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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Videosonde und ein Verfahren zur Inspektion von Bohrlöchern.
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Aus der
DE 197 13 754 B4 ist eine Bohrlochsonde mit einem Basisteil bekannt, das mit einem Kameramodul ausgerüstet werden kann, in welchem eine Videokamera und eine Beleuchtungseinrichtung untergebracht ist. Die aufgenommenen Daten werden digitalisiert und über ein Kabel zur Erdoberfläche übertragen, wo sie ausgewertet werden können. Diese bekannte Videosonde ist in Modulbauweise aufwendig ausgestaltet und daher kostspielig in der Herstellung. Aufgrund der erforderlichen Verbindungselemente zwischen den einzelnen Modulen ist sie außerdem relativ störanfällig. Des Weiteren treten in Bohrlöchern, die beispielsweise zur Erkundung über hunderte von Metern oder gar Kilometern in den Erdboden eingebracht werden oder die beispielsweise zur Förderung von Erdöl dienen, hohe Temperaturen und Drücke auf, die für eine Kabelverbindung schädlich sind. Die Gefahr der Beschädigung eines Videokabels in einem Bohrloch ist daher sehr hoch.
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Aus der
DE 601 30 558 T2 ist eine Videokamera zur Untersuchung von Bohrlöchern bekannt, die zusammen mit einer hellen Lichtquelle in einem schützenden Gehäuse eingebaut ist, welches an einem Kabel hängend mittels Rolle in ein Bohrloch hinabgelassen und angehoben werden kann. Über das Kabel ist die Videosonde mit einer Oberflächenstation verbunden, die mit einer Energiequelle und einer Kontrollapparatur ausgestattet ist. Des Weiteren kann die Videosonde mit einer Batterie und einem Speicher zur Speicherung der aufgenommenen Bilder ausgestattet werden. Auch diese Videosonde ist aufwendig konstruiert und kostspielig in der Herstellung.
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Um Undichtigkeiten in Barrieren, z. T. Tubinglecks, Beschädigungen oder Deformierungen der Produktionsrohre, Fremdkörper oder Ablagerungen, Flüssigkeitsspiegel oder Defekte erkunden zu können, braucht man eine sehr robuste Videosonde, die auch in der Lage sein muss, in Flüssigkeiten einzutauchen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine robuste Videosonde für die Inspektion von Bohrlöchern anzugeben, die kostengünstig herstellbar ist und deren Betrieb mittels eines anzugebenden Inspektionsverfahrens sicher und kostengünstig durchführbar ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, dass eine Videokamera, ein Bildspeicher, eine Stromquelle und eine Lichtquelle in einem druckfesten, rohrförmigen Sondengehäuse angeordnet sind, dass das Sondengehäuse an seiner Oberseite mit einem Deckel druckdicht verschlossen ist, dass der Deckel Befestigungsmittel zur Befestigung eines Seils oder Stange oder dergleichen aufweist und dass die Unterseite des Sondengehäuses mittels eines abnehmbaren Fensterbauteils druckdicht verschließbar ist. Die erfindungsgemäße Videosonde ist für die besonders raue Umgebung im Bohrloch geeignet. Da sie druckdicht ist, können Flüssigkeiten oder schädliche Gase nicht eindringen. Gleichzeitig ist die erfindungsgemäße Videosonde auch stoßfest und kann an einem Seil oder dergleichen hängend in das Bohrloch hinabgelassen und wieder herausgezogen werden. Eine Kabelverbindung zur Erdoberfläche ist nicht erforderlich, denn das von der Videokamera aufgenommene Video wird im Bildspeicher gespeichert und kann anschließend über Tage ausgewertet werden. Zum Auslesen des Speichers, Auswechseln oder Aufladen der Batterie oder zum Ein- und Ausschalten der Videokamera kann das Sondengehäuse mittels des abnehmbaren Fensterbauteils leicht geöffnet und für den Betrieb im Bohrloch ebenso einfach druckdicht verschlossen werden.
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In Ausgestaltung der Erfindung weist das Fensterbauteil ein Außengewinde auf, welches in ein Innengewinde des Sondengehäuses einschraubbar ist. Zum Öffnen des Sondengehäuses kann das Fensterbauteil einfach abgeschraubt und entfernt werden. Zum druckdichten Verschließen des Sondengehäuses schraubt man das Fensterbauteil einfach wieder ein.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist das Fensterbauteil mit einem oder mehreren Dichtringen zur Abdichtung der Schraubverbindung versehen. Besonders praktisch sind Dichtringe aus Gummi. Ein erster Dichtring ist vorzugsweise direkt anschließend an das Außengewinde angebracht. Dieser erste Dichtring befindet sich bei eingeschraubtem Fensterbauteil radial zwischen dem Fensterbauteil und dem Metallrohr des Sondengehäuses. Im axialen Abstand zum ersten Dichtring ist ein zweiter Dichtring mit etwas größerem Durchmesser vorgesehen, der an einem umlaufenden Kragen des Fensterbauteils axial anliegt und bei eingeschraubtem Fensterbauteil axial zwischen dem umlaufenden Kragen des Fensterbauteils und der umlaufenden Kante des Rohrendes des Sondengehäuses eingeklemmt wird.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fensterbauteil vollständig aus transparentem Material, insbesondere Glas oder Acrylglas besteht. Die im Inneren des Sondengehäuses angeordnete Videokamera filmt die Umgebung der Videosonde im Bohrloch durch das Fensterbauteil hindurch. Da das Fensterbauteil aus transparentem Material besteht, kann es auf einfache Weise einstückig hergestellt werden. So ist es unnötig, ein separates Fenster herzustellen, am Fensterbauteil einzubauen und zu dichten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in das Fensterbauteil eine Linse eingearbeitet, durch die die Videokamera die Umgebung sehen kann. Durch diese Linse kann der Blickwinkel der Videokamera an die Erfordernisse angepasst werden, beispielsweise um das Bild weitwinkliger zu machen oder um unter Wasser ein scharfes Bild zu erhalten.
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Mit Vorteil ist das zum Einschrauben in das Sondengehäuse vorgesehen Außengewinde in das einstückig ausgebildete Fensterbauteil eingeformt. Diese Ausführungsform lässt sich besonders kostengünstig durch Fräsen von Acrylglas herstellen.
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Die Erfindung wird noch verbessert durch die Maßnahme, dass ein über das Sondengehäuse axial vorspringender Endabschnitt des Fensterbauteils an seinem äußeren Umfang mit zwei parallel zueinander ausgerichteten Flächen zum Ansetzen eines Schraubenschlüssels ausgestattet ist. Durch den Schraubenschlüssel kann das Fensterbauteil mit hohem Drehmoment in das Sondengehäuse eingeschraubt oder eine feste Schraubverbindung gelöst werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Sondengehäuse auf der Außenseite mit radial abstehenden Abstandhaltern versehen ist, um die Videosonde im Bohrloch zu zentrieren. Ohne Zentrierung würde die Videosonde meist an der Wand des Bohrlochs anliegen. Dies würde nicht nur zu einer Asymmetrie des aufgenommenen Bildes führen, sondern auch zu Unschärfen, weil der Abstand zwischen der Videokamera und der zu inspizierenden Bohrlochwand nicht immer im Schärfenbereich liegt. Die Abstandhalter schließen die genannten Nachteile aus.
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Zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Lichtquelle Leuchtdioden aufweist, vorzugsweise ultrahelle smd LED. Leuchtdioden sind klein, leicht und haben einen geringen Stromverbrauch.
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Die Funktionen der Videosonde können noch erweitert werden, indem sie mit einem Druckmessgerät versehen ist und/oder weitere Sensoren, beispielsweise einen Temperatursensor aufweist und die Sensorsignale speicherbar sind, vorzugsweise nach ihrer Digitalisierung. Die so ausgestattete Videosonde kann neben Bildern vom Bohrloch auch noch Informationen über Druck und Temperatur oder sonstige Parameter zur Auswertung über Tage liefern.
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Die Inspektion des Bohrlochs wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren folgendermaßen durchgeführt:
- – Eine Kamera der Videosonde wird gestartet und das Sondengehäuse mit einem Fensterbauteil druckdicht verschlossen;
- – Die Videosonde wird an einem Seil oder dergleichen befestigt und in das zu erkundende Bohrloch eingebracht;
- – Die Videosonde wird in das Bohrloch eingefahren und wieder ausgefahren;
- – Die Videosonde wird geborgen, ihr Bildspeicher ausgelesen, vorzugsweise in einem Computer;
- – Das von der Videosonde aufgenommene Video oder Standbilder werden wiedergegeben und ausgewertet.
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Um festzustellen, an welchem Ort im Bohrloch die von der Videokamera aufgenommen Bilder stammen, wird eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, bei der ein über Tage angeordneter Teufenzähler mittels einer zweiten Videokamera zeitgleich mit der Videoaufnahme des Bohrlochs aufgenommen wird und zur Auswertung beide Videos synchron abgespielt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die beiden Videos mittels einer Schnittsoftware derart zusammengeschnitten werden, dass das Video des Teufenzählers als kleines „Bild im Bild“ des Videos des Bohrlochs erscheint.
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Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
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1: eine schematische Darstellung eines Bohrlochs mit eingefahrener erfindungsgemäßer Videosonde im Schnitt;
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2: eine perspektivische Teilansicht des oberen Endes der Videosonde;
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3: eine perspektivische Darstellung derselben Videosonde mit abgeschraubtem Fensterbauteil;
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4: eine perspektivische Darstellung derselben Videosonde im betriebsbereiten Zustand.
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In 1 erkennt man ein Bohrloch 1, in welches eine erfindungsgemäße Videosonde eingebracht worden ist. Die Videosonde 2 hängt an einem Seil 3, welches über eine Umlenkrolle 4 auf einer Seilwinde 5 mittels eines Motors 6 auf- und abgewickelt werden kann, sodass die Videosonde 2 in das Bohrloch 1 eingefahren und wieder ausgefahren werden kann. Die Seilwinde 5 ist an der Erdoberfläche 7 über Tage platziert. Sie kann insbesondere auch in einem nicht gezeigten Inspektionsfahrzeug untergebracht sein, welches zu den zu inspizierenden Bohrlöchern gefahren werden kann. Im Fahrzeug können auch die weiter unten beschriebenen Geräte für die Videoauswertung untergebracht sein.
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Die Videosonde 2 besteht aus einem rohrförmigen Sondengehäuse 8, in welchem eine Videokamera 9, ein Bildspeicher 10, eine Stromquelle 11 und eine aus mehreren Einzel-LEDs, vorzugsweise ultrahellen smd LEDs bestehende Lichtquelle 12 untergebracht sind. Das Rohr des Sondengehäuses 8 ist an seiner Oberseite mit einem Deckel 13 druckdicht verschlossen. Wie man auch in 2 sehen kann, ist der Deckel 13 mit einem Bolzen 14 versehen, der ein Außengewinde aufweist. Auf den Bolzen 14 ist ein Schraubelement 15 aufschraubbar, welches mit dem Seil 3 verbunden ist. Bolzen 14 und Schraubelement 15 bilden daher Befestigungsmittel zur Befestigung der Videosonde 2 am Seil 3.
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Die Unterseite des Sondengehäuses 8 ist durch ein Fensterbauteil 16 druckdicht verschlossen. Hierfür weist das Fensterbauteil ein Außengewinde 17 auf, welches in ein Innengewinde des Sondengehäuses 8 eingeschraubt wird. Um die Verbindung gasdicht zu machen, sind zwei Dichtringe 18, 19 vorgesehen, mit denen die Schraubverbindung 17 abgedichtet wird.
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Wie man am besten in 3 erkennt, ist ein erster Dichtring 18 in axialer Richtung direkt angrenzend an das Außengewinde 17 des Fensterbauteils 16 angeordnet. Der Dichtring 18 kommt beim Einschrauben des Fensterbauteils 16 mit seinem Außengewinde 17 in das Innengewinde 20 des Sondengehäuses 8 in radialer Richtung zwischen der Innenwand des Sondengehäuses 8 und der Umfangsfläche des Fensterbauteils 16 zu liegen, wo er eingeklemmt wird. Ein zweiter Dichtring 19 hat einen geringfügig größeren Durchmesser als der erste Dichtring 18 und ist in axialer Richtung im Abstand zum ersten Dichtring 18 auf dessen dem Außengewinde 17 abgewandten Seite angeordnet. Ein axial vorstehender Endabschnitt 21 des Fensterbauteils 16 hat einen etwas größeren Durchmesser als der mit dem Außengewinde 17 versehene Abschnitt und bildet daher einen umlaufenden Kragen 22, an welchem der zweite Dichtring 19 in Axialrichtung anliegt. Wenn das Fensterbauteil 16 mit seinem Außengewinde 17 in das Innengewinde 20 des Sondengehäuses 8 eingeschraubt wird, wird der zweite Dichtring 19 in Axialrichtung zwischen dem Kragen 22 und einer umlaufenden Kante 23 des Rohrendes 24 eingeklemmt.
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Das Fensterbauteil 16 besteht mit Ausnahme der Dichtringe 18, 19 vollständig aus Acrylglas. Es wurde aus einem einzigen Acrylglasblock gefräst. Aufgrund der Transparenz des Acrylglases kann sowohl das Licht der Lichtquelle 12 durch das Fensterbauteil 16 nach außen gelangen als auch das von den Wandungen des Bohrlochs 1 oder sonstigen Gegenständen außerhalb der Videosonde 2 reflektierte Licht durch das Bauteil 16 zurückstrahlen, wo es in die Videokamera 9 gelangt, die Bilder von der Umgebung erzeugt. Das Fensterbauteil 16 weist hierfür eine in das Acrylglas eingearbeitete Linse 25 auf.
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Der über das Sondengehäuse 8 axial vorstehende Endabschnitt 21 des Fensterbauteils 16 hat, wie man am besten in 4 erkennt, an seinem äußeren Umfang zwei parallel zueinander ausgerichtete Flächen 26, 27, deren Abstand 28 einer gängigen Schlüsselweite eines Schraubenschlüssels entspricht. Man kann daher einen üblichen Gabelschlüssel benutzen, um die Schraubverbindung des Fensterbauteils 16 festzuziehen oder zu lösen.
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An der Außenseite des Sondengehäuses 8 sind mehrere Abstandhalter 29, 30 angebracht. Diese dienen zur Zentrierung der Videosonde 2 im Bohrloch 1. Die Abstandhalter 29, 30 sind vorzugsweise als elastische Metallbügel ausgestaltet, die über den Umfang der Videosonde 2 verteilt an deren Außenseite befestigt sind. Vorzugsweise ist die Videosonde 2 mit drei bis fünf Abstandhaltern 29, 30 ausgerüstet.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Inspektion von Bohrlöchern mittels der vorbeschriebenen Videosonde 2 wird folgendermaßen durchgeführt:
Über Tage wird die Videokamera 9 im Sondengehäuse 8 und die Lichtquelle 12 eingeschaltet. Dann wird das Fensterbauteil 16 in das Sondengehäuse 8 eingeschraubt, welches dadurch druckdicht verschlossen wird. Sofern noch nicht geschehen, wird das Sondengehäuse 8 mittels der Befestigungsmittel 14, 15 am Seil 3 befestigt und in das Bohrloch 1 eingeführt. Durch Einschalten des Motors 6 wird die Seilwinde 5 betätigt, um die Videosonde 2 in das Bohrloch 1 einzufahren. Wenn der tiefste zu erkundende Punkt des Bohrlochs 1 erreicht ist, wird die Drehrichtung der Seilwinde 5 umgekehrt, sodass die Sonde 2 aus dem Bohrloch 1 ausfährt.
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Beim Ein- und Ausfahren nimmt die Videokamera 9 die Umgebung der Videosonde 9 im Bohrloch 1 auf. Die digitalisierten Bilder werden in einen digitalen Bildspeicher 10 übertragen und dort gespeichert. Dabei liefert die Stromquelle 11 sowohl den Strom für die Videokamera und die Speicherung der Bilddaten als auch für die Lichtquelle 12.
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Nach dem Ausfahren der Videosonde 12 aus dem Bohrloch 1 wird die Videosonde 12 geborgen und ihr Bildspeicher 10 wird ausgelesen. Hierfür wird das Fensterbauteil 16 aus dem Sondengehäuse 8 ausgeschraubt und der Bildspeicher, wenn er in Form einer Speicherkarte vorliegt, entnommen oder ein Datenkabel an eine gegebenenfalls vorhandene Steckverbindung der Videosonde angeschlossen, um die Daten des Datenspeichers auszulesen. Die ausgelesenen Videos und möglicherweise auch von der Videokamera 9 aufgenommene Standbilder werden vorzugsweise auf einem Computer über Tage, insbesondere in einem die Seilwinde 5 aufweisenden Servicefahrzeug ausgelesen und ausgewertet. Selbstverständlich kann die Auswertung aber auch an jedem anderen Ort erfolgen.
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In einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist über Tage ein Teufenzähler 31 angeordnet, der mit der Seilwinde 5 oder einem sonstigen Bauteil verbunden ist, welches sich proportional zur abgewickelten Seillänge dreht oder bewegt. Die Wirkverbindung ist durch eine Strichelung 32 angedeutet. Der Teufenzähler 31 ist so geeicht, dass er die Teufe anzeigt, in der sich die Videosonde 2 momentan befindet. Gegenüber dem Teufenzähler 31 ist eine zweite Videokamera 33 aufgestellt, die mit einem zweiten Bildspeicher 34 verbunden ist.
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Die zweite Videokamera 33 filmt beim Ein- und Ausfahren der Sonde 2 den Teufenzähler 31 und speichert das so entstehende Video im Bildspeicher 34 ab. Beide Videokameras 9, 33 zeichnen daher synchron zwei Videos auf, die bei der Auswertung nach dem Bergen der Videosonde insbesondere in einem Computer synchron abgespielt werden können.
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Beim synchronen Abspielen der beiden Videos erhält man daher zu jedem durch die Videokamera 9 im Bohrloch 1 aufgenommenen Bild eine Information über die jeweilige Teufe, in der das Bild aufgenommen worden ist.
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Das synchrone Abspielen der beiden Videos kann noch komfortabler gestaltet werden, indem die beiden Videos mittels einer Schnittsoftware derart zusammenkopiert werden, dass das Video des Teufenzählers 31 als kleines Bild im Bild des Videos des Bohrlochs 1 erscheint.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bohrloch
- 2
- Videosonde
- 3
- Seil
- 4
- Umlenkrolle
- 5
- Seilwinde
- 6
- Motor
- 7
- Erdoberfläche
- 8
- Sondengehäuse
- 9
- Videokamera
- 10
- Bildspeicher
- 11
- Stromquelle
- 12
- Lichtquelle
- 13
- Deckel
- 14
- Bolzen
- 15
- Schraubelement
- 16
- Fensterbauteil
- 17
- Außengewinde
- 18
- erster Dichtring
- 19
- zweiter Dichtring
- 20
- Innengewinde
- 21
- Endabschnitt
- 22
- Kragen
- 23
- Kante
- 24
- Rohrende
- 25
- Linse
- 26
- Fläche
- 27
- Fläche
- 28
- Abstand
- 29
- Abstandhalter
- 30
- Abstandhalter
- 31
- Teufenzähler
- 32
- Strichelung
- 33
- zweite Videokamera
- 34
- zweiter Bildspeicher
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19713754 B4 [0002]
- DE 60130558 T2 [0003]
