DE102012004392A1

DE102012004392A1 - Vorrichtung zum Übertragen von Informationen aus einem Bohrloch

Info

Publication number: DE102012004392A1
Application number: DE201210004392
Authority: DE
Inventors: Werner Vorhoff; Thomas Hahn-Jose
Original assignee: Smart Drilling GmbH; Inoson GmbH
Current assignee: Smart Drilling GmbH; Inoson GmbH
Priority date: 2012-03-03
Filing date: 2012-03-03
Publication date: 2013-09-05

Abstract

Datenübertragungen in einem Bohrrohrstrang werden mittel Impulsen von einer Informationserzeugungseinrichtung und einer Übertragungseinrichtung an eine Empfangseinrichtung zur Auswertung übermittelt. Zur Verbesserung einer verschleiß- und energiearmen und von der Art der Spülung unabhängige Datenübertragung, sind die mittels der Übertragungseinrichtung (8, 8') erzeugten Impulse als Schallwellen ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen von Informationen innerhalb eines Bohrrohrstranges mittels Impulsen mittels einer dem Drehbohrmeißel nachgeschalteten Informationserzeugungsvorrichtung und einer an diese angeschlossenen Übertragungseinrichtung zur Erzeugung der Impulse, sowie einer Empfangseinrichtung zum Empfangen und Auswerten der über Impulse übertragenen Informationen.
Es ist bekannt, mittels Druckimpulsen in strömenden Flüssigkeiten Informationen zu übertragen. Eine derartige Vorgehensweise hat sich insbesondere in der Bohrtechnik als vorteilhaft erwiesen. Dabei werden die Druckimpulse regelmäßig durch die Bohrspülflüssigkeit innerhalb des Bohrrohrstranges einer Bohrvorrichtung übertragen. Folglich wird die Bohrspülflüssigkeit als Datenträger eingesetzt. Auf diese Weise gelingt es, beispielsweise Daten vom Bohrkopf bzw. Bohrmeißel am Ende des Bohrstranges bis zur Oberfläche zu übermitteln. Es ist lediglich erforderlich, als Empfangseinrichtung einen Drucksensor vorzusehen, welcher in Verbindung mit einer Auswertevorrichtung die empfangenen Druckimpulse dekodieren kann. Dabei können die Druckimpulse Informationen über den jeweiligen Betriebszustand des Bohrkopfes bzw. Bohrmeißels liefern. In der Bohrtechnik wird mit verschiedenen Methoden des Sendens und Empfangens von Druckimpulsen gearbeitet. So lassen sich die Informationen beispielsweise anhand der Impulsfolge oder durch Variation der Impulsstärke übertragen. Weiter kennt man die so genannte positive oder negative Druckimpulstechnik, je nach dem ob eine Druckerhöhung oder Druckminderung in der strömenden Bohrspülflüssigkeit erzeugt wird.
Die bekannte Druckimpulserzeugung hat sich bewährt, erfolgt aber letztlich durch eine Relativbewegung starrer Teile gegeneinander. Aufgrund dieser Relativbewegung ist es regelmäßig erforderlich, verschleißhemmende Maßnahmen zwischen den sich gegeneinander bewegenden Teilen vorzusehen. Ebenfalls werden diese Teile andauernd von dem hohen Spülungsstrom, der mit abrasiven Bestandteilen versetzt ist, umspült, was gegebenenfalls massiven Verschleiß an den Teilen verursachen kann. Schutzmaßnahmen sind aufwendig und teuer. Darüber hinaus sind die bekannten Vorrichtungen schwierig zu fertigen, bauen relativ groß und benötigen folglich zur Erzeugung der Druckimpulse relativ viel Energie.
Zur Vermeidung der Relativbewegungen der mechanischen Teile untereinander und zur Reduzierung des Verschleißes der Teile durch die Bohrspülflüssigkeit wird in der Vorrichtung nach der EP 0 792 999 B1 der veränderliche Strömungswiderstand zur Erzeugung des Druckimpulses aus elastischem Material hergestellt.
Eine derartige Vorrichtung weist ebenfalls den Nachteil auf, dass die wesentlichen Bestandteile, insbesondere der Übertragungseinrichtung, ständig mit der Spülflüssigkeit in Berührung kommen und somit ein ständiger und erheblicher Verschleiß verursacht wird. Darüber hinaus ist eine solche Übertragungseinrichtung technisch sehr kompliziert und aufwendig.
Ausgehend von einem solchen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Übertragen von Informationen aus einem Bohrloch zu schaffen, die sich durch eine kompakte und Kosten sparende Bauweise auszeichnet, die verschleiß- und energiearm arbeitet, die keine beweglichen oder unbeweglichen Teile in der Bohrspülflüssigkeit beinhaltet, die dennoch die gewünschten Informationen einwandfrei überträgt und die darüber hinaus unabhängig von jeder Art Spülung arbeitet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die mittels der Übertragungseinrichtung erzeugten Impulse als Schallwellen ausgebildet sind
Der besondere Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass der die Schallwellen auslösende Impulserzeuger im Bohrstrang derart angeordnet ist, dass kein Kontakt zur Bohrspülflüssigkeit vorhanden ist. Zum einen ist es möglich, die zur Information benötigten Schallwellen von einer vollständig abgekapselten Übertragungseinrichtung in einer zentralen Anordnung innerhalb des Bohrrohrstranges vorzusehen, zum anderen ist es möglich, die Übertragungseinrichtung in der Gestängewandung anzuordnen. Dabei kann die Art der Spülung vollständig unberücksichtigt bleiben, da sich die Schallwellen im Material des Bohrstranges fortpflanzen. Andererseits spielt es keine Rolle bei Verwendung einer Spülflüssigkeit, ob diese in Bewegung oder in Ruhe ist.
Physikalisch verläuft die Wellenausbreitung parallel in der Bohrspülflüssigkeit und in dem Bohrstrang. Soweit können beide Wege zur Datenübertragung genutzt werden.
Ein weiterer Vorteil liegt in der höheren Datenfrequenz, die durch eine schnellere Datenübertragungsgeschwindigkeit zur Verfügung steht. Somit werden online Datenübertragungen von umfangreichen geophysikalischen Messungen möglich, die heute nur über Kabel übertragen werden könnten.
Da der Druckimpulserzeuger nicht der Bohrspülflüssigkeit ausgesetzt ist, wird von der Spülung und darin enthaltener abrasiver Bestandteile verursachter Verschleiß an der Druckimpulsvorrichtung unmöglich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand eines schematisierten Bohrrohrstranges im Bohrloch einer Tiefbohrung dargestellt und wird im nachfolgenden näher erläutert.
Die Darstellung der Figur zeigt eine Bohrvorrichtung 1 oberhalb eines in ein Gebirge 2 niedergebrachten Bohrlochs 3. Der Bohrrohrstrang oder das Bohrgestänge ist mit der Position 4 bezeichnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist Übertage eine Pumpe 11 vorgesehen, welche die Bohrspülflüssigkeit F innerhalb des Gestänges 4 zum Drehbohrmeißel 6 im Bohrlochtiefsten 5 pumpt. Über den Ringraum wwischen Gestänge 4 und Gebirge 2 wird die Spülflüssigkeit F entsprechend des Pfeils in der Figur wieder in den Pumpenbereich gefördert. Dem Bohrmeißel 6 nachgeschaltet ist eine Informationserzeugungseinrichtung 7 bekannter Bauart vorgesehen. Um die Informationen an die entsprechenden Empfangseinrichtungen 9, 10 zu übermitteln, ist eine Übertragungseinrichtung 8 bzw. 8' oberhalb der Informationserzeugungseinrichtung 7 angeordnet.
Nach einem Ausführungsbeispiel ist die Übertragungseinrichtung 8 als gegenüber der Spülflüssigkeit abgekapselte Einrichtung ausgebildet, von der aus die entsprechenden Schallwellen über die Spülflüssigkeit F der Empfangsvorrichtung 9 zur Auswertung übermittelt werden.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Schallwellen von einer in der Wandung des Bohrgestänges 3 angeordneten Übertragungseinrichtung 8' als Körperschallwellen im Bohrgestänge 4 der Empfangseinrichtung 10 übermittelt. Die Informationen werden von der Informationserzeugungseinrichtung 7 über Kabel der Übertragungseinrichtung 8 bzw. 8' übermittelt. Die Impulse bzw. Schallwellen können mechanisch, hydraulisch, elektrisch oder pneumatisch erregt werden. Für die Datenübertragung spielt es keine Rolle, ob die Spülflüssigkeit in Bewegung oder in Ruhe ist. Selbst bei Luftspülung ist eine Datenübertragung dank der sich im Bohrstrang, d. h. Bohrgestänge 4 fortpflanzenden Schallwellen durchführbar.
Bezugszeichenliste

1: Bohrvorrichtung
2: Erdreich, Gebirge
3: Bohrloch
4: Bohrstrang, Bohrgestänge
5: Bohrlochtiefstes
6: Drehbohrmeißel
7: Informationserzeugungseinrichtung
8, 8': Übertragungseinrichtung
9: Empfangseinrichtung
10: Empfangseinrichtung
11: Pumpe
F: Bohrspülflüssigkeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0792999 B1 [0004]

Claims

Vorrichtung zum Übertragen von Informationen innerhalb eines Bohrrohrstranges mittels Impulsen mit einer dem Drehbohrmeißel nachgeschalteten Informationserzeugungseinrichtung und einer an diese angeschlossenen Übertragungseinrichtung zur Erzeugung der Impulse, sowie einer Empfangseinrichtung zum Empfangen und Auswerten der über Impulse übertragenen Informationen, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Übertragungseinrichtung (8, 8') erzeugten Impulse als Schallwellen ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung (8) ohne Kontakt zur Spülung zentral im Bohrgestänge (4) abgekapselt angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung (8') in der Bohrgestängewandung angeordnet und über Kabel mit der Informationserzeugungseinrichtung (7) verbunden ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallwellen mittels mechanisch, hydraulisch, elektrisch oder pneumatisch beaufschlagbarer Impulse ausgelöst werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Datenübertragung die Spülung im Bohrgestänge (4) vorsehbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Datenübertragung die sich im Bohrgestänge (4) fortpflanzenden Schallwellen vorsehbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Datenerfassung der über die Spülung übermittelten Schallwellen außerhalb des Bohrlochs (3) eine mit der Spülung in Verbindung stehende Empfangsvorrichtung (9) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die sich im Bohrgestänge (4) fortpflanzenden Schallwellen eine im Bohrstrang (9) Übertage angeordnete Empfangeinrichtung (10) vorgesehen ist.