AT512604A1

AT512604A1 - Gestängerohr

Info

Publication number: AT512604A1
Application number: ATA265/2012A
Authority: AT
Inventors: Bouchra Dipl Ing Lamik-Thonhauser; Anton Dipl Ing Scheibelmasser; Anton Kotov; Alexander Fine; Johann Jud; Michael Korak; Manfred Gutschelhofer
Original assignee: Advanced Drilling Solutions Gmbh
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2013-09-15
Also published as: AU2013225601A8; AT512604B1; BR112014021271B1; ES2962569T3; WO2013126936A3; CA2865909A1; AU2013225601B2; EP2820228A2; AU2013225601A1; EP2820228B1; BR112014021271A2; US20150041216A1; US10060194B2; EP2820228C0; WO2013126936A2; CA2865909C; PL2820228T3

Abstract

Ein Gestängerohr (1), insbesondere für einen Bohrstrang, weist wenigstens einen elektrischen Leiter (4, 7, 8, 9) und ein Innenrohr (2), das innerhalb des Gestängerohres (1) angeordnet ist, auf. Dabei sind das Gestängerohr (1) und das Innenrohr (2) bereichsweise zueinander beabstandet, wodurch Gestängerohr (1) und Innenrohr (2) einen Hohlraum (3) begrenzen. An einer Außenseite des Innenrohres ist wenigstens ein elektrischer Leiter (4, 7, 8, 9) angeordnet.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Gestängerohr, insbesondere für einen Bohrstrang, mit wenigstens einem elektrischen Leiter und einem Innenrohr, das innerhalb des Gestängerohres angeordnet ist.

Ein wesentliches Element bei modernen Erdöl-, Erdgas- bzw. Geothermiebohrungen ist die Datenerfassung während des Bohrvorgangs {"Measurement While Drilling" (MWD), "Logging While Drilling"(LWD)). Das Gleiche gilt aber auch für die Konstruktion des Bohrlochs ("Well Site Construction") bzw. die anschließende Erdöl-, Gas- bzw. Warmwasserproduktion. Nur durch die Erfassung der jeweiligen, relevanten Messgrößen kann eine Bohrung sicher, effizient und ökonomisch betrieben werden. Ein Problem entsteht sowohl bei der Echzeitdatenübertragung ("online data transmission") von Messdaten zur Oberfläche als auch bei der Energieversorgung ("power supply") der Untertagmesseinheiten von der Oberfläche. Aus mehreren Kilometern Tiefe sollen die Daten mit einer hohen Datenrate (z.B. 200kBaud) übertragen werden, die Untertagmesseinheiten sollen von Übertag mit Energie (z.B. 200W) versorgt werden.

Eines der größten Probleme stellt dabei die Explosionsgefahr dar. Insbesondere das nur bedingt vorhersehbare Auftreten von Gasansammlungen muss dabei bedacht werden. Für die Verkabelung von Bohrgestängen sind also besondere Sicherheitsvorkehrungen zu treffen, die das Entstehen von möglichen Zündfunken unterbinden bzw. diese nur in explosionsgeschützten Bereichen entstehen lassen. Lösungsansätze, bei denen die einzelnen Elemente des Bohrstranges lediglich induktiv miteinander gekoppelt werden, also keine freiliegenden elektrischen Leiter bzw. Kontakte vorhanden sind umgehen dieses Problem, allerdings können weder die gewünschten Datenraten erzielt noch Untertagverbraucher mit Strom versorgt werden. Es bedarf daher einer Lösung, die es ermöglicht, Bohrstrangelemente bzw. Gestängerohre galvanisch miteinander zu verbinden. Dazu sind sowohl geeignete Lösungen für die Kupplung der einzelnen Borhstrangelemente bzw. Gestängerohre als auch für die Verkabelung der Gestängerohre selbst nötig, Ersteres wird durch die Vorrichtung zum Verbinden von elektrischen Leitern gemäß der AT 508 272 Bl gelöst.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zu Grunde, eine Lösung für die Verkabelung innerhalb eines Gestängerohres bzw. Bohrstranges zu schaffen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Gestängerohr der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gestängerohr und das Innenrohr bereichsweise voneinander beabstandet sind, wodurch Gestängerohr und Innenrohr einen Hohlraum begrenzen, und dass an einer Außenseite des Innenrohres wenigstens ein elektrischer Leiter angeordnet ist.

Durch diese Anordnung wird die Verkabelung in zweierlei Hinsicht geschützt. Zum Einen wird die Umgebung gegen den elektrischen Leiter geschützt, da dieser von der Umgebung getrennt ist. Zum Anderen herrschen . sowohl innerhalb eines Bohrstranges als auch außerhalb Bedingungen, die besondere Anforderungen an die verwendeten Materialien stellen und zu einem schnellen Verschleiß führen, gegen die der Leiter auch geschützt ist.

Durch die bereichsweise Beabstandung des Gestängerohres zum Innenrohr entsteht zwischen beiden ein Hohlraum. In diesem kann sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Füllmaterial befinden. Der Hohlraum kann aber auch leer sein. Dadurch kann eventuellen Verformungen des Innenrohres, die durch die mit sehr hohem Druck durch das Innenrohr geleitete Spülflüssigkeit verursacht werden können, entgegengewirkt werden. Außerdem können bei Bedarf durch geeignettes Füllmaterial Vibrationen bzw. Schwingungen gedämpft werden, die während des Betriebs auftreten, bzw. kann die Spülflüssigkeit thermisch gegen die Umgebung des Gestängerohres isoliert werden.

Alternativ kann das Füllmaterial gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zu sensorischen Zwecken verwendet werden, da sich • * · ·· ♦ * ·· ·· φ φ φ # · · · # ·# φ · · ·*3· · φ · φ · · « * · φφ φφ ···· ···« · ··· aufgrund der im Rohr und um das Rohr herum herrschenden Bedingungen verschiedene messbare Eigenschaften des Füllmaterials ändern. Dabei können sowohl Eigenschaften, die direkt mit der Umgebung korrelieren, wie beispielsweise Druck und Temperatur, gemessen werden, als auch solche, die mit der Umgebung nur indirekt korrelieren, wie beispielsweise die elektrische Leitfähigkeit des Füllmaterials.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der elektrische Leiter auf der Außenseite des Innenrohres angeordnet. Die Befestigung muss dabei so erfolgen, dass der Leiter und das Innenrohr elektrisch gegeneinander isoliert sind, da dieses in der Regel aus einem leitfähigem Material gefertigt wird, beispielsweise Stahl.

Durch eine direkte Anbringung des Leiters auf dem Innenrohr können sich Änderungen des Innenrohres, insbesondere Änderungen der Länge, beispielsweise durch Wärmeausdehnung oder das Eigengewicht, direkt auf den Leiter übertragen. Dadurch kann der Leiter selbst sensorische Zwecke, zum Beispiel zur Längemessung des Bohrstranges wie in der AT 504 294 A beschrieben, erfüllen.

Gemäß einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist der elektrische Leiter auf der Außenseite des Innenrohres vorzugsweise über die ganze Länge des Leiters mit dem Innenrohr verbunden, beispielsweise aufgeklebt. Idealerweise erhält der Leiter selbst die Form eines Abschnitts eines Rohres. Weiters hebt sich der Leiter dadurch wenig oder gar nicht von der Form eines Rohres oder eines Abschnitts desselben ab. So kann für das gegebene Platzangebot ein möglichst großer Leiterquerschnitt erreicht werden, wodurch der elektrische Widerstand des Leiters möglichst gering gehalten wird. Sind mehrere Leiter gewünscht, können beispielsweise elektrisch isolierende Stege vorgesehen sein, durch welche der Leiter der Länge nach in Teilleiter geteilt, z.B. halbiert oder geviertelt, wird. So kann die Anzahl der Leiter den Bedürfnissen angepasst werden und/oder unterschiedlichen Leitern jeweils eine unterschiedliche Aufgabe » · • · · · * · **Λ· * « * t t I I * * «· «· ·*·» ·»·· · ·· zugewiesen werden. Beispielsweise können sechs Leiter vorgesehen sein, von denen zwei zur Energieversorgung von Verbrauchern dienen und vier als Datenleiter.

Unabhängig von oder zusätzlich zu den vorgenannten Ausführungsformen ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Hohlraum wenigstens ein elektrisches und/oder elektronisches Gerät angeordnet. Dieses kann unterschiedliche Funktionen erfüllen. Zum Einen kann es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sensorische Aufgaben erfüllen, unter Anderem die verschiedenen Eigenschaften des Füllmaterials oder des Leiters selbst, wie oben beschrieben, messen oder beispielsweise die Position oder Lage des Bohrstrangs mit einem Lagesensor erfassen. Zum Anderen kann es beispielsweise als Signalverstärker, z.B. für aus benachbarten

Bohrstrangelementen oder Instrumenten im Bohrkopf kommende Daten-Signale, dienen.

Gemäß einer weiteren alternativen oder zusätzlichen, bevorzugten Ausführungsform ist im Hohlraum ein elektronisch auslesbarer Informationsträger, insbesondere ein Chip, angeordnet und der elektronisch auslesbare Informationsträger über einen Schalter mit dem elektrischen Leiter verbunden. So können einzelne Gestängerohre zum Einen jederzeit identifiziert werden, zum Anderen können aber auch Informationen, wie beispielsweise der Zeitpunkt der letzten Wartung des Gestängerohres, direkt im Gestängerohr hinterlegt werden. In diesem Fall kann beispielsweise eine Warnung gegeben werden wenn die Wartung eines Gestängerohres bereits zu lange zurück liegt.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Die Erfindung wird in der Folge unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen schematisierten Querschnitt durch eine * ♦ ♦ • · · .· ”5'

Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gestängerohrs mit vier Leitern,

Fig. 2

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Ende einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gestängerohres mit einem Leiter und einen Längsschnitt durch das andere Ende der Aufführungsform des erfindungsgemäßen Gestängerohres von Fig. 2.

Ein erfindungsgemäßes Gestängerohr 1 weist ein Innenrohr 2, einen Hohlraum 3 zwischen Gestängerohr 1 und Innenrohr 2 und wenigstens einen Leiter 4, 7, 8, 9 auf.

Die Fig. 1 zeigt in stark schematisierter Form im Schnitt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Gestängerohres 1. Das Innenrohr 2 wird durch eine Isolierung 5 nach außen elektrisch isoliert.

Diese ist vor allem notwendig, wenn für das Innenrohr 2 ein elektrisch leitfähiges oder elektrostatisch aufladbares Material verwendet wird. Da für das Innenrohr 2 Materialien gewählt werden müssen, die den speziellen Bedingungen bei Bohrungen standhalten können, wird zu diesem Zweck üblicherweise Stahl verwendet, also ein elektrisch leitfähiges Material. Ohne Isolierung 5 wäre ein Innenraum 6 des Innenrohres 2 einer erhöhten Explosionsgefahr oder der Gefahr eines Kurzschlusses ausgesetzt. Sollte für das Innenrohr 2 ein elektrisch nicht leitfähiges Material, beispielsweise ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff, verwendet werden, könnte auch auf die Isolierung 5 zwischen den Leitern 4, 7, 8, 9 und dem Innenrohr 2 verzichtet werden. Auf der Isolierung 5 befinden sich in der dargestellten Ausführungsform vier Leiter 4, 7, 8, 9 die gegeneinander jeweils durch isolierende Stege 10, 11, 12, 13 isoliert sind. Die Leiter 4, 7, 8, 9 haben in diesem Beispiel jeweils die Form von Viertelrohrsegmenten. Ausführungsformen, in denen nur ein rohrförmiger Leiter 4 vorgesehen ist, sind ebenso denkbar wie solche, in denen andere Anzahlen, beispielsweise zwei, drei, fünf oder mehr, an Leitern 4, 7, 8, 9 vorgesehen sind. Ebenso besteht die Möglichkeit einfach Rund- oder Flachleiter am Innenrohr anzuordnen.

Zwischen dem Innenrohr 2 mit den Leitern 4, 7, 8, 9 und dem Gestängerohr 1 befindet sich im Ausführungsbeispiel der Hohlraum 3, der sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Gestängerohres erstreckt und vorzugsweise mit einem Füllmaterial gefüllt ist. Der Hohlraum ist an beiden Enden durch jeweils eine Dichtung 26, 27 (Fig. 3) abgedichtet. Das Füllmaterial ist vorzugsweise fließ- oder rieselfähig. Das Füllmaterial kann beispielsweise aus Harz, Silikonöl, Sand, Glas oder Keramik bestehen oder diese Materialien enthalten. Sollte ein Füllmaterial gewählt werden, das elektrisch leitfähig ist, ist es notwendig, auch auf der dem Gestängerohr zugewandten Seite der Leiter 4, 7, 8, 9 eine Isolierung anzubringen. Sinnvoll ist eine derartige Isolierung in jedem Fall, auch um eine Beschädigung der Leiter 4, 7, 8, 9 beim Einbau zu vermeiden. In diesem Sinne sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die Leiter 4, 7, 8, 9 teilweise oder vollständig im Material des Innenrohres 2 aufgenommen sind.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Hohlraum 3, von Füllmaterial umgeben, ein elektrisches Gerät 14 und ein elektronisch auslesbarer Informationsträger 15 angeordnet. Beide sind, gegebenenfalls über Schalter, mit wenigstens einem Leiter 4, 7, 8, 9 verbunden (nicht dargestellt).

Die Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein Ende einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gestängerohres. Das Gestängerohr 1 weist dabei ein Gewinde 16 in dem als Box bezeichneten Ende 19 auf, mit welchem es mit dem als Pin bezeichneten Ende 23 (Fig. 3) eines weiteren Gestängerohres verbunden werden kann. Weiters weist es einen ersten Teil eines Kupplungsmechanismus auf. Der Kupplungsmechanismus besteht aus zwei Baugruppen 17a, 17b und kann beispielsweise wie in der AT 508 272 Bl erläutert aufgebaut sein. Der Kupplungsmechanismus stellt nur über den Stift 18, der sich von der ersten Baugruppe 17a des Kupplungsmechanismus zu einer zweiten Baugruppe 17b des

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Kupplungsraechanismus hin verschiebt, eine galvanische Verbindung her. Alle übrigen Teile des Kupplungsmechanismus sind gegen die Umgebung isoliert. An seinem dem Gewinde 16 abgewandten Ende ist die erste Baugruppe 17a des Kupplungsmechanismus galvanisch mit dem Leiter 4 verbunden. Um die Explosionsgefahr und die Gefahr von Beschädigungen weiter zu vermindern, sind das Ende des Leiters 4, die erste Baugruppe 17a des Kupplungsmechanismus und deren Verbindung durch eine zusätzliche Isolierung 20 zum inneren des Innenrohres 2 isoliert. Im weiteren Verlauf liegt der Leiter 4 dann ähnlich wie in Fig. 1 gezeigt über eine Isolierung 5 am Innenrohr 2 an.

Damit der Hohlraum 3 zwischen Innenrohr 2 und Gestängerohr 1 auch nach der Fertigstellung des Gestängerohres 1 zugänglich ist, ist wenigstens eine Öffnung 21 im Gestängerohr 1 vorgehsehen, welche mit einem Verschlusselement 22 verschlossen werden kann. So kann der Hohlraum 3 mit unterschiedlichen Füllmaterialien befüllt werden, bzw. können diese der Situation und/oder der gewünschten Funktion entsprechend ausgetauscht werden. So kann beispielsweise bei Anwendungen, bei denen damit zu rechnen ist, dass das Innenrohr 2 in stärkere Schwingungen gerät, der Hohlraum mit Sand befüllt, werden um diese Schwingungen zu dämpfen. Alternativ könnten beispielsweise auch Keramikkugeln verwendet werden. In weiteren möglichen Anwendungsfällen kann es gewünscht sein, dass das Gestängerohr 1 einen Auftrieb in der ein relativ hohes spezifisches Gewicht aufweisenden Spülflüssigkeit ("Mud") aufweist, was z.B. bei Horizontalbohrungen vorteilhaft sein kann, um die Reibung an der Bohrlochwand zu verringern. In diesem Fall wären z.B. Luft oder leichte Öle ein geeigneteres Füllmaterial.

Weiters können über die Öffnung 21 elektrische Geräte 14 oder elektronisch auslesbare Datenträger 15 zugänglich gemacht und/oder gegebenenfalls ausgetauscht oder repariert werden.

Die Fig. 3 zeigt einen Längschnitt durch das andere, als Pin 23 bezeichnete, Ende Gestängerohres 1 von Fig. 2. Die zweite Baugruppe 17b des Kupplungsmechanismus stellt dabei eine galvanische Verbindung zu den Leitern eines folgenden Gestängerohres her. Auf seiner der Verbindung abgewandten Seite verläuft ein Leiter 24, beispielsweise ein Kabel, zu dem auf dem Innenrohr 2 befindlichen Leiter 4. Um auch zu dieser Verbindung, beispielsweise für Wartungen, einen einfach Zugang zu ermöglichen, befindet sich auch hier eine Öffnung 21, welche mit einem Verschlusselement 22 verschlossen werden kann.

Claims

• · • · Patentansprüche: 1. Gestängerohr (1), insbesondere für einen Bohrstrang, mit wenigstens einem elektrischen Leiter (4, 7, 8, 9) und einem Innenrohr (2), das innerhalb des Gestängerohres (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet dass das Gestängerohr (1) und das Innenrohr (2) bereichsweise zueinander beabstandet sind, wodurch Gestängerohr (1) und Innenrohr (2) einen Hohlraum (3) begrenzen, und dass an einer Außenseite des Innenrohres wenigstens ein elektrischer Leiter (4, 7, 8, 9) angeordnet ist.
2. Gestängerohr (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Außenseite des Innenrohres (2) wenigstens ein elektrischer Leiter (4, 7, 8, 9) angeordnet ist.
3. Gestängerohr (1) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (4, 7, 8, 9) auf der Außenseite des Innenrohres (2) befestigt ist.
4. Gestängerohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (4, 7, 8, 9) auf der Außenseite des Innenrohres (2) vorzugsweise über die ganze Länge des Leiters (4, 7, 8, 9) mit dem Innenrohr (2) verbunden ist.
5. Gestängerohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass im Hohlraum (3) wenigstens ein elektrisches Gerät (4) angeordnet ist.
6. Gestängerohr (1) nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät (14) ein Sensor ist.
7. Gestängerohr (1) nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Temperaturfühler, ein Druckmesser, ein Erdmagnetfeldsensor oder ein Dehnungssensor ist.
8. Gestängerohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (3) gegenüber der Umgebung vollständig abgedichtet ist.
9. Gestängerohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass sich im Hohlraum ein Füllmaterial befindet.
10. Gestängerohr {1) nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial Harz, Silikonöl, Sand, Glas oder Keramik ist.
11. Gestängerohr (1) nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial ein geringeres spezifisches Gewicht als eine durch das Gestängerohr fließende Spülflüssigkeit aufweist.
12. Gestängerohr (1) nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial eine geringe thermische Leitfähigkeit aufweist.
13. Gestängerohr (1) nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial eine geringe Kompressibilität aufweist.
14. Gestängerohr (1) nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial schwingungsdämpfende Eigenschaften aufweist.
15. Gestängerohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass im Hohlraum (3) ein elektronisch auslesbarer Informationsträger (15), insbesondere ein Chip, angeordnet ist, und dass der elektronisch auslesbare Informationsträger (14) über einen Schalter mit dem elektrischen Leiter (4, 7, 8, 9) verbunden ist.
16. Gestängerohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leiter (4, 7, 8, 9) durch gegebenenfalls isolierende Stege (10, 11, 12, 13) voneinander getrennt sind.
17. Gestängerohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Leiter (4, 7, 8, 9) ein Datenleiter ist.
18. Gestängerohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Leiter (4, 7, 8, 9) zur Versorgung von Verbrauchern mit Strom dient.