において２つの方向に作動し得る弁
を示し、 第２図は、閉鎖位置における泥１図の弁を・示し、第３
図は弁体と弁座の詳細を示し、 第４図は１つの方向に作動することができかつ復帰バネ
が設けられた弁を示し、 第５図は２つの方向に作動することができかつ復帰力の
だめの環状室内に行き渡っている圧力レベルを用いる弁
を示し、 第６図は、第１図及び第２図と同様の、２つの方向に作
動することができ、主絞シ部として環状溝を有する管を
持った弁を示すものである。 ６・・・ドリルストリング、８・・・弁体、９・・・弁
座、１０・・・主絞シ部（狭窄部）、１１・・・温体通
路、１２・・・低抵抗通路（環状室）、１３・・・圧力
室、１４・・・ピストン、１５．１６・・・圧力流体通
路、１７・・・補助バルブ、１８・・・入口補助絞９部
、１９゜２０・・・端面、２１・・・突出部表面、２２
・・・入口用通路、２３・・・出口用通路、２４・・・
復帰スプリング、２７・・・主絞り部、２８・・・オリ
フィス環、２９・・・間隔部材、３０・・・担持管、３
１・・・均一通路、３２・・・′″′″″７°　　　　
　　　１ｕ−Ｆ＃いヒ１ｑ、／ Ｆ１９３ ｉｇ　４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ、　ドリルストリングの中に配設されて、ストリング
   及び刃を通って下方へまた環状室を通って上方へ流れる
   瀉出流体中に圧力パルスを発生させる補助制御弁であっ
   て、この弁は、主絞り部・と、それに平行に連結されか
   つ弁座に適合可能な弁体によって閉じることのできる低
   い抵抗の伝達部と、９なシ、補助絞υ部と弁体と主絞り
   部とはそれぞれ共通の軸を形成する直線状の通路を有し
   、弁体と弁座とによって形成される互いに隣接する面は
   連出流体の流れＶ境界層に適合する連成した進路を形成
   しかつ流れが実質的に自由に分流するのを保証し、弁体
   には動的流動力を平衡させる装置が設けられている補助
   制御弁。 ２、弁体は閉鎖方向に向く一部の表面を有しかつ外側に
   向かって突出している一部表面と同様に中央通路中の連
   出流体の圧力によって作動させられ、外側に向かう突出
   部は開放方向に向いておシかつ動的流動力を平衡させる
   だめの装置として設けられた低い抵抗の伝達部中の連出
   流体の圧力によって作動させられる特許請求の範囲第１
   項林記載の補助制御弁。 ３、弁体は補助絞り部と同じ内径を有している特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載の補助制御弁０ ４、弁体はピストンと圧力室とによって共軸状に取巻か
   れておシ、ピストンは弁体に実質的に中心を合わせて配
   設された半径方向突起から形成されている前記特許請求
   の範囲各項のうちのいずれか１項に記載の補助制御弁。 ５、　ピストンのそれぞれの側に位置する圧力室の区域
   は交互に、圧力流体通路を介して、補助バルブにより、
   圧力流体の入口と圧力流体の出口とにそれぞれ連結する
   ことができる前記群許請求の範囲各項のうちのいずれか
   １項に記載の補助制御弁。 ６　ピスト／の一側に位置する圧力室の区域は交互に圧
   力流体の入口用通路又は圧力流体の出口用通路に圧力流
   体通路を介し補助バルブによって連通し、ピストンの他
   側に位置する区域は均一な通路に連結し、復帰力を発生
   させるスノ′目ノングが弁体に連結されている特許請求
   の範囲第１項から第４項のうちのいずれか１項に記載の
   補助制御弁。 ７　ピストンの−１ｌＩＩＩに位置する区域は、圧力流
   体の入口用ａ　Ｗ、’＋Ｓと補助弁を介して圧力流体の
   出口用通路との双方に連結し、ピストンの他側に位置す
   る区域は均一な通路に連結している肋ｖ′「５目求の範
   囲第１項から％ｊＴ、　４項のうちのいＪ゛れか１項に
   記載の補助制御弁。 ８、圧力流体の入口用通路は補助絞り　ＭＩＳの上流側
   区域に連結し、圧力流体の出口用通路は均一な通路と同
   様に補助絞９部の下流側１区域に連結している特許請求
   の範囲第５項又は第６項記載の補助制御弁。 ９、　圧力流体の入口用通路は補助絞シ部の上流側区域
   に連結し、均一な通路は補助絞９部の下流側区域に連結
   し、圧力流体の出口用通路はドリルストリングの環状室
   の区域に連結している特許請求の範囲第７項記載の補助
   制御弁。 １０　　主絞り部は、好ましくは補助絞９部及び弁体と
   同じ内径を持った環状溝を治する管の形状に構成されて
   いる前記特許ｔＩＳ求の範囲各項のうちのいずれか１項
   に記載の補助制御弁。 １１、環状溝を有する管は小流状のオリスイス環よりな
   る特許請求の範囲第１０項記載の補助制御弁。 １２、オリフィス環は間隔部材によって担持管中に保持
   されている特許ｉｊｉ？求の範囲第１１項記載の補助制
   御弁。 １３、オリフィス環の与えられた内径をもって、溝の味
   さのオリフィス間隔に対する比ｔ１最犬流れ抵抗が生じ
   るように選定した特許請求の範囲第１２項記載の補助制
   御弁。