DE1212015B - Geraet zum Pruefen des mechanisch-statischen Verhaltens eines Materials in verschiedener Tiefe eines Bohrloches - Google Patents

Geraet zum Pruefen des mechanisch-statischen Verhaltens eines Materials in verschiedener Tiefe eines Bohrloches

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DE1212015B
DE1212015B DEE29159A DEE0029159A DE1212015B DE 1212015 B DE1212015 B DE 1212015B DE E29159 A DEE29159 A DE E29159A DE E0029159 A DEE0029159 A DE E0029159A DE 1212015 B DE1212015 B DE 1212015B
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Germany
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DEE29159A
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English (en)
Inventor
Gilbert Comes
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Electricite de France SA
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Electricite de France SA
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Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • E21B49/006Measuring wall stresses in the borehole

Description

  • Gerät zum Prüfen des mechanisch-statischen Verhaltens eines Materials in verschiedener Tiefe eines Bohrloches Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Prüfen des mechanisch-statischen Verhaltens eines Materials in veränderlicher Tiefe eines Bohrloches.
  • Man kennt Geräte dieser Art, die einen dehnbaren Körper haben, der zu diesem Zweck in ein Bohrloch in den verschiedenen Materialien, z. B. in natürlichen Felsen bzw. Erdböden oder in künstlichem Material (Beton od. dgl.), herabgelassen wird. Diese Geräte sind mit hydraulischen Vorrichtungen ausgerüstet, die eine radiale Kraft auf die Wandung des Bohrloches mit Hilfe des Gerätekörpers ausüben können und die mit Einrichtungen zum Messen und Aufzeichnen der Verformungen ausgerüstet sind, die eine Folge des aufgewendeten Druckes sind.
  • Die bekannten Geräte können jedoch nur Teilergebnisse liefern, die sich nur auf einen Teil der Kennzeichen des Verhaltens des geprüften Materials beziehen. Denn die Verformungen beziehen sich im allgemeinen nur auf eine einzige Richtung, wobei man nicht ausreichend die Verteilung der angewendeten Drücke auf die Bohrlochwand beherrschen kann.
  • Die Erfindung hat die Aufgabe, diese Mängel mit Hilfe eines Geräts zu beheben, das die einheitliche Anwendung eines kontrollierbaren Druckes genau auf der ganzen Wand des Bohrlochabschnittes, und zwar die einander gegenüberliegenden Deformationen des Materials nach mehreren Richtungen, vorzugsweise nach drei, um l20° gegeneinander versetzten Richtungen, entsprechend dem angewendeten Druck, zu beobachten ermöglicht.
  • Das Gerät nach der Erfindung ist besonders durch die Tatsache gekennzeichnet, daß es aus einem längeren zylindrischen Körper besteht, der durch einen rohrförmigen starren Rahmen getragen wird, der von einer dichten membranartigen Hülle umgeben ist. Die beiden Endteile dieser Hülle sind entsprechend in einem Abschlußkopf bzw. an der Zugangsstelle des Rahmens festgelegt.
  • Diese erste Ausgestaltung der Erfindung bietet zunächst die Möglichkeit, auf die Wandung des Bohrloches einen hydraulischen Druck auszuüben, der sich einheitlich auf den ganzen Abschnitt des beobachteten Bohrlochteiles verteilt.
  • Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist der untere Kopf des Geräts mit einem ferngesteuerten Entleerungsventil ausgerüstet, durch das man einen Teil der hydraulischen Flüssigkeit ablassen und in dem Gehäuse des Geräts ansammeln kann. Dieses Ventil ist andererseits auch dazu geeignet, mit einer Absperreinrichtung in der Zuleitung der hydraulischen Flüssigkeit zusammenzuarbeiten. Diese Ausgestaltung ermöglicht in bequemer und wirtschaftlicher Weise ein Ablösen der Membran von der Bohrlochwand, ohne das eine elastische zentripetal wirkende Rückzugskraft erforderlich ist, deren Vorhandensein die Meßresultate fehlerhaft machen könnte.
  • Die längere Bauart des ausdehnbaren Körpers des Geräts gibt außerdem die Möglichkeit hinsichtlich eines anderen für die Erfindung wesentlichen Gesichtspunktes: man kann in einem ausreichenden Abstand von den Enden des Geräts mehrere Ausdehnungsmesser vorsehen, mit denen man die diametralen Verformungen des Bohrloches in einer Mehrzahl von Querrichtungen verfolgen kann.
  • Die Kennzeichen und Vorteile der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Dabei ist des Gerät, in zwei Teile getrennt, schematisch in einem Mittelschnitt dargestellt.
  • Nach dem Ausführungsbeispiel hat das Gerät einen festen Rahmen 1, der aus einem Stahlrohr gebildet ist, dessen Gewicht durch mehrere Fenster 2 erleichtert ist. Der Rahmen ist mit einer biegsamen Membran 3 überzogen, die aus natürlichem oder künstlichem Gummi oder auch aus anderen plastischen Materialien bestehen kann. Die Membran 3 hat wulstförmige Ränder 4, 5 an ihren Enden, die in einem oberen Kopfteil zwischen einem Abschlußring 6 und einer Kappe 7, sowie an ihrem unteren Ende zwischen einem Abschlußring 8 und einer Kappe 9 festgelegt sind.
  • Durch den Abschlußring 6 des oberen Kopfes ist eine Zuleitung 10 für Öl und eine Zuleitung 10A für ein elektrisches Kabel mit beliebig vielen Leitungen hindurchgeführt, das an einer Anschlußdose 10 B sich verzweigt. In der Zeichnung sind alle elektrischen Verbindungen fortgelassen.
  • An der Eintrittsstelle der Zuleitung 10 ist eine Anschlußmuffe 11 vorgesehen, an der das Ende eines biegsamen Rohres 12 für die Zuleitung der hydraulischen Flüssigkeit angeschlossen ist. An der Austrittsöffnung der Zuleitung 10 ist an der Stelle 13 ein Rohr 14 angeschlossen, das durch das Gehäuse des Geräts hindurchtritt und zu einer Anschlußmuffe 15 an einem Verteiler 16 führt, der auf einem Bügel 17 an dem Abschlußring 8 festgelegt ist. Der Verteiler hat einen axialen Kanal, von dem mehrere radiale nach unten geneigte Löcher 18 ausgehen und in dem ein Absperrkolben 19 in dem Abschlußkanal 20 frei gleitet. Eine Kugelverriegelung 21, die durch eine Feder angedrückt wird, greift in den Kanal 20 an der oberen Stellung des Kolbens ein, wo dieser den Zugang zu den Löchern 18 absperrt.
  • Der untere Abschlußring 8 hat eine axiale Bohrung 22, deren Eintrittsstelle den Sitz eines Ventils 23 bildet, das mit einer Stange 24 verbunden ist und im allgemeinen durch eine Feder 25 geschlossen gehalten wird. Die Stange 24 greift mit ihrem Ende in die axiale Ausbohrung des Verteilers 16 bis zu dem Absperrkolben 19 ein.
  • Ein Entleerungsbehälter 26 ist in der Verlängerung der Kappe 9 des unteren Kopfteils vorgesehen und steht in dauernder Verbindung mit der Bohrung 22 dieses Kopfteils durch mehrere Ausflußöffnungen 27. Ein Elektromagnet 28 ist unter dem Kopf 8 angeordnet und hat einen beweglichen Anker 29 mit einer Stoßstange 30.
  • Ein Druckmesser 31 ist innen im Rahmen 1 angeordnet und kann ein elektrisches Signal liefern, das den tatsächlichen Wert des Druckes im Innern des Geräts wiedergibt.
  • Im Mittelteil des Gehäuses ist der Rohrrahmen mit drei radial hindurchtretenden Rohren 32, 33, 34 versehen, deren Achsen um 120° versetzt angeordnet sind. Jeder dieser Querrohre ist mit einem Ausdehnungsmesser ausgerüstet, von denen einer in dem Querrohr 33 dargestellt ist. Jeder Ausdehnungsmesser enthält zwei Kolben 35, 36, die entsprechend im Gerät an dem beweglichen Gestänge einer Meßvorrichtung 37 für die Verschiebung angeordnet sind. Die äußere Fläche jedes Kolbens ist mit der benachbarten Zone der Membran durch die Kopfschraube 39 verbunden, die entsprechend profiliert ist. Diese bildet einen Meßkopf und trägt eine Zwischenlage 39 als Schutzkappe. Diese Schutzkappe, die z. B. aus Kupfer besteht, ermöglicht das Anschrauben der Schraube, ohne eine Belastung der Membran hervorzurufen.
  • Wenn das Gerät in ein Bohrloch herabgelassen wird, wird die Anschlußleitung 12 mit einer Prüfpumpe verbunden, mit deren Hilfe man die Membran 3 gegen die Wandung des Bohrloches anheftet. Der hydraulische Druck wird fortlaufend durch den Druckmesser 31 kontrolliert. Durch Einwirken auf die Pumpe kann man auf diesen Druck eine Reihe von Veränderungen ausüben, die sich nach einem vorher.festgelegtän-Programm ergeben. Die drei Ausdehnungsmesser liefern Signale, die unabhängig diametrale Verformungen des Materials unter Wirkung des Druckes anzeigen, dem sie -durch die Membran 3 ausgesetzt sind. Diese Signale werden automatisch durch die üblichen Mittel, die im einzelnen nicht angegeben sind, abhängig von der Änderung des Druckes aufgezeichnet.
  • Wenn ein solches Prüfprogramm an einer vorher bestimmten Tiefe beendet ist, schaltet man die Pumpe ab. Dabei bleibt aber in dem Gehäuse der Vorrichtung ein Restdruck, der aus der manometrischen Höhe folgt. Infolge dieses Restdruckes bleibt die Hülle auf der Wandung der Bohrung haften.
  • Um die Hülle von der Wandung des Bohrloches zu lösen, schließt man den Erregungsstromkreis des Elektromagneten 28. Dadurch wird der Anker 29 angehoben und ruft durch die Stoßstange 30 die Öffnung des Ventils 23 hervor. So wird das Entweichen eines Teiles der hydraulischen Flüssigkeit in den Entleerungsbehälter 26 ermöglicht. Die teilweise Entleerung des Gehäuses des Geräts wird durch die Anzeigen des Druckmessers 31 kontrolliert und bis zur Aufhebung des Restdruckes in dem Gerätgehäuse fortgesetzt. Es sei hierbei bemerkt, daß das Öffnen des Ventils 23 mit Hilfe der Stange 24 das Abschließen des Absperrkolbens 19 herbeiführt und diesen in seiner Schließstellung verriegelt. Infolge dieser Anordnung ist das Gehäuse des Geräts von der Zuführungsleitung getrennt, die angeschlossen bleiben kann.
  • Sobald der Restdruck durch eine teilweise Entleerung des Gehäuses aufgehoben ist, ist das Gerät frei und kann in ein anderes Niveau verlagert werden, in dem ein neuer Meßvorgang beginnen kann. Der erste hydraulische Druckstoß ruft dabei eine Betätigung des Absperrkolbens 19 hervor, da die Kraft, mit der die Verriegelung 21 wirkt, entsprechend begrenzt ist.
  • In einem Ausführungsbeispiel hat das Gehäuse des Geräts eine Länge von 1,6 m und einen Durchmesser von 0,16 m. Es ist so ausgestaltet, daß es einen Druck bis zu 150 kg/qcm ausüben kann. Eine Abdichtung mit zwölf Wegen ermöglicht den Durchgang eines Kabels mit mehreren Leitungen und den Anschluß der Vorrichtung an eine Meßtafel an der Oberfläche. Diese Schalttafel ermöglicht, gleichzeitig durch eine graphische Aufzeichnung die gemessenen Deformationen an den drei gegenüberliegenden Stellen zu verfolgen und den tatsächlichen hydraulischen Druck, der in dem Gerät besteht und auf das Material übertragen wird, zu beobachten.
  • Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Einzelheiten des Ausführungsbeispiels beschränkt. Diese können vielmehr in verschiedener Weise geändert werden, ohne daß man den Umfang der Erfindung verläßt. So kann z. B. das Entleerungsventil und der Absperrkolben zu einem Ventil kombiniert werden, z. B. zu einem Mehrwegeventil bekannter Bauart. Man kann auch auf den Aufnahmebehälter für die Flüssigkeit verzichten, wenn man den Verlust der hydraulischen Flüssigkeit in Kauf nimmt, besonders wenn diese Flüssigkeit aus Wasser besteht. An Stelle der drei um 120° versetzt messenden Ausdehnungsmesser kann man sich auch in besonderen Fällen mit zwei Ausdehnungsmessern begnügen, die senkrecht zueinander liegen. Man kann aber auch die Prüfrichtungen vermehren.

Claims (9)

  1. Patentansprüche: 1. Gerät zum Prüfen des mechanisch-statischen Verhaltens des Materials in verschiedener Tiefe eines Bohrloches, das aus einem in das Bohrloch hinabzulassenden Zylinder besteht, an den eine Leitung für Druckflüssigkeit und ein elektrisches Kabel angeschlossen ist und in dem Meßinstrumente zum Messen der durch den hydraulischen Druck hervorgerufenen Verformung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Rahmen (1) des Geräts von einer biegsamen Membran (3) überzogen ist, die an ihren beiden Enden in dem Rahmen (1) mit je einer Wulst (4, 5) zwischen einem Abschlußring (6,8) und einer Kappe (7, 9) festgelegt ist und durch die in das Gerät eingeführte Druckflüssigkeit mit seiner Mantelfläche gegen die Bohrlochwand drückbar ist.
  2. 2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere radial zum Rahmen (1) liegende Ausdehnungsmesser (32, 33, 34), die gegeneinander versetzt (z. B. um 120° bei drei Ausdehnungsmessern) in zylindrischen Aussparungen des Geräts angeordnet sind.
  3. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ausdehnungsmesser (32, 33, 34) zwei Kolben (35, 36) hat, die am Ende seiner Aussparung mit der Membran (3) und an ihrem inneren Ende mit dem Anzeigeteil (37) der ihre Verlagerung ermittelnden Meßeinrichtung verbunden sind.
  4. 4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf jedes Kolbens (35, 36) mit dem anliegenden Teil der Membran (3) durch eine den Meßkopf bildende, entsprechend geformte Kopfschraube (38) unter Zwischenlage einer Schutzscheibe (39) verbunden ist.
  5. 5. Gerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel durch eine Leitung (14) durch den oberen Geräteteil hindurch zu einem am unteren Geräteteil befestigten Verteiler (16) geführt ist.
  6. 6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler (16) einen beweglichen Absperrkolben (19) enthält, der die Zuleitungslöcher (18) des Druckmittels in den zylindrischen Rahmen (1) freigeben oder absperren und in Absperrstellung durch eine federbelastete, mit begrenzter Kraft wirkende Verriegelung festgehalten werden kann.
  7. 7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Absperrkolben (19) mit einem Ablaßventil (23) verbunden ist, das bei geschlossenem Absperrkolben (19) den Abfluß des Druckmittels aus dem Gerät freigibt, wobei beide - z. B. durch einen Elektromagneten (28) - ferngesteuert sind. B.
  8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Kopf des Geräts zu einem Entleerungsbehälter (26) zur Aufnahme des abgeleiteten Druckmittels verlängert ist.
  9. 9. Gerät nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen im Rahmen angeordneten Druckmesser (31), der den im Gerät tatsächlich herrschenden Druck an die Beobachtungsstelle meldet.
DEE29159A 1964-04-30 1965-04-22 Geraet zum Pruefen des mechanisch-statischen Verhaltens eines Materials in verschiedener Tiefe eines Bohrloches Pending DE1212015B (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1298479B (de) * 1966-07-29 1969-07-03 Nac De Engenharia Civil Lab Einrichtung zum Messen der Verformbarkeit von Erdreich, Gestein od. dgl. in einem Bohrloch
DE2548604A1 (de) * 1974-10-31 1976-05-06 Marchetti Silvano Sondeneinrichtung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1298479B (de) * 1966-07-29 1969-07-03 Nac De Engenharia Civil Lab Einrichtung zum Messen der Verformbarkeit von Erdreich, Gestein od. dgl. in einem Bohrloch
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