DE102005001407A1 - Verfahren zur Übertragung von Signalen und System zur Übertragung von Meß- und/oder Steuersignalen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Signalen entlang eines Rohrs, wobei Schallwellen in ein in dem Rohr befindliches Fluid durch einen Sender ausgesendet und die Schallwellen durch einen Empfänger empfangen werden.

Description

• Die Erfindung betrifft sowohl ein Verfahren zum Übertragen von Signalen sowie ein Bohrverfahren zum Einziehen eines Neurohrs in das Erdreich und ein System zur Übertragung von Meß- und/oder Steuersignalen sowie einen Rohradapter.
• Beim Bohren im Erdreich ist es in einer Vielzahl von Anwendungsfällen zweckmäßig, Signale entlang eines in einem Bohrloch befindlichen Rohrs zu übertragen. EP 1 130 213 A1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zum Einziehen eines Neurohrs mittels eines Backreamers in eine Pilotbohrung. Um Informationen über die auf das Neurohr wirkende Zugkraft und damit Informationen über die Belastung des Neurohrs während des Einziehens vom Backreamer an eine überirdische Einheit zu übertragen, wird gemäß EP 1 130 213 ein Kabel durch das Neurohr geführt. Die durch das Kabel übertragenen Informationen können ausgewertet und zur Steuerung einer den Backreamer in das Erdreich einziehenden Bohrlafette mittels Funk vom Austritt des Kabels am offenen Ende des Neurohrs im Bereich der Zielgrube an die im Bereich der Startgrube befindliche Bohrlafette übertragen werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß ein Kabel in das Neurohr eingefädelt werden muß. Dies ist insbesondere bei Rohrbünden, also aufgerollten Neurohren, nachteilig. Diese aufgerollten Rohre müssen häufig zum Einbringen des Kabels zunächst entrollt werden, wofür hinreichend Platz vorgesehen sein muß.
• Aus DE 24 40 538 A1 ist es bekannt, Signale als Schallsignale in der Rohrwandung zu übertragen. Ferner ist es aus DE 24 40 538 A1 bekannt, entlang eines Bohrrohrs Relaisstationen vorzusehen, die ein in der Bohrwandung übertragenes Schallsignal aufnehmen und ein weiteres Schallsignal in die Bohrrohrwandung auszusenden. Nachteilig an diesem Übertragungsverfahren ist, daß es nur bei Bohrrohren mit geringer Schalldämpfung, beispiels weise metallischen Rohren, sinnvoll durchgeführt werden kann. Bei den zunehmend eingesetzten PE-Rohren im grabenlosen Leitungsbau können diese Verfahren aufgrund der hohen Schalldämpfung des Materials nicht sinnvoll eingesetzt werden.
• Aus DE 100 19 663 C2 ist es ferner bekannt, Meßwerte als hochfrequente Signale im Gigaherzbereich durch das Erdreich hindurch zu übertragen. Je nach Beschaffenheit des Erdreichs setzt dieses Verfahren jedoch Sender mit sehr hoher Sendeleistung voraus, so daß eine leistungsfähige Energieversorgung des Senders notwendig ist.
• Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen, die eine gute Signalübertragung entlang eines Rohres mit geringem Aufwand ermöglichen.
• Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Erfindung baut auf dem Grundgedanken auf, die Signale als Schallsignale durch ein in dem Rohr befindliches Fluid, beispielsweise Luft oder eine Bohrflüssigkeit, zu senden. Dadurch wird die Übertragung der Signale unabhängig von der Wahl des Materials des Neurohrs. Ferner bildet das Innere des Neurohrs eine abgeschlossene Kammer, in der sich die Schallwellen gut ausbreiten können.
• Die Schallwellen werden vorzugsweise durch einen Schallsender oder durch sogenannte akustische Modems erzeugt. Die akustischen Modems können dabei vorteilhafterweise auf die in WO 00/011817 A2 beschriebene und häufig als S2C bezeichnete Technologie zurückgreifen. Der Inhalt der WO 00/011817 A2 wird im Hinblick auf die Ausgestaltung der akustischen Modems durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.
• Vorzugsweise werden die vom Sender ausgesandten Schallwellen von einem zwischen dem Sender und dem Empfänger angeordneten Relaisempfänger empfangen und von einem Relaissender Schallwellen in das in dem Rohr befindliche Fluid ausgesandt. Durch diese aus Relaisempfänger und Relaissender bestehende Relaisstation kann auch bei sehr langen Rohren eine zuverlässige Übertragung der Schallwellen entlang des Rohrs gesichert werden.
• Vorzugsweise werden die Schallwellen vom Sender niederfrequent, bevorzugt mit einer Frequenz von weniger als 10 kHz, insbesondere bevorzugt von weniger als 1,5 kHz ausgesandt. Es hat sich gezeigt, daß gerade bei diesen Frequenzen eine Signalübertragung mit besonders geringen Verlusten möglich ist. Jedoch kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mit anderen Frequenzen, beispielsweise mit Ultraschallfrequenzen durchgeführt werden. Insbesondere wenn auf Standardprodukte, wie beispielsweise akustische Modems zugegriffen werden soll, kann das Verfahren mit den dort üblichen Frequenzen zwischen 5 und 78 kHz durchgeführt werden.
• Ein erfindungsgemäßes Bohrverfahren nutzt die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Übertragen von Signalen entlang eines in einem Bohrkopf befindlichen Rohres, in dem Bohrparameter gemessen werden und die Meßergebnisse als Meßsignale mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens entlang des Neurohrs übertragen werden.
• Bohrparameter können dabei insbesondere die Winkellage eines Bohrkopfes, die Rotationsgeschwindigkeit eines Bohrkopfes, die Ausrichtung des Bohrkopfes zur Horizontalen, der Druck der Bohrspülung, Informationen über die Ortsbrust oder die Bohrkopftemperatur sowie beispielsweise auch der Durchfluß von Bohrflüssigkeit sein.
• Vorzugsweise wird die auf das Neurohr wirkende Zugkraft gemessen. So kann überprüft werden, ob die Belastung des Neurohrs beim Einziehen unterhalb vorgegebener Belastungsgrenzen liegt. Dabei kann durch das erfindungsgemäße Verfahren das Meßsignal in Echtzeit übertragen werden. Das Echtzeit-Verfahren erlaubt es, den Verlauf des Einzugs zu regeln, beispielsweise die Einzugskraft oder -geschwindigkeit der das Neurohr über ein Backreamer einziehenden Bohrlafette, die Drehgeschwindigkeit, das Drehmoment, die Spülungsmenge und/oder den Spülungsdruck derart zu regeln, daß die Belastungswerte unterhalb der vorgegebenen Werte bleiben.
• Insbesondere bevorzugt wird die Zugkraft im Bereich der Verbindung zwischen einem Aufweit- oder Zugkopf und dem einzuziehenden Neurohr gemessen. Die elektrischen Meßsignale können in Schallwellen moduliert und in das Innere des Neurohrs bzw. vom Inneren des Neurohrs ausgesandt werden. Am offenen Neurohrende können die Schallwellen mit einem Mikrofon empfangen und in elektrische Signale demoduliert werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zum Übertragen von Signalen läßt sich zum Übertragen von Meßergebnissen von dem bohrkopfseitigen Ende des Neurohrs zum freien Ende des Neurohrs nutzen. Es kann jedoch auch zum Übertragen von Steuersignalen genutzt werden, insbesondere vom offenen Ende des Neurohrs zum bohrkopfseitigen Ende des Neurohrs. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung eines solchen Bohrverfahrens wird das elektrische Steuersignal in eine Schallwelle moduliert und in das Neurohr ausgesandt. Die Schallwelle wird an einem im Bereich des Bohrkopfes angeordneten Mikrofon empfangen und in ein elektrisches Signal demoduliert.
• Ein erfindungsgemäßes System zur Übertragung von Meß- und/oder Steuersignalen durch ein mit einem Bohrkopf grabenlos zu verlegendes Rohr weist ein Akustikmodem im Bereich der Anbindung des Neurohrs an den Bohrkopf und ein zweites Akustikmodem am offenen Ende des Neurohrs auf. Diese Akustikmodems erlauben die Übertragung von Signalen durch Schallwellen zwischen den Akustikmodems durch das Innere des Neurohrs hindurch. Dabei kann das der Anbindung des Neurohrs an dem Bohrkopf zugeordnete Akustikmodem unmittelbar benachbart des bohrkopfseitigen Endes des Neurohrs angeordnet sein oder teilweise in das Rohrinnere versetzt, um beispielsweise den Einfluß von Nebengeräuschen zu reduzieren.
• Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße System ein Meßwertaufnehmer zur Bestimmung der vom Bohrkopf auf das Neurohr wirkenden Zugkraft auf.
• Ein erfindungsgemäßer Rohradapter zur Verbindung eines Neurohrs mit einem Bohrkopf weist ein Akustikmodem auf. Mit diesem Akustikmodem kann eine Schallwelle in das Innere des Neurohrs ausgesendet werden.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rohradapters weist dieser einen Meßwertaufnehmer zur Bestimmung der vom Bohrkopf auf das Neurohr wirkenden Zugkräfte auf.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert. Deren einzige Fig. zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Rohradapters.
• Der erfindungsgemäße Rohradapter 1 weist endseits Verbindungsmittel 2 zum Verbinden des Rohradapters 1 mit einem nicht dargestellten Backreamer auf. Der Rohradapter ist mit einem einzuziehenden Neurohr 3 fest verbunden. Ein Träger 4 verbindet ein Akustikmodem 5 mit dem Grundkörper des Rohradapters 1. Die Verbindungsmittel 2 weisen nicht näher dargestellte Meßwertaufnehmer zur Bestimmung der auf sie wirkenden Zugkraft auf. Zum Einziehen des Neurohrs 3 wird der Rohradapter 1 mit den Verbindungsmitteln 2 mit einem Backreamer verbunden. Dieser wird durch eine Pilotbohrung gezogen und zieht damit den Rohradapter 1 und das mit ihm fest verbundene Neurohr 3 in das Erdreich ein. Während des Einziehens wird Online die auf die Befestigungsmittel 2 wirkende Zugbelastung gemessen. Diese ent spricht der Zugbelastung des fest mit dem Rohradapter 1 verbundenen Neurohrs 3. Die ermittelten Meßsignale werden in dem Akustikmodem 5 in Schallsignale moduliert, die von dem Akustikmodem 5 in den Innenraum des Neurohrs 3 ausgesendet werden.
• Am nicht dargestellten freien Ende des Neurohrs 3 ist ein weiteres Akustikmodem vorgesehen, das die von dem Akustikmodem 5 ausgesandten Schallwellen aufnimmt, diese in elektrische Signale demoduliert und an einer Auswerteeinheit übermittelt.

Claims (12)

1. Verfahren zur Übertragung von Signalen entlang eines Rohrs, gekennzeichnet durch das Aussenden von Schallwellen in ein in dem Rohr (3) befindliches Fluid durch einen Sender (5) und das Empfangen der Schallwellen durch einen Empfänger.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Sender (5) ausgesandten Schallwellen von einem zwischen dem Sender und dem Empfänger angeordneten Relaisempfänger empfangen werden und Schallwellen von einem Relaissender in das in dem Rohr (3) befindliche Fluid ausgesandt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallwellen vom Sender (5) mit einer Frequenz von weniger als 1,5 kHz ausgesandt werden.
4. Bohrverfahren zum Einziehen eines Neurohrs (3) in das Erdreich, bei dem Bohrparameter gemessen und Meßergebnisse als Meßsignale mittels eines Übertragungsverfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 entlang des Neurohrs (3) übertragen werden.
5. Bohrverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Neurohr (3) wirkende Zugkraft gemessen wird.
6. Bohrverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß – die Zugkraft im Bereich der Verbindung (2) zwischen einem Bohrkopf und dem einzuziehenden Neurohr (3) gemessen wird, – das elektrische Meßsignal in die auszusendende Schallwelle moduliert und ausgesandt wird, – die Schallwelle von einem am gegenüberliegenden Neurohrende angeordneten Mikrophon empfangen und – die empfangene Schallwelle in ein elektrisches Signal demoduliert wird.
7. Bohrverfahren zum Einziehen eines Neurohrs (3) in das Erdreich, bei dem Steuersignale vom freien Neurohrende mit einem Übertragungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 an ein Steuergerät am bohrkopfseitigen Ende des Neurohrs (3) übertragen werden.
8. Bohrverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß – das elektrische Steuersignal in eine auszusendende Schallwelle moduliert und ausgesandt wird, – die Schallwelle von einem im Bereich des Bohrkopfes angeordneten Mikrophon empfangen und – die empfangene Schallwelle in ein elektrisches Signal demoduliert wird.
9. System zur Übertragung von Meß- und/oder Steuersignalen durch ein mit einem Bohr- bzw. Aufweit- und/oder Einziehkopf grabenlos zu verlegendes Neurohr (3), gekennzeichnet durch ein Akustikmodem (5) im Bereich der Anbindung des Neurohrs (3) an den Bohrkopf und ein zweites Akustikmodem am gegenüberliegenden Ende des einzuziehenden Neurohrs (3).
10. System nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Meßwertaufnehmer zur Bestimmung der vom Bohrkopf auf das Neurohr (3) wirkenden Zugkraft.
11. Rohradapter (1) zur Verbindung eines Neurohrs (3) mit einem Bohr- bzw. Aufweit- und/oder Einziehkopf, gekennzeichnet durch ein Akustikmodem (5).
12. Rohradapter nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Meßwertaufnehmer zur Bestimmung der vom Bohrkopf auf das Neurohr wirkenden Zugkraft.