DE102015001969A1

DE102015001969A1 - Doppelrohrgestängeabschnitt, Doppelrohrgestängeschuss und Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitfähigen Verbindung in einem Doppelrohrgestängeabschnitt

Info

Publication number: DE102015001969A1
Application number: DE102015001969.4A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Boike Volker
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2016-08-25
Also published as: JP2018508675A; AU2016222080B2; AU2016222080A1; JP6552627B2; US20180038170A1; US10745977B2; EP3259434B1; WO2016131533A1; EP3259434A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Doppelrohrgestängeabschnitt mit einem Außengestängeabschnitt und einem Innengestängeabschnitt, wobei der Innengestängeabschnitt mindestens einen Leiter aufweist, wobei der Innengestängeabschnitt zur Ausbildung einer elektrischen Verbindung des Leiters einen im wesentlichen ringförmigen Außenkontakt aufweist und im Ringraum zwischen Außengestängeabschnitt und Innengestängeabschnitt ein Abnehmer mit dem ringförmigen Außenkontakt des Innengestängeabschnitts in Kontakt steht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Doppelrohrgestängeabschnitt, ein Doppelrohrgestängeschuss und ein Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitfähigen Verbindung in einem Doppelrohrgestängeabschnitt.
Beim Gestänge basierten Bohren im Erdreich, insbesondere zur Herstellung von sogenannten Horizontalbohrungen, wird ein Bohrkopf mittels eines Bohrgestänges von einer an der Erdoberfläche oder in einer Baugrube angeordneten Antriebsvorrichtung angetrieben. Die dabei eingesetzten Bohrgestänge bestehen aus einzelnen, miteinander verbundenen Gestängeschüssen, die – dem Bohrverlauf entsprechend – nach und nach an das hintere Ende des bereits verbohrten Bohrgestänges angesetzt und mit diesem verbunden werden.
Für ein Felsbohren, d. h. ein Bohren in Fels oder steinigen Erdformationen, wird ein Doppelrohrgestänge bzw. Doppelgestänge verwendet. Bei diesen Bohrvorrichtungen wird der Bohrkopf über ein Innengestänge des Doppelrohrgestänges von der an der Erdoberfläche oder in der Baugrube angeordneten Antriebsvorrichtung, die auch für den Vortrieb des Bohrkopfes sorgt, zusätzlich rotierend angetrieben. Das Innengestänge ist dazu drehbar innerhalb eines Außengestänges des Doppelrohrgestänges gelagert. Bei den Doppelrohrgestängen werden die einzelnen Gestängeschüsse sowohl des Außengestänges als auch des Innengestänges entweder miteinander verschraubt oder ineinander gesteckt.
Zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern im Doppelrohrgestänge und/oder zur Übertragung von Signalen besteht die Notwendigkeit, elektrische Verbindungen im Doppelrohrgestänge bereitzustellen. Hierzu ist es bekannt, einen Leiter bzw. ein Kabel zu verwenden, das im Inneren des Innenrohrgestänges geführt ist.
Nachteilig bei der bisherigen Bereitstellung von elektrischen Verbindungen ist, dass die elektrische Verbindung zur Leitung von elektrischer Energie – für eine elektrische Spannungs- bzw. Stromversorgung und/oder Übertragung von Daten – nur im Innenrohrgestänge erfolgen kann, da bisher davon ausgegangen war, dass der Leiter bzw. das Kabel im Innenrohrgestänge geschützt werden müsse.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Doppelrohrgestängeabschnitt, einen verbesserten Doppelrohrgestängeschuss und ein verbessertes Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitfähigen Verbindung in einem Doppelrohrgestängeabschnitt zu schaffen, bei dem auch eine elektrische Verbindung in den Ringraum zwischen Innenrohrgestänge und Außenrohrgestänge möglich ist.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Gegenstände der nebengeordneten Patentansprüche sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Kerngedanke der Erfindung ist es, den in dem Innengestängeabschnitt vorgesehenen mindestens einen Leiter aus dem Innengestängeabschnitt derart herauszuführen, dass ein im Ringraum zwischen Innengestängeabschnitt und Außengestängeabschnitt vorhandener Abnehmer in Kontakt mit einem an dem Innengestängeabschnitt ausgebildeten Außenkontakt steht. Am Innengestängeabschnitt ist ein Außenkontakt ausgebildet, der im Wesentlichen ringförmig um den Umfang des Innengestängeabschnitts geformt ist. Der Außenkontakt kann mit dem mindestens einen Leiter des Innengestängeabschnitts elektrisch verbunden werden und das elektrische Signal bzw. der Strom oder die Spannung kann mittels des im Ringraum zwischen Innengestängeabschnitt und Außengestängeabschnitt vorhandenen Abnehmers abgegriffen werden, da der Abnehmer mit dem ringförmigen Außenkontakt des Innengestänges in Kontakt steht.
Der Außenkontakt ist im Wesentlichen ringförmig um den Umfang des Innengestängeabschnitts geformt, was umfasst, dass der Außenkontakt um den Umfang des Innengestänges entlang des Umfangs geschlossen ausgebildet ist. Die Erstreckung des Außenkontakts in Längsrichtung des Innengestänges bzw. Innengestängeabschnitts kann eine beliebige Form haben. Beispielsweise kann der Außenkontakt als um den Innengestängeabschnitt gelegtes Band ausgestaltet sein. Das Band kann entlang des Umfangs eine gleiche Breite aufweisen. Die Erstreckung des Abnehmers in Richtung der Längsachse des Innengestänges ist bevorzugt gleich oder kleiner der Erstreckung des Außenkontakts in Längsrichtung des Innengestänges.
Bei dem Doppelrohrgestängeabschnitt kann es sich erfindungsgemäß um einen Doppelrohrgestängeabschnitt einer Erdbohrvorrichtung handeln. Der Begriff „Abschnitt” umfasst einen Bereich des Doppelrohrgestänges in Längsrichtung. Unter dem Begriff „Gestängeabschnitt” kann ein „Gestängeschuss” verstanden werden. Unter einer „Erdbohrvorrichtung” wird insbesondere jede Vorrichtung verstanden, welche ein Doppelrohrgestänge in einen bestehenden oder zu erstellenden Kanal im Erdreich bewegt, um eine Bohrung, insbesondere eine Horizontalbohrung, zu erstellen oder aufzuweiten oder um Leitungen oder andere lange Körper in das Erdreich einzuziehen. Bei der Erdbohrvorrichtung kann es sich insbesondere um eine HD-Vorrichtung (horizontal drilling, Horizontalbohrung) handeln.
Der Begriff „Leiter” im Sinne der Erfindung umfasst einen elektrisch leitfähigen Leiter, der insbesondere als Kabel, d. h. mit einer zumindest teilweise vorhandenen Isolierung, die den Leiter umhüllt, ausgestaltet sein kann.
Insbesondere kann bei einem erfindungsgemäßen Doppelrohrgestängeabschnitt Bohrflüssigkeit zumindest abschnittsweise durch das Innere des Innengestänges und/oder den Ringraum zwischen Innengestänge und Außengestänge gefördert werden. Hierdurch werden für die Übertragung von elektrischen Signalen erschwerte Bedingungen geschaffen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine Leiter im Bereich des ringförmigen Außenkontakts im Innengestängeabschnitt abgedichtet. Der Begriff „abgedichtet” im Sinne der Erfindung umfasst insbesondere ein Abdichten eines Bereichs gegenüber der im Doppelrohrgestänge zumindest abschnittsweise vorhandenen Bohrflüssigkeit. Zur Ausbildung der Abdichtung kann im Innengestängeabschnitt ein Dichtmittel vorhanden sein, das einen Durchtritt von Bohrflüssigkeit in den Bereich des Innengestängeabschnitts, in dem der mindestens eine Leiter mit dem Außenkontakt verbunden ist, verhindert. Zusätzlich und/oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass vor der Abdichtung des Bereiches, in dem der mindestens eine elektrische Leiter mit dem Außenkontakt verbunden ist, eine Druckentlastung durchgeführt wird, indem vor diesem Bereich bzw. vor dem Dichtmittel mindestens eine Durchgangsbohrung im Innengestänge vorhanden ist, die eine fluidische Verbindung zwischen Innenraum des Innengestänges und dem Ringraum zwischen Innengestänge und Außengestänge schafft.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Außenbereich des Innengestängeabschnitts im Bereich des Außenkontakts mittels in Längsrichtung des Doppelrohrgestängeabschnitts beabstandeter Dichtelemente abgedichtet. Hierdurch kann verhindert werden, dass es zu elektrischen Strömen über die zumindest in dem Doppelrohrgestänge abschnittsweise vorhandene Bohrflüssigkeit kommt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abnehmer gegenüber dem Ringraum zwischen Innengestängeabschnitt und Außengestängeabschnitt abgedichtet, so dass unerwünschte elektrische (Kriech)ströme reduziert werden können.
Vorzugsweise ist der Außenkontakt gegenüber dem Innengestängeabschnitt elektrisch isoliert. Zur elektrischen Isolierung des Außenkontakts gegenüber dem Innengestänge kann zwischen dem Außenkontakt und dem Innengestänge eine isolierende Schicht, die als isolierende Hülse ausgestaltet sein kann, vorhanden sein. Der Außenkontakt kann über der isolierenden Schicht drehfest mit dem Innengestänge verbunden sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein Doppelrohrgestängeschuss geschaffen, der einen vorgenannten Doppelrohrgestängeabschnitt umfasst, welcher eine im Ringraum zwischen Innengestänge und Außengestänge vorhandene Sonde aufweist. Die Sonde kann mit dem Außengestänge verbunden sein und mittels mindestens eines Leiters mit dem Abnehmer verbunden sein.
Es wird auch ein Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitfähigen Verbindung in einem Doppelrohrgestängeabschnitt geschaffen, wobei die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen einem Inneren eines Innengestängeabschnitts und dem Ringraum zwischen Innengestängeabschnitt und Außengestängeabschnitt ausgebildet wird. Es wird ein im Wesentlichen ringförmiger Außenkontakt am Innengestängeschuss bereitgestellt und ein Leiter, der im Inneren des Innengestängeabschnitts vorgesehen ist, mit dem ringförmigen Außenkontakt verbunden, wobei ein mit dem Außenkontakt in Kontakt stehender Abnehmer, der im Ringraum angeordnet ist, über den Außenkontakt in leitendem Kontakt geführt wird.
Die vorstehenden Ausführungen stellen ebenso wie die nachfolgende Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform keinen Verzicht auf bestimmte Ausführungsformen oder Merkmale dar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt:
1 einen erfindungsgemäßen Doppelrohrgestängeabschnitt von der Seite;
2 eine teilweise Schnittdarstellung der 1;
3 eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Bereichs der 2; und
4 eine weitere Vergrößerung der 3 in einer Teildarstellung.
1 und 2 zeigen ein Doppelrohrgestänge in einem vorderen Bereich. Die 1 und 2 zeigen einen Doppelrohrgestängeabschnitt 6 mit einem Außengestängeabschnitt 1 und einem Innengestängeabschnitt 2, wobei eine elektrische Verbindung vom Inneren des Innengestängeabschnitts 2 zum Ringraum 4 zwischen Innengestängeabschnitt 2 und Außengestängeabschnitt 1 hergestellt ist. Mittels der elektrischen Verbindung im Doppelrohrgestängeabschnitt 6 kann eine außermittig im Doppelrohrgestänge vorhandene Sonde 3 mit Energie und/oder Daten versorgt werden. Eine Übertragung von Energie und/oder Daten in Richtung der Sonde 3 und/oder bidirektional zur Sonde 3 und von der Sonde 3 ist möglich. Der Doppelrohrgestängeabschnitt 6 kann die Funktion einer Übertragung von Energie und/oder Daten zwischen dem Inneren des Innengestänges und dem Ringraum 4 zwischen Innengestänge und Außengestänge ermöglichen.
Die Sonde 3 befindet sich in einem Sondengehäuse, welches mit dem Außengestänge verbunden ist. Das Innengestänge kann unabhängig von Drehbewegungen des Außengestänges innerhalb des Außengestänges rotieren und einen Bohrkopf antreiben. Über die Rotation des Außengestänges kann eine gewünschte Bohrrichtung eingestellt werden. Die sich mit dem Außengestänge mitbewegende Sonde 3 kann dabei bestimmte Werte, wie zum Beispiel den Rollwinkel oder die Neigung des Doppelrohrgestänges, erfassen und an eine aus dem Stand der Technik bekannte weitere Einheit übermitteln. Die Übermittlung kann kabellos und/oder kabelgebunden erfolgen.
Im Innern 5 des hohl ausgebildeten Innengestänges wird ein Leiter 8 bzw. ein Kabel geführt (vgl. 3), über das die Übermittlung von Daten und/oder Energie erfolgen kann. Im Doppelrohrgestängeabschnitt 6 wird der Leiter 8 bzw. das Kabel über eine Bohrung nach außen geführt und mit einem ringförmigen Außenkontakt 10, der als Schleifring ausgebildet ist, elektrisch verbunden. Der ringförmige Außenkontakt 10 weist eine elektrisch isolierende Hülse 16 auf, die fest auf dem Innengestängeabschnitt sitzt. Hierdurch wird der ringförmige Außenkontakt gegenüber dem Innengestängeabschnitt elektrisch isoliert. Der aus dem Innengestängeabschnitt ausgeführte Leiter wird mit dem ringförmigen Außenkontakt geklemmt, wozu im dargestellten Ausführungsbeispiel der 3 und 4 eine Schraube 11 verwendet wird.
Mit dem Außenkontakt steht ein elektrisch leitender Abnehmer 13 in Kontakt. Neben der dargestellten Ausführungsform können auch mehrere Abnehmer 13 verwendet werden. Der oder die Abnehmer 13 sind in einer isolierenden Hülse 17 aus nicht leitendem Material angeordnet. Mit dem bzw. den Abnehmern 13 ist ein weiterer Leiter 14 verbunden, mit dem die Sonde 3 verbunden werden kann. Die an dem Leiter 8 anstehende Energie bzw. anstehenden Daten können zum weiteren Leiter 14 übermittelt werden.
Im Bohrbetrieb wird Bohrflüssigkeit während des Bohrfortschritts zunächst zur Vermeidung von Druckverlusten durch das immer länger werdende Doppelrohrgestänge über den Ringraum 4 zwischen Innengestänge und Außengestänge sowie durch das Innere des Innengestänges gefördert. Bohrflüssigkeit wird in Richtung des Bohrkopfs, vor dem Doppelrohrgestängeabschnitt, in dem die elektrische Verbindung zwischen dem mindestens einen Leiter 8 und dem Außenkontakt hergestellt wird, durch nach außen führende Bohrungen 7 im Innengestänge abgeführt, was dazu führt, dass die Bohrflüssigkeit aus dem Innengestänge auf dem letzten Abschnitt bis zum Bohrkopf ebenfalls über den Ringraum 4 geleitet wird. In Fließrichtung der Bohrflüssigkeit, hinter den Bohrungen 7 des Doppelrohrgestängeabschnitts erfolgt eine Abdichtung des sich im Innengestänge befindenden und mit diesem mitdrehenden Leiters 8 gegen den anstehenden Bohrflüssigkeitsdruck mittels eines Dichtmittels 9.
Der Abschnitt des Doppelrohrgestänges im Bereich des ringförmigen Außenkontakts ist mittels zweier in Längsrichtung des Doppelrohrgestängeabschnitts beabstandeter Dichtelemente 12, die als Dichtringe ausgestaltet sind, abgedichtet. Ferner ist ein weiteres Dichtmittel 15, das als Dichtring ausgestaltet ist, vorhanden, das den weiteren Leiter 14 umschließt. In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist der bzw. die Abnehmer 13 drehfest mit dem Außengestängeabschnitt verbunden, wodurch eine Drehbewegung relativ zum Außengestänge verhindert wird. Es ist eine Drehmomentstütze 18 vorhanden, die eine Drehbewegung des bzw. der Abnehmer 13 verhindert. Der Abnehmer bzw. die Abnehmer 13 werden über den ringförmigen Außenkontakt, der Drehbewegung des Außengestänges folgend, geführt.

Claims

Doppelrohrgestängeabschnitt (6) mit einem Außengestängeabschnitt (1) und einem Innengestängeabschnitt (2), wobei der Innengestängeabschnitt (2) mindestens einen Leiter (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Innengestängeabschnitt (2) zur Ausbildung einer elektrischen Verbindung des Leiters (8) einen im wesentlichen ringförmigen Außenkontakt (10) aufweist und im Ringraum (4) zwischen Außengestängeabschnitt und Innengestängeabschnitt ein Abnehmer (13) mit dem ringförmigen Außenkontakt (10) des Innengestängeabschnitts (2) in Kontakt steht.
Doppelrohrgestängeabschnitt (6) nach Anspruch 1, wobei der Leiter (8) im Bereich des ringförmigen Außenkontakts (10) im Innengestängeabschnitt (2) abgedichtet ist.
Doppelrohrgestängeabschnitt (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenbereich des Innengestängeabschnitts (2) im Bereich des Außenkontakts (10) mittels in Längsrichtung des Doppelrohrgestängeabschnitts beabstandeter Dichtelemente (12) abgedichtet ist.
Doppelrohrgestängeabschnitt (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abnehmer (13) gegenüber dem Ringraum (4) zwischen Innengestängeabschnitt (2) und Außengestängeabschnitt (1) abgedichtet ist.
Doppelrohrgestängeschuss aufweisend einen Doppelrohrgestängeabschnitt (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sonde (3) im Ringraum (4) zwischen Innengestänge und Außengestänge vorhanden ist.
Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitfähigen Verbindung in einem Doppelrohrgestängeabschnitt (6), wobei die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen einem Inneren (5) eines Innengestängeabschnitts (2) und dem Ringraum (4) zwischen Innengestängeabschnitt (2) und Außengestängeabschnitt (1) ausgebildet wird, gekennzeichnet durch Bereitstellen eines im wesentlichen ringförmigen Außenkontakts (10) am Innengestängeabschnitt und elektrisches Verbinden eines Leiters (8) im Inneren des Innengestängeabschnitts mit dem ringförmigen Außenkontakt, wobei ein mit dem Außenkontakt in Kontakt stehender Abnehmer (13), der im Ringraum (4) angeordnet ist, über den Außenkontakt geführt wird.