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Die
vorliegende Erfindung betrifft zum einen eine Meßeinrichtung und zum anderen
eine Bohrvorrichtung mit einer Meßeinrichtung, jeweils für Tiefbohrungen.
Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Messung relevanter Daten bei Tiefbohrungen, die das Gebirge, die
Bauspülung und/oder
den zu gewinnenden Rohrstoff betreffen.
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Aus
der
EP 0 102 672 B1 ist
eine Meßeinrichtung
zur Verbindung mit einem Bohrgestänge für Tiefbohrungen bekannt, mit
einer elektrisch betriebenen Meßeinheit
zur Messung relevanter Daten, wobei die Meßeinrichtung zur Versorgung
mit elektrischer Energie über
das Bohrgestänge
ausgebildet ist. Bei der bekannten Meßeinrichtung ist vorgesehen,
daß ein
Meßkopf,
der am Ende des Bohrgestänges
mit dem Bohrgestänge
verbunden ist, in den Boden getrieben wird, wobei der Meßkopf Bodeneigenschaften
in elektrische Signale umwandelt. Im Ergebnis betrifft das aus der
vorgenannten Druckschrift bekannte System die Untersuchung von Bodeneigenschaftsdaten
in unmittelbarer Umgebung des Meßkopfes der Meßeinrichtung,
nämlich
nahe der Bohrlochsohle. Die Aufnahme von Meßdaten oberhalb der Bohrlochsohle
ist mit der bekannten Meßeinrichtung
nicht möglich.
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Die
DE 38 52 151 T2 beschreibt
eine Bohrlochmeßeinheit,
die über
Seiltechniken oder unter Flüssigkeitsdruck
im Bohrstrang nach unten bewegt werden kann, und die sich innerhalb
der Leiterverrohrung in freier Gleitpassung befindet. Darüber hinaus wird
eine Abwärtsbohrlochmeßeinheit
beschrieben, die in einem Mantelrohr bzw. in einer Förderverrohrung
vor- und zurückbewegt
werden kann.
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Tiefbohrungen
werden vorgenommen, um beispielsweise Gas-, Erdöl- oder Wasserhorizonte zu erschließen oder
aber um Untersuchungen über
den Gebirgsaufbau durchzuführen.
In der Regel bereitet es Schwierigkeiten, das genaue Erreichen eines
bestimmten Horizonts exakt festzustellen, es sei denn, es werden
durchgängig
Kerne vom Gebirge gezogen, was sehr aufwendig und teuer ist. Ein
weiteres Problem ergibt sich dadurch, daß die Qualität des zu gewinnenden
Rohstoffs nicht ohne weiteres schnell und exakt bestimmt werden
kann. Die Analyse des zu gewinnenden Rohstoffs erfolgt in der Regel Übertage,
wenn der betreffende Rohstoff durch den Rohrstrang oder aber den
Ringraum nach Übertage
verbracht worden ist. Auf der Strecke von der Bohrstelle nach Übertage
kann es allerdings zu einer Beeinträchtigung der Qualität des betreffenden
Rohstoffs kommen, so daß die
ermittelten Analysewerte oft nicht den tatsächlichen Werten entsprechen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen.
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Zur
Lösung
des vorstehenden Problems wird eine neuartige Meßeinrichtung für Tiefbohrungen vorgeschlagen,
die zur Verbindung mit dem Bohrgestänge vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung
wird also zusammen mit dem Bohrgestänge in das Bohrloch eingebracht.
Von besonderem Vorteil ist es in diesem Zusammenhang, daß die Meßeinrichtung
unmittelbar im Anschluß an
die Meißeleinheit
angeordnet wird, und sich damit in einem sehr geringen Abstand zur
Bohrstelle befindet, so daß Meßwerte quasi
von der Bohrlochsohle genommen werden können. Allerdings versteht es
sich, daß die
Meßeinrichtung
grundsätzlich
an jeder beliebigen Stelle des Bohrgestänges vorgesehen sein kann. Auch
ist die Anordnung mehrerer Meßeinrichtungen in
einem Bohrstrang ohne weiteres möglich.
Zur Messung relevanter Daten das Gebirge, die Bohrspülung und/oder
den zu gewinnenden Rohstoff betreffend weist die Meßeinrichtung
eine Meßeinheit
auf, wobei die Versorgung der Meßeinrichtung mit elektrischer Energie über das
Bohrgestänge
erfolgt. In gleicher Weise, nämlich über das
Bohrgestänge,
erfolgt der Daten- bzw. Signaltransfer von der Meßeinrichtung nach Übertage. Übertägig ist
dann eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, die der Meßeinrichtung
zugeordnet ist, wobei die Meßeinrichtung
mit der Auswerteeinrichtung elektrisch gekoppelt ist. Die elektrische Kopplung
dient dabei zum einen zum Daten- bzw. Signaltransfer von der Meßeinrichtung
nach Übertage und
kann zum anderen auch zum Transfer von Steuerbefehlen dienen, die über die
Auswerteeinrichtung an die Meßeinrichtung
gegeben werden. In jedem Falle bietet die Erfindung den wesentlichen
Vorteil, daß Daten
von der Bohrstelle oder von jeder beliebigen Stelle im Bohrloch
unverzüglich
nach Übertage übertragen
und dort ausgewertet werden können. Auf
diese Weise können
zu jedem beliebigen Zeitpunkt sehr genaue Informationen über das
Gebirge bzw. den zu gewinnenden Rohstoff erhalten werden. In Abhängigkeit
der erhaltenen Meßwerte kann
dann auch entschieden werden, ob Proben genommen werden sollen oder
nicht.
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Die
Meßeinrichtung
weist neben der Meßeinheit
verschiedene Funktionseinheiten auf, auf die nachfolgend noch näher eingegangen
wird. Da es sich beim Bohrbetrieb um einen sehr rauhen Betrieb handelt
und die beim Bohren eingesetzten Mittel erheblichen Belastungen
ausgesetzt sind, weist die Meßeinrichtung
ein stabiles äußeres Gehäuse zur Aufnahme
und damit zum Schutz der einzelnen Funktionseinheiten auf. Um in
das Bohrgestänge bzw.
den Bohrstrang integriert werden zu können, weist das Gehäuse an seinen
beiden Enden Schraubanschlüsse
auf. Vorzugsweise sollten die Schraubanschlüsse ein Innengewinde aufweisen,
so daß das
Gehäuse
vom Anschluß her
einer Muffe entspricht.
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Zu
den Funktionseinheiten der Meßeinrichtung
kann ein Wandler, insbesondere ein Spannungswandler gehören, der
die von der Meßeinheit aufgenommenen
Meßsignale
umwandelt, so daß die umgewandelten,
ggf. eine andere Frequenz als die zugeführte elektrische Energie aufweisenden
Signale von der Auswerteeinrichtung korrekt erkannt werden. Im übrigen kann
die Auswerteeinrichtung auch derart ausgebildet sein, daß die Meßsignale
aus der Energieaufnahme der Meßeinheit
abgeleitet werden.
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Die
Meßeinheit
kann, je nach Anwendungsfall, eine Mehrzahl von Meßgeräten zur
Aufnahme unterschiedlicher Daten aufweisen. Hierbei können grundsätzlich alle
bekannten Verfahren zur Messung und/oder Analytik eingesetzt werden,
wobei es sich versteht, daß eine
entsprechend robuste Ausführung im
Hinblick auf die Verhältnisse
im Bohrloch vorgesehen ist. Im übrigen
können
die einzelnen Meßgeräte von ihrem
Aufbau her modulartig aufgebaut sein, so daß bedarfsweise ein Meßgerätetyp gegen
einen anderen Meßgerätetypen
ausgetauscht werden kann, wenn die Meßeinrichtung für einen
anderen Einsatzfall eingesetzt wird.
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Grundsätzlich ist
es möglich,
die Sensorik der Meßeinheit
außen
am Gehäuse
vorzusehen, so daß die
Meßwerte
von dem Medium genommen werden, das am Gehäuse außen vorbeiströmt. Zum Schutz
der Meßeinheit
und insbesondere der in der Regel empfindlichen Sensorik bzw. Meßwertaufnehmer
bietet es sich jedoch an, die Sensorik in einem Strömungsweg
innerhalb des Gehäuses
vorzuse hen. Um dabei sicherzustellen, daß das zu untersuchende Medium
auch an der Sensorik der Meßeinheit
vorbeigeführt
wird, ist wenigstens eine elektrisch betriebene, in Strömungsverbindung
mit der Meßeinheit
stehende Pumpe vorgesehen. Günstig
ist es in diesem Zusammenhang dann, im Anschluß an die Meßeinheit ein elektrisch betriebenes
Zwei-Wege-Ventil vorzusehen, um das untersuchte Medium bedarfsweise entweder
in den Ringraum oder aber in das Bohrgestänge abzuführen.
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Im
Zusammenhang mit der zuvor beschriebenen Pumpe bietet es sich an,
wenigstens einen Filter und/oder Ventile vorzusehen. Durch einen
vorgeschalteten Filter kann eine Beeinträchtigung der Pumpe und/oder
der Sensorik weitestgehend vermieden werden. Durch vorgeschaltete
Ventile kann der Strömungsweg
zur Pumpe verschlossen werden, was wichtig ist, wenn aus bestimmten
Gründen
keine Messung durchgeführt
werden und kein Medium in die Meßeinrichtung gelangen soll.
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Während es
die Erfindung ermöglicht,
während
des Bohrens Meßwerte
zu nehmen, ist es grundsätzlich
auch möglich,
den Bohrvorgang kurzzeitig zu unterbrechen und eine Verprobung des
Mediums im Bereich der Bohrlochsohle durchzuführen. Hierzu weist die Meßeinrichtung
einen elektrisch, insbesondere elektrohydraulisch betriebenen Packer auf.
Der Packer ist zur Unterteilung des Ringraums in einen Abschnitt
oberhalb des Packers und einen Abschnitt unterhalb des Packers vorgesehen.
Dabei findet quasi eine Abdichtung der beiden Abschnitte statt.
Im eingefahrenen Zustand ragt der Packer nicht oder nur unwesentlich über das
Gehäuse
hinaus. Im ausgefahrenen Zustand liegt der Packer an der Bohrlochwandung
an. Um eine quasi abdichtende Funktion zu erzielen, weist der Packer
eine Mehrzahl von Packersegmenten auf, die sich zumindest im eingefahrenen
Zustand zumindest teilweise überdecken.
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Zum
Ziehen einer Probe nach Ausfahren des Packers ist es erforderlich,
den Umlauf der Bohrlochspülung
zu unterbrechen. Durch den Stillstand der Spülung können Schwebeteilchen, die Bestandteile der
Spülung
sind, absinken und sich auf die Packeroberseite legen. Dies kann
zu Schwierigkeiten beim Wiedereinfahren des Packers führen. Zur
Beseitigung dieses Problems ist eine insbesondere elektrisch betriebene
Schmiermittelversorgungseinrichtung oberhalb des Packers vorgesehen,
durch die eine Schmiermittelschicht auf die Oberseite der Packer segmente
im ausgefahrenen Zustand oder beim Ausfahren der Packersegmente
aufgebracht wird. Die Schmiermittelschicht dient dabei zum einen
als Schutzschicht und zum anderen als Gleitschicht, die das Wiedereinfahren
des Packers in das Gehäuse begünstigt.
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Wird
im ausgefahrenen Zustand des Packers die Bohrlochspülung im
oberen Teil abgesenkt, kann es zu erheblichen Beanspruchungen des
Packers kommen. Aus diesem Grunde ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß die
Pumpe zur Absenkung des Ringraumpegels unterhalb des Packers im
ausgefahrenen Zustand des Packers ausgebildet ist. In diesem Zusammenhang
ist dabei die Zuströmöffnung des
Gehäuses
in die Meßeinrichtung
unterhalb des Packers vorgesehen, während sich die Ausströmöffnung im
Gehäuse
oberhalb des Packers befindet.
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Aufgrund
der zuvor beschriebenen verschiedenen Ansteuerungsmöglichkeiten
der einzelnen Funktionseinheiten der Meßeinrichtung bietet es sich an,
daß eine
elektrisch betriebene Steuereinheit zur bedarfsweisen Ansteuerung
der Funktionseinheiten vorgesehen ist. Die Steuereinheit wird bedarfsweise von Übertage über die
Auswerteeinrichtung, bei der es sich an sich um eine Warte handelt,
in der die gemessenen Werte angezeigt, ausgewertet und verarbeitet
werden, angesteuert.
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Zur
Energieversorgung der Meßeinrichtung dient üblicherweise
ein Übertage
vorgesehener Generator. Um auch bei Funktionsstörungen des Generators ein Funktionieren
der Meßeinrichtung
sicherzustellen, weist die Meßeinrichtung
einen Energiespeicher für
eine Notstromversorgung auf. Hierbei handelt es sich letztlich um
einen im Gehäuse
vorgesehenen Akkumulator.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt
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1 eine
schematische Ansicht eines in ein Bohrloch eingebrachten Bohrgestänges,
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2 eine
schematische Ansicht des Rohrendes eines Bohrrohres,
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3 eine
schematische Ansicht eines Teils einer Muffe,
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4 eine
Querschnittsansicht eines Teils eine Bohrrohres,
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5 eine
Detailansicht eines Teils eines Bohrrohres,
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6 eine
Detailansicht einer Muffe,
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7 eine
schematische Teilansicht eines in eine Muffe eingeschraubten Bohrrohres
und
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8 eine
schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung.
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In 1 ist
schematisch eine Bohrvorrichtung 1 dargestellt. Die Bohrvorrichtung 1 weist
eine über
Tage angeordnete Bohreinrichtung 2 und ein Bohrgestänge 3 auf,
das sich im Bohrzustand in einem Bohrloch 4 befindet. Am
unteren Ende des Bohrgestänges 3 befindet
sich eine Meißeleinheit 5.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
befindet sich unmittelbar oberhalb der Meißeleinheit 5 eine
Meßeinrichtung 6,
die über
einen Leiter 7 mit einer über Tage befindlichen Auswerteeinrichtung 8 verbunden
ist. Die Meßeinrichtung 6 ermöglicht es,
während
des Bohrens Meßwerte
aufzunehmen, die dann unmittelbar über die Auswerteeinrichtung 8 ausgewertet
werden können.
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Das
Bohrgestänge 3 selbst
setzt sich vorliegend aus einer Vielzahl von alternierend angeordneten
Bohrrohren 10 und Muffen 11 zusammen. Bohrrohre 10 der
in Rede stehenden Art können
eine Länge
bis zu 10 m und länger
haben, während
Bohrgestänge 3 für Tiefbohrungen
eine Länge
von mehreren tausend Metern haben können.
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In 2 und
in Detaildarstellung gemäß 4 ist
ein Teil eines Bohrrohres 10 dargestellt. Das Bohrrohr 10 weist
einen Bohrrohrkörper 12 aus
elektrisch leitendem Material auf. Vorgesehen ist nun, daß durch
den Bohrrohrkörper 12 wenigstens
ein elektrischer Rohrleiter 7a hindurchgeführt ist,
der endseitig, und zwar an beiden Enden, mit einem am Bohrrohrkörper 12 vorgesehenen
Rohrkontaktanschluß 13 verbunden
ist, wobei der Rohrleiter 7a und der Rohrkontaktanschluß 13 gegenüber dem
Bohrrohrkörper 12 elektrisch
isoliert sind. Wie sich insbesondere aus 4 ergibt,
ist der Rohrleiter 7a an der Rohrinnenseite 14 fixiert.
Hierzu ist an der Rohrinnenseite 14 eine längslaufende
Nut 15 für
den Rohrleiter 7a vorgesehen. Vorliegend ist die Nut 15 schwalbenschwanzförmig ausgebildet.
Grundsätzlich
ist aber auch jede andere Nutform möglich. Die Nut 15 verläuft parallel
zur Mittelachse des Bohrrohres 10. Die Tiefe der Nut 15 ist
vorliegend größer als der äußere Durchmesser
des Rohrleiters 7a. In der Nut 15 ist der Rohrleiter 7a über eine
Isolierung 16 gehalten. Die Isolierung 16 hat
neben ihrer Befestigungsfunktion zusätzlich eine elektrisch isolierende Funktion.
Neben der Isolierung 16 weist der Rohrleiter 7a eine
Leiterisolierung 17 auf, die sich über die gesamte Länge des
Rohrleiters 7a erstreckt. Wie sich weiter aus 4 ergibt,
ist auf die Rohrinnenseite 14 vollflächig eine elektrische Isolationsschicht 18 aufgedampft,
die auch die Nut 15 und damit den Rohrleiter 7a überdeckt.
Die Isolationsschicht 18 ist vollflächig auf die Rohrinnenseite 14 aufgebracht.
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Der
Rohrkontaktanschluß 13 ist
an der endseitigen Stirnfläche 19 des
Rohrendes des Bohrrohres 10 vorgesehen. Dabei versteht
es sich, daß an beiden
Enden des Bohrrohrkörpers 12 jeweils
ein entsprechender Rohrkontaktanschluß 13 vorgesehen ist,
auch wenn hierauf nachfolgend nicht näher eingegangen wird. Der Rohrkontaktanschluß 13 ist umlaufend
ausgebildet und hat die Form eines Kontaktringes. Im übrigen ist
der Rohrkontaktanschluß 13 auf
einem auf der Stirnfläche 19 aufliegenden
Isolationsring 20 angeordnet. Der Isolationsring 20,
der aus einem elastischen Material besteht, weist eine Ringnut 21 zur
Aufnahme des Rohrkontaktanschlusses 13 auf. Dabei ist die
Ringnut 21 tiefer als die Höhe des Rohrkontaktanschlusses 13.
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Im übrigen ist
der Rohrkontaktanschluß 13 vorliegend
in Richtung von der Stirnfläche 19 weg
federbelastet, nämlich
in Richtung auf die mit dem Bohrrohr 10 zu verbindende
Muffe 11.
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An
beiden Rohrenden des Bohrrohres 10 befindet sich ein Zapfen 22,
an dem ein Außengewinde 23 vorgesehen
ist. Zwischen dem Zapfen 22 mit Außengewinde 23 befindet
sich eine Stufe 24, die an ihrem Ende in die Rohraußenseite 25 übergeht.
Am Übergang
von der Stufe 24 zum Außengewinde 23 befindet
sich eine umlaufende Dichtung 26, bei der es sich vorliegend
um einen O-Ring handelt.
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Statt
der Dichtung 26 oder zusätzlich zu dieser kann im übrigen eine
Ringdichtung auf der Stufe 24 angeordnet sein.
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In 3 und
in der Detaildarstellung gemäß 6 ist
ein Teil einer Muffe 11 dargestellt. Die Muffe 11 weist
einen Muffenkörper 27 aus
elektrisch leitendem Material auf. Durch den Muffenkörper 27 ist
ein elektrischer Muffenleiter 7b hindurchgeführt, der
endseitig, und zwar an beiden Enden des Muffenkörpers 27, mit Muffenkontaktanschlüssen 28 verbunden
ist, auch wenn dies im einzelnen nicht dargestellt ist. Der Muffenleiter 7b und
die Muffenkontaktanschlüsse 28 sind
gegenüber
dem Muffenkörper 27 elektrisch
isoliert.
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Der
Muffenleiter 7b ist an der Muffeninnenseite 29 fixiert.
Hierzu ist an der Muffeninnenseite 29 des Muffenkörpers 27 eine
längslaufende
Nut 30 vorgesehen. Die Nut 30 ist in gleicher
Weise ausgebildet wie die Nut 15. Im übrigen verläuft die Nut 30 parallel zur
Mittelachse der Muffe 11. Nicht dargestellt ist, daß der Muffenleiter 7b in
die Nut 30 über
eine Isolierung eingegossen und im übrigen von einer Leiterisolierung
ummantelt ist. Des weiteren ist auf die Muffeninnenseite 29 wie
auch auf die Rohrinnenseite 14 eine elektrische Isolationsschicht 31 aufgedampft, die
auch den Muffenleiter 7b überdeckt.
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Wie
sich insbesondere aus 6 ergibt, ist der Muffenkontaktanschluß 28 an
einer stirnseitigen Schulter 32 vorgesehen. Die Schulter 32 befindet sich
zwischen dem Innengewinde 33 und der Muffeninnenseite 29.
Der Muffenkontaktanschluß 28 ist umlaufend
ausgebildet und auf einem auf der Schulter 32 aufliegenden
Isolationsring 20 angeordnet. Der Isolationsring 20 entspricht
von Art und Aufbau dem am Bohrrohr 10 vorgesehenen Isolationsring 20, weist
also eine Ringnut 21 zur Aufnahme des Muffenkontaktanschlusses 28 auf,
wobei die Ringnut 21 tiefer ist als die Höhe des Muffenkontaktanschlusses 28.
Im übrigen
ist der Muffenkontaktanschluß 28 in Richtung
von der Schulter 32 weg federbelastet. Die Federbelastung
kann bezüglich
der Kontaktanschlüsse 13, 28 derart
ausgebildet sein, daß auf
die jeweilige Unterseite des Kontaktanschlusses ein oder eine Mehrzahl
von Federn, beispielsweise von kleinen Schraubendruckfedern wirken.
Des weiteren können
an dem jeweiligen Kontaktanschluß Federzungen vorgesehen sein.
Die Federzungen können grundsätzlich nach
innen und/oder nach außen
gerichtet sein, wobei nach außen
gerichtete Federzungen dann über
den ei gentlichen Kontaktanschluß überstehen
und die elektrische Kontaktierung bewirken können.
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Auf
der äußeren Stirnfläche 34 des
Muffenkörpers 27 befindet
sich vorliegend eine umlaufende Dichtung 35. Die äußere Stirnfläche 34 befindet
sich zwischen dem Innengewinde 33 und der Muffenaußenseite.
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Durch
die in der zuvor ausgebildeten Art und Weise beschriebenen Bohrrohre 10 und
Muffen 11 in Verbindung mit den Rohrleitern 7a und
Muffenleitern 7b ergibt sich ein zweipoliges Energie- und
Datenübertragungssystem über das
Bohrgestänge 3.
Dabei wird der eine Pol durch den Bohrgestängekörper gebildet, der sich aus
den Bohrrohrkörpern 12 und
den Muffenkörpern 27 zusammensetzt,
während
der andere Pol durch den Leiter 7, der sich aus den Rohrleiter 7a und
den Muffenleitern 7b sowie den Kontaktanschlüssen 13 und 28 zusammensetzt
gebildet wird. Das erfindungsgemäße System
bietet im übrigen
den Vorteil, daß das
Bohrgestänge 3 und
damit die beiden Pole beliebig verlängert werden können, da
sich durch Verschrauben eines Bohrrohres 10 mit einer Muffe 11 die
elektrische Verbindung über
die Kontaktanschlüsse 13, 28 einerseits
und über
das Material des Bohrrohrkörpers 12 und
des Muffenkörpers 27 andererseits
ergibt.
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Die
Energieeinspeisung bzw. Datenabnahme vom Leiter 7 erfolgt über einen
nicht dargestellten Schleifringabnehmer, der am ersten Bohrrohr 10 vorgesehen
ist. Der Schleifringabnehmer ist mit dem Rohrleiter 7a verbunden
und gegenüber
dem Bohrrohrkörper 12 isoliert.
Der Schleifringabnehmer wiederum ist mit der Auswerteeinrichtung 8 verbunden, während der
Bohrgestängekörper den
Masseanschluß bildet.
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In 8 ist
eine schematische Darstellung der Meßeinrichtung 6 gezeigt.
Die Meßeinrichtung 6 ist
vorliegend mit dem letzten Bohrrohr 10 des Bohrgestänges 3 verbunden.
Die Meßeinrichtung 6 weist vorliegend
eine elektrisch betriebene Meßeinheit 40 auf,
mit der es möglich
ist, relevante Daten über
den Zustand des Gebirges, der Bohrspülung oder des zu gewinnenden
Rohstoffes zu messen. Die Meßeinrichtung 6 wird
dabei über
den zuvor beschriebenen Leiter 7 mit elektrischer Energie
versorgt. Dabei versteht es sich, daß die Meßeinrichtung 6 einen Kontaktanschluß entsprechend
den Kontaktanschlüssen 13, 28 und
eine Fortführung
des Leiters 7 aufweist, auch wenn dies im einzelnen nicht
dargestellt ist.
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Die
Meßeinrichtung 6 weist
ein äußeres Gehäuse 41 auf,
in dem die Meßeinheit 40 und
weitere Funktionseinheiten, auf die nachfolgend noch näher eingegangen
wird, aufgenommen sind. Zum Anschluß an den Bohrstrang und die
Meißeleinheit 5 weist
das Gehäuse 41 an
seinen beiden Enden jeweils Schraubanschlüsse 42, 43 auf.
Die Schraubanschlüsse 42, 43 entsprechen
denen der Muffe 11. Allerdings ist darauf hinzuweisen,
daß es
grundsätzlich auch
möglich
ist, andere Schraubanschlüsse,
insbesondere auch solche mit Außengewinde
vorzusehen. Letztlich ist lediglich entscheidend, daß die Meßeinrichtung 6 in
das Bohrgestänge 3 integriert
werden kann.
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Die
Meßeinrichtung 6 weist
einen Wandler 44 zur Wandlung von über die Meßeinheit 40 aufgenommenen
Meßsignalen
zum anschließenden Transfer
zur Auswerteeinrichtung 8 auf. Nicht dargestellt ist, daß die Meßeinheit 40 eine
Mehrzahl von unterschiedlichen Meßgeräten zur Aufnahme unterschiedlichster
Daten des betreffenden Mediums aufweisen kann. Die einzelnen Meßgeräte sollten
modulartig aufgebaut sein, so daß es bedarfsweise möglich ist,
Meßgeräte auszutauschen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Sensorik bzw. sind die Meßwertaufnehmer im Strömungsweg 45 innerhalb des
Gehäuses 41 vorgesehen.
Grundsätzlich
ist es aber auch möglich,
daß die
Meßwertaufnehmer über äußere Öffnungen
im Gehäuse 41 nach
außen
in den Ringraum gerichtet sind.
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Weiterhin
ist eine elektrisch betriebene Pumpe 46 vorgesehen, die
das zu untersuchende Medium über
den Strömungsweg 45 der
Meßeinheit 40 zuführt. Oberhalb
der Meßeinheit 40 ist
eine elektrisch betriebene Ventileinheit 47 mit wenigstens
einem Zwei-Wege-Ventil vorgesehen, um das untersuchte Medium bedarfsweise
in den Ringraum oder aber über
das Bohrgestänge 3 abzuführen. Hierzu sind
im Gehäuse 41 entsprechende
Ausströmöffnungen 48 vorgesehen.
Der Pumpe 46 vorgeschaltet ist vorliegend wenigstens ein
Filter 49 und eine Ventileinheit 50. Die Ventileinheit 50 dient
zum Verschluß von
im Gehäuse 41 vorgesehenen
Zuströmöffnungen 51.
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Des
weiteren ist ein elektrohydraulischer Packer 52 vorgesehen.
Der Packer 52 weist eine Mehrzahl von im einzelnen nicht
näher dargestellten
Packersegmenten auf. Im eingefahrenen Zustand des Packers 52,
der in 8 dargestellt ist, überdecken sich die Packersegmente
zumindest teilweise. Der Packer 52 insgesamt ist derart
aufgebaut, daß er
im ausgefahrenen Zustand den Ringraum in einem oberen und unteren
Teil trennt und diese Abschnitte dabei zumindest im wesentlichen
abdichtet. Unmittelbar oberhalb des Packers 52 befindet
sich eine Schmiermittelversorgungseinrichtung 53, die zum
Aufbringen einer Schmiermittelschicht auf die Oberseite der Packersegmente
im ausgefahrenen Zustand dient. Die Schmiermittelversorgungseinrichtung 53 kann
elektrisch oder aber auch mechanisch betrieben sein. Die mechanisch
betriebene Schmiermittelversorgung ist vorzugsweise mit dem Packer 52 insofern
mechanisch gekoppelt, daß beim
Ausfahren der Packersegmente die Schmiermittelversorgung betätigt wird.
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Des
weiteren weist die Meßeinrichtung 6 vorliegend
eine Steuereinheit 54 zur bedarfsweisen Ansteuerung der
einzelnen Funktionseinheiten sowie einen Energiespeicher 55 auf.
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Im übrigen versteht
es sich, daß die
vorgenannten Funktionseinheiten nicht notwendigerweise in der dargestellten
Reihenfolge angeordnet sein müssen.
Soweit die Funktion der Meßeinrichtung 6 nicht
in Frage gestellt wird, lassen sich auch andere Anordnungen wählen. Beachtet
werden sollte allerdings, daß sich
der Packer 52 zwischen den unteren Zuströmöffnungen 51 und
den oberen Ausströmöffnungen 48 befindet,
so daß es
möglich
ist, über
die Pumpe 46 den Ringraumpegel unterhalb des ausgefahrenen
Packers 52 abzusenken.
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Im übrigen befindet
sich im Gehäuse 41 ein den
Strömungsweg 45 bildender
Strangabschnitt, der eine Durchgangsöffnung aufweist, die mit dem Bohrgestänge 3 bzw.
der Öffnung
darin und der Meißeleinheit 5 kommuniziert.
Mit dem den Strömungsweg 45 bildenden
Strangabschnitt kommunizieren im übrigen die Ausströmöffnungen 48 und
die Zuströmöffnungen 51.
Am Ende des Strangabschnitts befindet sich vorliegend eine die Durchgangsöffnung verschließende Rückschlagklappe.
Diese weist einen nicht dargestellten elektrischen Antrieb auf.
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Im
einzelnen nicht dargestellt ist, daß die einzelnen Funktionseinheiten
der Meßeinrichtung 6 elektrisch
an die beiden zuvor beschriebenen Pole angeschlossen sind, so daß eine elektrische
Energieversorgung und, soweit die Meßeinheit 40 bzw. die
Steuereinheit 54 betroffen sind, ein Datenaustausch mit
der Auswerteeinrichtung 8 möglich ist.
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Statt
der zuvor beschriebenen Ausführungsform,
bei der der Bohrstrang im Gehäuse 41 der Meßeinrichtung 6 geöffnet ist,
ist es grundsätzlich auch
möglich,
daß die
Meßeinrichtung 6 einen Durchgangsrohrabschnitt
aufweist, der entweder beidseitig oder aber an einem Ende mit dem
Bohrgestänge
und am anderen Ende mit der Meißeleinheit 5 verbunden
ist. Zur Analyse wird dann das Medium durch entsprechende Strömungswege
durch das Gehäuse
und dabei auch an der Meßeinheit 40 vorbeigeführt. Auch
in diesem Fall kann vorgesehen sein, daß das bereits vermessene Medium
entweder einen Bohrstrang oder aber in den Ringraum abgegeben wird.
Eine entsprechende in den Bohrstrang hinein öffnende Ventileinheit ist in
diesem Fall erforderlich.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Messung relevanter Daten das Gebirge, die Bohrspülung und/oder
den zu gewinnenden Rohstoff betreffend ermöglicht es nun, vor, während und
nach dem Bohren ständig
den Zustand des Mediums im Bohrloch zu messen. Die dabei erhaltenen
Daten können
in der übertägigen Auswerteeinrichtung 8 sofort
ausgewertet werden. So werden beispielsweise hydrologische Veränderungen
während
des Bohrens unverzüglich
erkannt und es ist auch eine Verprobung sofort möglich. Hierzu schließt bei der
dargestellten Ausführungsform
die Rückschlagklappe 56 das Bohrrohr
nach unten ab, während
der Packer 52 ausgefahren wird. Die Pumpe 46 fördert dann
das Medium nach Verschluß der
Ausströmöffnungen 48 mittels
der Ventileinheit 47 durch den Bohrstrang nach Übertage.