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Apparatus and method for drilling earth formations

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DE19745947B4
DE19745947B4 DE1997145947 DE19745947A DE19745947B4 DE 19745947 B4 DE19745947 B4 DE 19745947B4 DE 1997145947 DE1997145947 DE 1997145947 DE 19745947 A DE19745947 A DE 19745947A DE 19745947 B4 DE19745947 B4 DE 19745947B4
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DE
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Grant
Patent type
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Application number
DE1997145947
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Pierre E. Kingwood Collee
John W. Spring Harrell
Michael H. Flower Mound Johnson
Luc Van Kingwood Puymbroeck
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Original Assignee
Baker Hughes Inc
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Abstract

Vorrichtung zum Bohren von Erdformationen, mit einem eine Längsbohrung begrenzenden Bohrkörper, der an seinem oberen Ende mit einem Bohrstrang verbindbar und an seinem unteren Ende mit einer Kernbohrkrone versehen ist, und einer Instrumentenausrüstung, mittels welcher Bohrlochdaten gleichzeitig mit dem Erbohren eines Kerns aufnehmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass von der Instrumentenausrüstung zumindest ein Bereich innerhalb des Rohrkörpers zwischen dessen Außenseite und der Längsbohrung angeordnet ist und von der Instrumentenausrüstung als Bohrlochdaten Erdformationsparameter aufnehmbar sind und die Instrumentenausrüstung wenigstens einen Sensor aufweist zum Erfassen von zumindest einem Formationsmerkmal aus der Gruppe der Merkmale Bohrlochtemperatur, Bohrlochdruck, Formationswiderstand, Formationsgammastrahlung, nukleare Magnetresonanz, Dichte und Porösität. Apparatus for drilling earth formations with a longitudinal bore defining drill body, which is at its upper end to a drill string connected to and provided at its lower end with a core bit, and an instrumentation by which well data are simultaneously receivable with the Erbohren a core, characterized in that a region within the tubular body between the outer side and the longitudinal bore of the instrumentation at least disposed as well data earth formation can be received by the instrumentation and instrumentation having at least one sensor for sensing at least one formation characteristic from the group of characteristics downhole temperature, downhole pressure , formation resistivity, formation gamma radiation, nuclear magnetic resonance, density, and porosity.

Description

  • [0001] [0001]
    Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bohren von Erdformationen in einer Ausgestaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf Verfahren zum Bohren von Erdformationen. The invention relates to a device for drilling of earth formations in a configuration according to the preamble of claim 1 and to methods for drilling earth formations.
  • [0002] [0002]
    Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Kombinationssystem des Kernbohrens und des normalen Rohrens mittels einer unter Verwendung eines Seilstranges aus dem Bohrstrang herausziehbaren Kernbohrinnenrohreinheit und einer Verschlußeinheit zum Vorwärtsbohren, wobei letztere wahlweise mit Meßeinrichtungen zur Bewertung von Bohrlochparametern ausgestattet ist. More particularly, the invention relates to a combination system of the core drilling and normal drilling by means of the latter being optionally equipped with measuring means for the evaluation of downhole parameters using a cable strand from the drill string extractable Kernbohrinnenrohreinheit and a shutter unit for forward drilling. Speziell bietet das System die Möglichkeit, gleichzeitig eine Formation, in der eine Kernbohrung ausgeführt wird, wie auch die aus der Formation erbohrte Kernprobe datenmäßig zu erfassen. Specifically, the system offers the possibility of a core hole is performed simultaneously a formation, such as to detect the drilled core sample from the formation in terms of data.
  • [0003] [0003]
    Das Kernbohren mit einem Seilstrang ist seit vielen Jahren bekannt. The core drilling with a rope line has been known for many years. Das Grundkonzept besteht hierbei darin, ein Kernrohr mit einer Außenrohreinheit zu verwenden, die am Ende des Bohrstrangs angeordnet ist und an ihrem unteren Ende eine Kernbohrkrone aufweist. The basic concept here is to use a core tube with an outer tube unit, which is arranged at the end of the drill string and having at its lower end an annular core bit. Eine Innenrohreinheit zur Aufnahme eines von der Kernbohrkrone erbohrten Kerns ist lösbar in der Außenrohreinheit verriegelt. An inner tube assembly for receiving a drilled by the core bit core is releasably locked in the outer pipe unit. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine Plazierung der Innenrohreinheit in der Außenrohreinheit mittels eines Seilstranges, mittels der Schwerkraft oder einer hydraulischen Strömung und ihre Rückgewinnung aus der Außenrohreinheit mittels des Seilstranges. This refinement allows placement of the inner tube assembly in the external tube unit by means of a cable strand by means of gravity or a hydraulic fluid and its recovery from the outer pipe unit by means of the cable strand. Beispiele solcher Seilstrang-Kernbohrsysteme sind in den Schriften Examples of such wire line coring systems are in the works US 3 127 943 US 3,127,943 und and US 5 020 612 US 5,020,612 beschrieben. described.
  • [0004] [0004]
    Ein Problem bei zahlreichen vorbekannten Systemen ist die Notwendigkeit, daß ein spezieller Bohrstrang mit einem vergrößerten Durchmesser verwendet werden muß, um das Einlassen und Zurückholen der Innenrohreinheit zu ermöglichen, die zum Erbohren verhältnismäßig großer Kerne über 5 cm (2'') Durchmesser verwendet wird. A problem with many prior art systems is the need for a special drill string must be used with an increased diameter in order to allow the admission and retrieving the inner tube assembly, which is used to Erbohren relatively large cores on 5 cm (2 '') diameter.
  • [0005] [0005]
    Obschon Kernbohrsysteme, die kleine bzw. schlanke Kerne von etwa 4,5 cm (1 3/4'') Durchmesser oder weniger erbohren, bekannt sind, versteht sich, daß solche Kerne sehr zerbrechlich sind, so daß die herkömmlichen Kernbohrsysteme in der Länge auf solche Kerne begrenzt sind, die vernünftigerweise, ohne zu zerbrechen, gebohrt werden können. Although coring, the small and slim cores of about 4.5 cm (1 3/4 '') diameter or less erbohren are known, understood that such cores are very fragile, so that the conventional coring in length to such cores are limited, without breaking, can be drilled reasonably. Diese Beschränkung scheint in erster Linie der Instabilität des gesamten Kernrohres zuzuschreiben zu sein, die durch seitliche und vertikale Bohrkronenbewegungen im Bohrloch, die Vibrationen erzeugen, hervorgerufen wird. This restriction appears to be primarily attributable to the instability of the entire core tube, which is caused by lateral and vertical Bohrkronenbewegungen in the borehole, which produce vibrations. Ein Hauptphänomen, das aus solchen Bohrkronenbewegungen und -schwingungen resultiert, ist das sog. Bohrkronenschleudern, obgleich eine Vibration ohne Schleudern ebenfalls schädlich ist. A major phenomenon resulting from such Bohrkronenbewegungen and vibrations is the so-called. Bohrkronenschleudern, although a vibration without spinning is also detrimental. Das Phänomen des Bohrkronenschleuderns äußert sich in Bohrkronen mit unausgeglichenen Seitenkräften der Schneidglieder, welche Kräfte dazu führen, daß die Bohrkrone im Bohrloch um einen Mittelpunkt rotiert bzw. schleudert, der von der geometrischen Mitte der Bohrkrone versetzt ist, derart, daß die Krone dazu neigt, rückwärts im Bohrloch zu schleudern. The phenomenon of Bohrkronenschleuderns expressed in drill bits with an unbalanced lateral forces of the cutting members, cause the forces that cause the drill bit in the drill hole rotates about a center point or spin, which is offset from the geometric center of the drill bit, so that the crown tends backwards to throw in the borehole. Es wurde beobachtet, daß das Schleuderphänomen durch das Vorhandensein von Kalibrier- bzw. Trimmschneidgliedern an bestimmten Stellen im äußeren Kalibrierbereich der Bohrkrone verstärkt wird, wobei derartige Schneidglieder auch Reibkräfte beim Bohren erzeugen. It has been observed that the spin phenomenon is enhanced by the presence of calibration or trimming cutting members at certain points in the outer gage of the drill bit, wherein such cutting members generate frictional forces during drilling. Das Schleudern ist ein dynamisches eigenständiges Phänomen und wirkt sich in vielen Fällen im hohen Maße zerstörend auf die Schneidglieder der Bohrkrone aus. Spinning is a dynamic independent phenomenon and affects in many cases highly destructive to the cutting elements of the drill bit out. Das Schleuderphänomen erzeugt dabei eine Spiralgestalt des Bohrloches während des Rohrens, was bei Kernbohrkronen zu einem nicht-zylindrischen, spiraligen Kern führt, der noch empfindlicher gegenüber Brüchen ist und leicht im inneren Kernrohr verklemmt. The spin phenomenon generates a spiral shape of the borehole during drilling, which results in coring to a non-cylindrical spiral core which is more susceptible to breakage and easily jammed in the inner core tube.
  • [0006] [0006]
    Angesichts der verhältnismäßig kleinen Freiräume zwischen dem Kern und dem Pilotschuh, dem Kernfänger und den Innenrohrkomponenten des Innenrohrs führen leichte seitliche und vertikale Bewegungen des Kernrohres leicht zu einem Bruch von Kernen mit kleinem Durchmesser mit einer daraus resultierenden Kernblockierung und Zerstörung der Kernprobe. Given the relatively small clearances between the core and the pilot shoe, the core catcher and the inner tube component of the inner tube slight lateral and vertical movements of the core tube easily lead to breakage of cores having a small diameter with a resulting core block and destruction of the core sample. Als Folge hiervon werden Kernrohre mit kleinem Durchmesser üblicherweise in ihrer Länge aufgrund der kurzen Kernproben (z. B. etwa 3 bis 4 m (10 bis 13 Fuß)), die ohne Kernbruch, -blockierung und -zerstörung erbohrt werden können, begrenzt. As a result, core tubes of small diameter usually in its length due to the short core samples (eg., about 3 to 4 m (10 to 13 feet)), which can be drilled without core fracture, blockage and destruction limited. Es sind Versuche unternommen worden, längere Kerne, von etwa 8 m (26 Fuß) zu schneiden, jedoch haben die verwendeten Geräte aufgrund der oben erwähnten Probleme nicht zum Erfolg geführt. Attempts have been made long cores of about 8 meters (26 feet) to cut, but the devices used have not been successful due to the above mentioned problems.
  • [0007] [0007]
    Es ist erkannt worden, daß bestimmte Verbesserungen in der Bohrkronenausbildung, einschl., jedoch nicht ausschließlich der sog. schleuderfreien Bohrkronen mit Polykristallin-Diamant-Compakt-(PDC)-Schneidgliedern, eingeleitet durch Amoco und verbessert durch den Anmelder, auf Kernbohrkronen übertragen werden können, um die Sicherheit eines Kernbohrvorgangs und die Qualität der Kerne zu erhöhen. It has been recognized that certain improvements in Bohrkronenausbildung, incl., But not limited to the so-called. Centrifugal free drill bits with polycrystalline diamond Compakt- (PDC) -Schneidgliedern, initiated by Amoco and improved by the applicant, can be transferred to core drilling to increase the security of coring operation and the quality of the kernels. Patente, die schleuderfreie Bohrkronen beschreiben, sind beispielsweise die Patents describing spin-free drill bits, for example, the US-PSen 4 982 802 US Patents 4,982,802 , . 5 010 789 5010789 , . 5 042 596 5042596 , . 5 099 934 5099934 , . 5 109 935 5,109,935 , . 5 111 892 5,111,892 , . 5 119 892 5119892 , . 5 131 478 5131478 , . 5 165 494 5,165,494 und and 5 178 222 5,178,222 . , Das SPE-(Society of Petroleum Engineers)-Papier Nr. 24587 von LA Sinor ua der Amoco Production Co. mit dem Titel "Development of an Anti-Whirl-Core Bit" diskutiert Verbesserungen und mögliche Verbesserungen in den Kernbohrmöglichkeiten, die sich angenommenermaßen durch die Verwendung schleuderfreier Kernbohrkronen ergeben. The SPE (Society of Petroleum Engineers) paper no. 24587 LA Sinor among others Amoco Production Co. entitled "Development of an anti-whirl core bit" discussed improvements and possible improvements in the Kernbohrmöglichkeiten, which is assumed to be through the use of spin-free core drilling result.
  • [0008] [0008]
    Andere Lösungsansätze zu einer Bohrkronenstabilisierung sind von Amoco ua unternommen worden. Other approaches to a bit stabilization have been made by Amoco and others. Ein Vorschlag besteht darin, den Versuch zu unternehmen, eine Bohrkrone perfekt auszubalancieren, wie es in der One suggestion is to make the attempt, perfect balance a bit, as in the US-PS 4 815 342 US Patent No. 4,815,342 beschrieben ist. is described. Ein weiterer Lösungsvorschlag besteht darin, die Vorsprünge auf der Bohrkronenfläche in kreisförmigen Nuten mechanisch zu verriegeln, die von den Schneidgliedern auf der Fläche geschnitten werden, wie es in der Another proposed solution is to lock the projections on the Bohrkronenfläche in circular grooves mechanically, which are cut by the cutting members on the surface, as in the US-PS 5 090 492 US Patent No. 5,090,492 beschrieben ist. is described.
  • [0009] [0009]
    Sämtliche der vorstehenden Entwicklungen bei der Bohrkronenstabilisierung haben sich auf einzelne Elemente des Bohrvorgangs konzentriert, entweder das Bohren eines Bohrloches mit vollem Durchmesser oder auf das Kernbohren. All of the above developments in the bit stabilization has focused on individual elements of the drilling operation, either the drilling of a well bore with full diameter or on the core drilling.
  • [0010] [0010]
    Vor einigen Jahren wurde von der Eastman Christensen Company, einem Vorgänger des Anmelders, eine Kombination eines Vollbohr- und Kernbohrsystems mit der Wahlmöglichkeit zwischen Vollbohren und Kernbohren entwickelt. Several years ago, a combination of a Vollbohr- and Kernbohrsystems with a choice between full drilling and core drilling was from the Eastman Christensen Company, a predecessor of the applicant developed. Dieses System ermöglichte wechselweise Kernbohr- und Vollbohrvorgänge, ohne den Bohrstrang zu ziehen. This system allowed alternately coring and Vollbohrvorgänge without pulling the drill string. Bei diesem System waren sowohl die Innenrohreinheit zum Kernbohren als auch eine ersatzweise mittlere Verschlußeinheit mit einem Brechfuß und Schneidgliedern zum Umwandeln der Kernbohrkrone in einen Vollbohrmeißel über einen Seilstrang einsetzbar und aufholbar, die Innenrohreinheit konnte also wieder an die Erdoberfläche zurückbefördert werden. In this system, both the inner tube assembly for core drilling and a substitute medium shutter unit with a Brechfuß and cutting members for converting the core bit was used in a Vollbohrmeißel via a cable strand and aufholbar, so the inner tube assembly could be conveyed back to the surface again. Dieses Kombinationssystem verwendete Kernbohrkronen mit natürlichen Diamanten und war aus mehreren Gründen nur in seltenen Fällen erfolgreich. This combination of core drilling system used with natural diamonds and had several reasons rarely successful. Zunächst betrug die maximale Kernlänge, die auf einmal erbohrt werden konnte, nur etwa 4 m (13 Fuß), was ein außerordentlich kurzes Intervall zur Analyse ohne mehrfache Einsätze der Innenrohreinheit bedeutete und eine Kombination mit Sonderlängen von Rohren zum Abwärtsbohren des Mitnehmergestänges zum Drehtisch wie eine Rohrverbindung erforderte. First, the maximum core length, which could be drilled at one time, only about 4 m (13 feet), which meant an extremely short interval for analysis without multiple inserts of the inner tube assembly and a combination of special lengths of pipes for down drilling the Mitnehmergestänges to the rotary table as a pipe connection required. Zusätzlich brachte das Aufkommen genauerer elektrischer Bohrlochmessungen und Analysetechniken zur Datenaufnahme eine Verringerung des Bedarfs für Kernanalysen. In addition, the advent of accurate electrical borehole measurements and analysis techniques applied to data recording, a reduction of the need for core analysis. Schließlich akzeptierte die Industrie nicht die Kerne mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser (5 cm), die das System erbrachte, das zum Einsetzen und Rückholen der Innenrohreinheit und der mittleren Verschlußeinheit Standardrohrteile erforderte. Finally, the industry has not accepted the cores relatively small diameter (5 cm), which afforded the system, the required standard pipe parts for inserting and retrieving the inner tube assembly and the central shutter unit.
  • [0011] [0011]
    In jüngerer Zeit hat jedoch die Entwicklung und die industrielle Akzeptanz von Loch- und Rotationskernbohrtechniken, die dazu führen, daß Kerne von etwa 2,5 cm (1 Zoll) Durchmesser aus dem Bohrloch erbohrt werden können, als auch die vermehrte Anwendung von Bohrlöchern kleinen Durchmessers für Versuchs- bzw. Forschungsbohrungen den früheren Widerstand, auf Kerne kleinen Durchmessers zurückzugreifen behoben. More recently, however, the development and industrial acceptance of hole and Rotationskernbohrtechniken which cause nuclei of about 2.5 cm (1 inch) in diameter from the wellbore can be drilled, as well as the increased use of small diameter boreholes for experimental research or bores corrected the previous resistance to draw on small diameter cores. Diese Veränderungen in der industriellen Praxis haben zu einem erneuten Interesse am Kernbohren geführt, jedoch haben bislang die bekannten Kernbohrsysteme keine Möglichkeit für ein System zum Vollbohren und Kernbohren mit kleinem Durchmesser geführt, das ursprüngliche, unbeschädigte Kerne von gewünschter Länge (z. B. etwa 9 m (30 Fuß)) unter Vermeidung von Kernblockierungen schneiden kann und außerdem die Möglichkeit bietet, zwischen den Intervallen des Kernbohrens weiter vollzubohren, ohne den Bohrstrang zu ziehen. These changes in industrial practice have led to a renewed interest in core drilling, but so far the known coring systems have no way for a system for continuous drilling and core drilling performed with a small diameter, the original, undamaged seeds (of desired length z. B. about 9 m (30 feet)) can cut while avoiding core blocking and also offers the opportunity between the intervals of the core drilling continue vollzubohren without pulling the drill string. Außerdem bietet kein Kernbohrsystem des Standes der Technik die Leistungsmöglichkeiten und Betriebsmerkmale, wie sie mit PDC-Bohrkronen erreicht werden können. Moreover, no core drilling system of the prior art offers the performance capabilities and operating characteristics, how they can be achieved with PDC drill bits.
  • [0012] [0012]
    Ein weiterer Nachteil der bekannten Kernbohrsysteme liegt in der Tendenz, daß das Erbohren des Kerns und die Bewertung der Bohrlochparameter als separate, nur peripher miteinander in Beziehung stehende Vorgänge anstatt miteinander verknüpfte Segmente eines Gesamtprozesses der Formationsbewertung behandelt werden. Another disadvantage of the known coring is the tendency that the Erbohren of the core and the evaluation of the downhole parameters are treated as separate, only peripherally interrelated operations instead of interlinked segments of an overall process of formation evaluation. Obschon die although the US-PS 4 955 438 US Patent No. 4,955,438 der Anmelderin das Aufnehmen von Meßwerten der Bohrlochmerkmale während eines Kernbohrvorgangs und das Aufholen solcher Daten von der Kernbohrvorrichtung auf physischem Wege, durch Seilstrang oder Spülungsimpulstelemetrie, beschreibt, ist das Vorhandensein irgendeines derartigen Systems zur Verwendung bei Öl- und Gasforschungsbohrungen nicht bekannt. the Applicant recording of measured values ​​of borehole characteristics while a coring operation and the catching of such data by the coring of physical paths through cable strand or mud pulse telemetry describes, the presence of any such a system for use in oil and gas exploration drilling is not known.
  • [0013] [0013]
    Aus der Schrift From Scripture GB 2 293 395 GB 2293395 ist es bekannt, einen Bohrköper so zu gestalten, dass er entweder eine Öffnung zur Aufnahme einer Kernbohrung aufweist oder in die Öff nung ein Verschluss eingesetzt ist, so dass keine Kernbohrung mehr möglich ist. it is known to design a Bohrköper so that it comprises either an opening for receiving a core bore or in the voltage Publ a shutter is used, so that no core drilling is possible. Der Verschluss ist mit Messvorrichtungen versehen, so dass bei normalen Bohrungen Messungen mit dem Bohrkörper vorgenommen werden können. The closure is provided with measuring devices so that during normal drilling with the drill body measurements can be made.
  • [0014] [0014]
    Außerdem ist aus der Schrift Moreover, from the Scriptures DE 38 13 508 C1 DE 38 13 508 C1 bekannt, einen Bohrkörper zur Aufnahme einer Kernbohrung an seinem Ende mit einer Messvorrichtung zu versehen, um das erbohrte Material zu untersuchen. known to provide a drill body for receiving a core bore at its end with a measuring device, to examine the drilled material. Der Bohrkörper ist jedoch ausschließlich für Kernbohrungen verwendbar, und die durchführbaren Messungen führen nur zu eingeschränkt nutzbaren Messergebnissen, da die Messvorrichtung an der Rückseite des Bohrkörpers angebracht ist. However, the drill body can be used only for core drilling, and the measurements can be carried out only lead to limited usable measurement results, since the measuring device is attached to the rear of the drill body.
  • [0015] [0015]
    Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Bohren von Erdformationen zu schaffen, mit der es möglich ist, gleichzeitig mit dem Erbohren eines Kerns Bohrlochdaten aufzunehmen. The invention is primarily based on the object to provide a device for drilling of earth formations with which it is possible to receive simultaneously with the Erbohren a core drill hole data.
  • [0016] [0016]
    Diese Aufgabe wird für eine gattungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 1 nach der Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved for a generic device according to claim 1 according to the invention with the characterizing features of claim 1. Hinsichtlich weiterer Ausgestaltungen wird auf die Ansprüche 2 bis 16 verwiesen. With regard to further embodiments, reference is made to claims 2 to 16th
  • [0017] [0017]
    Im Hinblick auf die gattungsgemäßen Verfahren wird die Aufgabe anhand der kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 17 und 18 gelöst. With regard to the generic method, the object is achieved by means of the characterizing features of claims. 17 and 18
  • [0018] [0018]
    Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines einfachen Verfahrens zum Bohren einer Erdformation mit der Möglichkeit der Aufnahme von Bohrlochdaten und löst diese Aufgabe in Verfahrensformen gemäß den Ansprüchen 20 bis 22. The invention further seeks to provide a simple method for drilling an earth formation with the possibility of recording downhole data and solves this problem in method embodiments according to claims 20 to 22nd
  • [0019] [0019]
    Die Erfindung bietet die Möglichkeit abwechselnd einen Kernbohrvorgang und einen Vollbohrvorgang durchzuführen, ohne den Bohrstrang zu ziehen, wobei langgestreckte Kerne kleinen Durchmessers entnommen werden können. The invention offers the possibility of alternately perform a coring and a Vollbohrvorgang without pulling the drill string, said elongated cores of small diameter can be removed. Das Kernrohr nach der Erfindung weist eine Außenrohreinheit mit einer Kernbohrkrone, vorzugsweise PDC-Kernbohrkrone, auf, die am unteren Ende der Außenrohreinheit angebracht ist. The core tube according to the invention comprises an outer tube unit having a core drill bit, preferably PDC coring bit, on which is mounted at the lower end of the outer pipe unit. Unmittelbar oberhalb der Kernbohrkrone befindet sich eine Lageranordnung für das Bohrkronenende im Kernrohr, die wechselweise das Ende einer Innenrohreinheit oder einer mittleren Verschlußeinheit aufnimmt. Immediately above the core bit is a bearing assembly for the Bohrkronenende in the core tube, which alternately receive the end of an inner tube unit or a central locking unit. Eine Rastkupplung ist oben an der Innenseite der Außenrohreinheit angebracht. A detent coupling is mounted at the top of the inside of the outer pipe unit. Die Innenrohreinheit weist ein Fangkupplungsglied am oberen Ende auf, darunter eine Verriegelungseinheit für einen Eingriff mit der Rastkupplung des Außenrohrs und eine Lagereinheit unter der Verriegelungseinheit zur Ermöglichung einer Drehung zwischen der Außenrohreinheit und dem Innenrohr. The inner tube assembly has a catch coupling member at the upper end, including a latch assembly for engagement with the latching clutch of the outer tube and a bearing unit of the latch assembly for enabling rotation between the outer tube unit and the inner tube. Das untere Ende der Innenrohreinheit, das mit der Bohrkronenlagereinheit in Eingriff steht, weist einen herkömmlichen Kernfänger auf. The lower end of the inner tube unit which communicates with the Bohrkronenlagereinheit engaged comprises a conventional core catcher.
  • [0020] [0020]
    Die nach der Erfindung bevorzugte PDC-Kernbohrkrone hat vorzugsweise eine schleuderfreie Ausgestaltung, obwohl andere stabilisierte Bohrkronenausgestaltungen, wie sie oben besprochen wurden, ebenfalls geeignet sind. The preferred according to the invention PDC coring bit preferably has a spin-free configuration, although other stabilized Bohrkronenausgestaltungen as those discussed above, are also suitable. Die Verwendung einer schleuderfreien Kernbohrkrone im Rahmen der Erfindung führt zu der erwiesenen Fähigkeit, Kerne von zumindest etwa 9 m (30 Fuß) von hoher Qualität und mit stark erhöhter Gewinnungsrate zu schneiden und zu ziehen. The use of a spin-free core bit in the invention leads to the proven ability cores of at least about 9 m (30 feet) of high quality and with greatly increased recovery rate to cut and pull. Außerdem bietet die Verwendung einer PDC-Kernbohrkrone mit wahlweisem mittleren Verschluß eine Eindringungsrate ähnlich der von PDC-Bohrmeißeln und Gewicht-auf-Krone, Drehgeschwindigkeit und hydraulische Strömungsraten ähnlich denen von PDC-Bohrmeißeln. In addition, the use of a PDC coring bit with optional closure of the middle of PDC bits and weight-on-crown, rotational speed and hydraulic flow rate provides a penetration rate similar to similar to those of PDC bits. Somit können große Mengen hochqualitativer Kerne kosteneffektiv gewonnen werden, und die Gesamteindringungs- bzw. Bohrfortschrittsrate während des Bohrvorgangs ist im Vergleich mit einem Bohren ohne Kernentnahme nicht wesentlich reduziert, so daß der Betreiber Vorteile aus Zeit- und Kostenersparungen wie auch aus den durch die hochqualitativen Kerne zur Verfügung stehenden Informationen zieht. Thus can be obtained cost-effectively large amounts of high-quality seeds and the Gesamteindringungs- or Bohrfortschrittsrate during drilling is compared with a drilling without coring is not significantly reduced, so that the operator benefits from time and Kostenersparungen as well as from by the high quality seeds pulls information available.
  • [0021] [0021]
    Die Verwendung der Lagereinheit für das Bohrkronenende erbringt eine präzsise Ausrichtung des Innenrohrs zur Aufnahme des im Erbohren befindlichen Kerns sowie einen Sitz für das untere Ende der mittleren Verschlußeinheit, die eine Mehrzahl von Schneidgliedern, vorzugsweise PDC-Schneidgliedern, und Spülungsauslässe für die Spülflüssigkeit enthält. The use of the bearing unit for the Bohrkronenende provides a präzsise alignment of the inner tube to contain the core located in the Erbohren as well as a seat for the lower end of the central locking unit, which includes a plurality of cutting members, preferably PDC cutting elements, and Spülungsauslässe for the rinsing liquid.
  • [0022] [0022]
    Ein wahlweises, jedoch bedeutsames Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Anordnung eines geeigneten Meßwerkzeugs, wie eines Gammastrahlen- oder Richtungsmeßwerkzeugs, in der mittleren Verschlußeinheit zur Ermöglichung einer Bohrlochdatenaufnahme während eins Vollbohrvorgangs. An optional but important feature of the present invention is the arrangement of a suitable measuring tool, such as a gamma ray or Richtungsmeßwerkzeugs, in the central locking unit to allow a downhole data acquisition during one Vollbohrvorgangs. Die Daten können im Meßwerkzeug während des Rohrens gespeichert und periodisch durch Seilstrangübertragung oder wenn die mittlere Verschlußeinheit zur Oberfläche zurückgeholt wird, aufgenommen werden. The data can be stored in the logging tool during drilling and periodically received by cable strand transfer, or if the average closure assembly is retrieved to the surface. Es kann auch ein Bohrspülungsimpuls- oder anderes geeignetes Datenübertragungssystem als Teil der mittleren Verschlußeinheit angebaut werden, um eine Echtzeitübertragung von Daten zu ermöglichen. It can be grown as part of the central shutter unit also Bohrspülungsimpuls- or other suitable data transmission system to enable real-time transmission of data. Eine odere mehrere Meßmöglichkeiten können in das Meßwerkzeug bzw. die Instrumentenausrüstung einbezogen sein, wobei solche Möglichkeiten eine Druck- und Temperaturmessung zusätzlich zu den anderen oben erwähnten Messungen umfassen können, ohne hierauf beschränkt zu sein. Or E a plurality of measurement capabilities may be incorporated in the measuring tool or the tool equipment, and such possibilities a pressure and temperature measurement may comprise, in addition to the other above-mentioned measurements, without being limited thereto. Vorteilhaft ist auch, daß die Meßwerkzeugsensoren und insbesondere die Sensoren zum Erfassen von Formationsmerkmalen unmittelbar angrenzend an das untere bzw. vorauslaufende Ende der mittleren Verschlußeinheit, buchstäblich im Hals der Kernbohrkrone, angeordnet sein können, um eine äußerst enge Nähe zur Bohrkronenstirnfläche und damit zu der gebohrten Formation zu erhalten. It is also advantageous that the Meßwerkzeugsensoren and in particular the sensors for detecting formation characteristics immediately adjacent the lower or leading end of the central locking unit, in the throat of the core bit can be arranged literally at an extremely close proximity to Bohrkronenstirnfläche and thus the drilled to get up.
  • [0023] [0023]
    Es ist ferner vorgesehen, daß Sensoren zum Messen von Richtungsparametern sowie der oben erwähnten Bohrlochparameter und ferner von anderen Parametern wie etwa (lediglich als Beispiel) des Formationswiderstands und der nuklearen magnetischen Resonanz, wie auch eine Stromversorgung, eine Datenverarbeitungs- und Speichereinheit und eine Bohrlochdatenübertragung oder Telemetriemöglichkeit in eine oder mehrere Kernbohrinnenrohreinheiten, in die Wand des Kernrohrs zwischen dessen Außenseite und der Längsbohrung oder oberhalb des Kernrohres in einem gesonderten Rohrabschnitt oder Gehäuse mit einer axialen Bohrung, die mit der Bohrung des Kernrohres fluchtet, eingebaut werden können. It is further contemplated that sensors for measuring directional parameters and the above-mentioned borehole parameters and also on other parameters such as (merely as an example) of the formation resistivity and nuclear magnetic resonance, as well as a power supply, a data processing and storage unit and a downhole data transmission or telemetry possibility can be incorporated into one or more Kernbohrinnenrohreinheiten, in the wall of the core barrel between its outside and the longitudinal bore or above the core pipe in a separate pipe section or housing having an axial bore aligned with the bore of the core tube. Sensoren zum Messen von Bohrparametern wie etwa (wiederum lediglich als Beispiel) Drehmoment, Drehgeschwindigkeit, Gewicht auf der Bohrkrone, Vibration und Bohrlochdruck können ebenfalls in eine oder mehrere Komponenten der Vorrichtung, vorzugsweise nahe der Bohrkrone, etwa in der Wand des Kernrohres, eingebaut werden. Sensors for measuring drilling parameters such as (again only as an example) of torque, rotational speed, weight on the drill bit, vibration, and well bore pressure can also in one or more components of the device, preferably near the drill bit, are installed approximately in the wall of the core tube.
  • [0024] [0024]
    Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht ein gleichzeitiges bzw. zumindest gleichlaufendes Messen von Bohrlochparametern der Formation außerhalb des Kernrohres vor, während der gleiche oder ein anderer Bohrlochparameter des im Erbohren befindlichen Kerns bei seinem Eintreten in die Kerninnenrohreinheit gemessen wird. A further aspect of the invention provides a simultaneous, or at least equal to ongoing measurement of borehole parameters of the formation outside of the core tube, while the same or other downhole parameters of the core located in the Erbohren is measured at its entry into the core inner pipe unit. ZB können Gammastrahlen-, Widerstands-, Dichte-, Porositäts-, Schall- und/oder Messungen der nuklearen magnetischen Resonanz vorgenommen werden. For example, may be made of the nuclear magnetic resonance gamma ray, resistivity, density, porosity, sound and / or measurements. Es ist vorteilhaft, solche Messungen zu Vergleichszwecken mit Blick auf die Eigenschaften vorzunehmen, die von der äußeren Formation dargeboten werden, im Gegensatz zu denjenigen, die von dem Kern unter der kontrollierteren Umgebung des Kernrohrinnenraums und in einem extrem engen Bereich dargeboten werden. It is advantageous to perform such measurements for comparison purposes with a view to the properties that are presented by the outer formation, in contrast to those that are performed by the core under the more controlled environment of the core tube interior and in an extremely narrow range. Außerdem ist es wünschenswert, solche Kernmessungen unmittelbar nach dem Kerndurchgang durch den Hals der Kernbohrkrone vorzunehmen, wenn sich der Kern in seinem ursprünglichsten Zustand befindet und es am wenigsten wahrscheinlich ist, daß er durch Spülungsflüssigkeit zu sehr verunreinigt ist oder seine physikalische Integrität verloren hat. It is also desirable to make such core measurements immediately after the core passage through the neck of the core bit when the core is in its pristine condition and it is least likely that he is very contaminated by flushing fluid to or has lost its physical integrity. Des weiteren ist vorgesehen, daß die Ausrichtung des Kerns bestimmt wird, sowohl in einem absoluten Sinn als auch mit Bezug auf die Umgebungsformation, aus der er ausgeschnitten wird, wobei die Richtungsinstrumentierung der Vorrichtung verwendet wird. Furthermore, it is provided that the orientation of the core is determined, both in an absolute sense as well as with respect to the surrounding formation from which it is cut, the direction of the instrumentation apparatus is used.
  • [0025] [0025]
    Außerdem ist vorgesehen, daß ein Kurzetappen-Funktelemetriesystem verwendet werden kann, um Daten über eine kurze Distanz von einer Stelle in der Kernrohrwand zur Innenrohreinheit oder umgekehrt zu übertragen; It is also envisaged that a short stages radio telemetry system can be used to transmit data over a short distance of a location in the core tube wall to the inner pipe unit, or vice versa; dies für eine anschließende Rückübertragung durch ein Ferntelemetriesystem in einer anderen Komponente der Vorrichtung oder von einer dieser Stellen an ein Ferntelemetriemodul, das in kurzem Abstand oberhalb des Kernrohres im Bohrloch angeordnet ist. this for a subsequent re-transmission by a remote telemetry system in another component of the device or from one of these locations to a remote telemetry module, which is arranged at a short distance above the core tube in the borehole. Die Daten können rückübertragen werden durch Bohrspülungsimpuls, akustische oder elektromagnetische Telemetrie oder durch einen zur Oberfläche laufenden Seilstrang. The data can be transferred back through Bohrspülungsimpuls, acoustic or electromagnetic telemetry or by a running surface for the strand of rope. Des weiteren können Daten in einem elektronischen Speicher gespeichert werden, der in der Innenrohreinheit oder der oben erwähnten mittleren Verschlußeinheit angeordnet ist und physisch zur Oberfläche anstatt einer Übertragung in im wesentlichen Echtzeit zurückgeholt werden kann. Furthermore data can be stored in an electronic memory, which is arranged in the inner pipe unit or the central shutter unit above-mentioned and physically to the surface instead of a transmission essentially real time can be brought back in. Selbstverständlich werden Daten vorzugsweise in einer Innenrohreinheit, mittleren Verschlußeinheit, einem Kernrohr oder gesonderten Gehäuse gespeichert, das der Kernbohrvorrichtung zugeordnet ist, selbst bei einer Übertragung zur Oberfläche in Echtzeit, um einen Datenverlust aufgrund schlechter Übertragung oder eines Senderausfalls zu vermeiden. Of course, data are preferably in an inner tube assembly, the middle shutter unit, a core tube or separate housing stored that is associated with the coring, even with a transmission to the surface in real time in order to avoid data loss due to poor transmission or a transmitter failure.
  • [0026] [0026]
    Der Verfahrensaspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Bohren, bei dem gleichzeitig Richtungs-, Formations- und wahlweise Bohrparameterdaten aufgenommen werden, bevor ein Kernbohrvorgang unternommen wird, um eine Zone oder eine Schicht von potentiellem Interesse, wie etwa eine kohlenwasserstoffproduzierende Zone, zu lokalisieren, bevor die Innenrohreinheit zur Aufnahme des Kernbohrens in Betrieb genommen wird. The method aspect of the invention comprises a method for drilling, with simultaneous directional, formation and optionally parameter data recorded before a coring is made to locate a region or a layer of potential interest, such as a hydrocarbon producing zone, before the inner tube assembly is put into operation for receiving the core drilling. In gleicher Weise ist vorgesehen, daß durch die Aufnahme solcher Daten während des Kernbohrvorgangs dem Bedienungspersonal die Möglichkeit der Feststellung gegeben wird, wann das Kernbohren zu beenden ist, so daß nicht Kernproben in einem Gestein im wesentlichen über eine Zone von potentiellem Interesse hinaus aufgenommen werden. In the same way is provided that is given by the inclusion of such data during the coring operation to the operator the possibility of determining when the core drilling is to be terminated, so that no core samples are taken in a rock substantially over an area of ​​potential interest addition. Bei der Praktizierung dieses Aspektes der Erfindung ist es natürlich wünschenswert, die aufgenommenen Daten an die Oberfläche auf Echtzeitbasis zu übertragen, insbesondere wenn in einer potentiellen Produktionszone gebohrt wird. In practicing this aspect of the invention, it is of course desirable to transmit the recorded data to the surface in real time basis, in particular when drilling in a potential production zone.
  • [0027] [0027]
    Beim Kernbohren kann es ausreichen, die Daten für jeden kerngebohrten Abschnitt beziehungsweise für jedes kerngebohrte Intervall zu dem Zeitpunkt zu entnehmen, an dem die Innenrohreinheit mit der darin enthaltenen Kernprobe zur Oberfläche geholt wird; When the core drilling, it may be sufficient to extract the data for each core drilled section or for each core drilled interval to the time at which the inner tube assembly is retrieved with the core sample contained therein to the surface; jedoch ist es offensichtlich vorzuziehen, den Beendigungspunkt der Zone von Interesse so genau wie möglich zu lokalisieren, was bedeutet, daß eine Echtzeitdatenübertragung auch in dieser Situation vorteilhaft sein kann. but it is obvious preferable to locate the termination point of the zone of interest as accurately as possible, which means that real-time data transmission can also be advantageous in this situation.
  • [0028] [0028]
    Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung schematisch veranschaulicht sind. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the drawing in which several embodiments of a drilling apparatus according to the invention are illustrated schematically. In der Zeichnung zeigen: In the drawing:
  • [0029] [0029]
    1 1 einen Längsschnitt durch ein Kernrohr nach der Erfindung, a longitudinal section through a core tube according to the invention,
  • [0030] [0030]
    2 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch das untere Ende des Kernrohres nach der Erfindung, wobei sich ein Innenrohreinheit in ihrer Stellung zum Kernbohren befindet, an enlarged longitudinal section through the lower end of the core tube according to the invention, wherein an inner tube assembly is in its position for core drilling,
  • [0031] [0031]
    3 3 einen vergrößerten Längsschnitt durch das untere Ende des Kernrohres nach der Erfindung, wobei sich eine mittlere Verschlußeinrichtung in ihrer Stellung zum Ausbohren befindet, an enlarged longitudinal section through the lower end of the core tube according to the invention, with a mean closure means is in its position for drilling,
  • [0032] [0032]
    4 4 eine Ansicht der Bohrkrone unter Veranschaulichung der Schneidgliedplazierung mit Blick nach unten durch die Bohrkronenfläche, a view of the bit illustrating the cutting member placement looking downwardly through the Bohrkronenfläche,
  • [0033] [0033]
    5 5 einen vergrößerten Vertikalschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Innenmaßschneideinrichtung einer Bohrkrone mit schwachem Eindringungswinkel und einer damit zusammenwirkenden Kernschuheinrichtung, an enlarged vertical section through an embodiment of a Innenmaßschneideinrichtung a drill bit with a weak Eindringungswinkel and a cooperating core shoe means,
  • [0034] [0034]
    6 6 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Kernbohrvorrichtung mit einer Innenrohreinheit in einer Ausgestaltung zum gleichzeitigen Kernbohren und Aufzeichnen von Bohrlochparametern und Übertragen der erhaltenen Bohrlochdaten zur Erdoberfläche, a longitudinal section through a preferred embodiment of a coring device with an inner tube assembly in one embodiment for the simultaneous coring and record downhole parameters and transmitting the data obtained downhole to the surface,
  • [0035] [0035]
    7 7 bis to 9 9 je ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kernbohrvorrichtung in Darstellungen entsprechend each show a further embodiment of a coring device in representations corresponding 6 6 und and
  • [0036] [0036]
    10 10 eine Darstellung des unteren Endes einer bevorzugten mit Instrumenten versehenen mittleren Verschlußeinrichtung nach der Erfindung im Längsschnitt. a view of the lower end of a preferred instrumented central locking device according to the invention in longitudinal section.
  • [0037] [0037]
    Wie sich zunächst aus As is clear from first 1 1 ergibt, ragt ein Kernrohr shows protrudes a core tube 10 10 nach unten in ein Bohrloch down into a wellbore 12 12 von einer Schwerstange of a drill collar 14 14 am unteren Ende eines sich zur Oberfläche erstreckenden Bohrstrangs. at the lower end of a drill string extending to the surface.
  • [0038] [0038]
    Das Kernrohr The core tube 10 10 umfaßt eine Außenrohreinheit comprises an outer pipe unit 16 16 mit einem Außenrohr having an outer tube 18 18 , an dessen oberem Ende sich eine Gewindemuffenverbindung , At its upper end a threaded sleeve connection 20 20 zur Befestigung des Kernrohres for attachment of the core tube 10 10 an einem Gewindebolzen to a threaded stud 22 22 der Schwerstange the drill collar 14 14 befindet. located. Am unteren Ende des Außenrohres At the lower end of the outer tube 18 18 ist eine PDC-Kernbohrkrone is a PDC core bit 24 24 in einer schleudersicheren oder dgl. stabilisierten Ausführung, wie oben beschrieben, befestigt. as described above in a spin-safe or the like. stabilized embodiment, fixed. PDC-Schneidglieder PDC cutters 26 26 auf der Kernbohrkrone on the core bit 24 24 schneiden die Formation beim Drehen des Bohrstranges, wobei auch ein Kern cutting the formation during rotation of the drill string, wherein a core 28 28 aus der gebohrten Formation ausgeschnitten wird. is cut out from the drilled formation. Der Kern the core 28 28 erstreckt sich nach oben in den Hals extends upwardly in the neck 30 30 der Kernbohrkrone the core bit 24 24 beim Vortrieb der Bohrkrone in die Formation. during the advance of the drill bit into the formation. Ggf. Possibly. kann die Bohrkrone can the drill bit 24 24 eine Ausführung mit schwachem Eindringprofil entsprechend der a version with a low penetration profile in accordance with the US-PS 4 981 183 US-PS 4,981,183 des Anmelders aufweisen. have the Applicant. Auf der Innenseite des Außenrohres On the inside of the outer tube 18 18 befinden sich eine Rastkupplung there is a quick release connector 32 32 und darunter eine Mehrzahl axial beabstandeter Gruppen von Tragrippen and including a plurality of axially spaced sets of support ribs 34 34 , die sich in Umfangsrichtung um die Innenseite des Außenrohrs Extending circumferentially around the inside of the outer tube 18 18 herumerstrecken. herumerstrecken. Im Inneren der Kernbohrkrone Inside the core bit 24 24 befindet sich eine Drehlagereinheit There is a pivot bearing unit 36 36 für das Bohrkronenende. for Bohrkronenende. Strömungsmittelkanäle Fluid channels 38 38 erstrecken sich vom Bohrkroneninneren zur Bohrkronenstirnfläche. extend from Bohrkroneninneren to Bohrkronenstirnfläche.
  • [0039] [0039]
    Eine Innenrohreinheit An inner tube assembly 40 40 ist im Kernrohr is at the core pipe 10 10 so gezeigt, wie es bei einem Kernbohrvorgang der Fall ist. as shown, as is the case with a coring. Die Innenrohreinheit The inner tube assembly 40 40 umfaßt an ihrem unteren Ende ein in der Lagereinheit comprises at its lower end in the storage unit 36 36 aufgenommenes Innenrohr Inner tube captured 42 42 . , Das Innenrohr The inner tube 42 42 erstreckt sich aufwärts innerhalb des Außenrohrs extends upwardly within the outer tube 18 18 durch die Gruppen von Tragrippen by the groups of support ribs 34 34 , die eine Abstützung gegen ein Verbiegen des Innenrohrs That provide support against bending of the inner tube 42 42 bieten. Offer. Am oberen Ende des Innenrohrs At the upper end of the inner tube 42 42 befindet sich eine Innenrohrlagereinheit There is a inner tube bearing unit 44 44 , die eine Drehung des oberen und unteren Bereichs der Innenrohr , The rotation of the upper and lower portion of the inner tube 40 40 zueinander ermöglicht und damit, in Verbindung mit der Lagereinheit enables each other and thus, in conjunction with the bearing unit 36 36 für das innere Bohrkronenende, die Möglichkeit schafft, daß sich die Außenrohreinheit for the inner Bohrkronenende, creates the possibility that the outer pipe unit 16 16 dreht, während die Innenrohreinheit rotates, while the inner tube assembly 40 40 stationär bleibt. remains stationary. Oberhalb der Lagereinheit Above the bearing unit 44 44 steht eine Verriegelungseinheit is a locking unit 46 46 in lösbarem Eingriff mit der Rastkupplung in releasable engagement with the locking clutch 32 32 auf der Innenseite des Außenrohrs on the inside of the outer tube 18 18 . , Am oberen Ende der Innenrohreinheit At the upper end of the inner tube assembly 40 40 ist eine Fangkupplung is a catch coupling 50 50 für einen wahl weisen Eingriff der Innenrohreinheit mit einer Seilfangglocke und dessen Lösen angeordnet. for selective arranged engagement of the inner tube assembly with a cable-collecting bell and its dissolution.
  • [0040] [0040]
    Es sei nun auf die It is now the 2 2 und and 3 3 verwiesen, in denen die bereits oben anhand der referred to, in which the above reference to the 1 1 beschriebenen Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Described components are provided with the same reference numerals.
  • [0041] [0041]
    Wie aus as from 2 2 ersichtlich ist, umfaßt die Drehlagereinheit It can be seen comprising the rotary bearing unit 36 36 für das Bohrkronenende ein Außengehäuse for Bohrkronenende an outer housing 60 60 , Lagerkörper , Bearing body 62 62 und ein Innengehäuse and an inner housing 64 64 , das in bezug auf das Außengehäuse That with respect to the outer housing 60 60 aufgrund der Lagerkörper due to the bearing body 62 62 frei rotiert. rotates freely. Rippen ribs 66 66 mit Schrägschultern with sloping shoulders 68 68 an ihren unteren Enden erstrecken sich radial nach innen vom Innengehäuse at their lower ends extend radially inwardly from the inner housing 64 64 . , Die Rippen Ribs 66 66 und die Schultern and shoulders 68 68 stützen das untere Ende der Innenrohreinheit support the lower end of the inner tube assembly 40 40 seitlich und axial ab. laterally and axially from. Der Raum zwischen den Rippen The space between the ribs 66 66 ermöglicht es, daß Bohrspülung in den Hals enables drilling fluid in the neck 30 30 der Bohrkrone the drill bit 24 24 und um die Bohrkrone and around the drill bit 28 28 herum beim Kernbohren strömt. around flows in core drilling. Falls diese Strömung nicht gewünscht ist, kann eine Bohrkrone mit schwachem Eindringprofil und damit zusammenwirkendem Schuh nach der oa If this flow is not desired, a drill bit with a weak penetration profile and thus cooperatively shoe according to the above US-PS 4 981 183 US-PS 4,981,183 , und wie in And, as in 5 5 gezeigt, verwendet werden, um den Bohrspülungskontakt mit dem Kern zu minimieren. shown, are used to minimize the Bohrspülungskontakt with the core. Am unteren Ende des Innenrohrs At the lower end of the inner tube 42 42 kann entweder ein keilförmiger Kernfänger may be either a wedge-shaped core catcher 70 70 , wie auf der linken Seite der As shown on the left side of the 2 2 gezeigt, oder ein korbförmiger Kernfänger shown, or a basket-shaped core catcher 72 72 , wie auf der rechten Seite der As shown on the right side of the 2 2 gezeigt, (jeweils in an sich bekannter Ausführung) verwendet werden. shown, may be used (in each case per se known type). Die PDC-Schneidglieder The PDC cutters 26 26 sind in are in 2 2 fortgelassen, sie sind jedoch, wie in omitted, but they are like in 1 1 gezeigt, auf der Kernbohrkrone shown on the coring bit 24 24 in der Weise angeordnet, daß ein Kern mit einer solchen Bemessung ausgeschnitten wird, daß er sich nach oben in den Hals arranged in such a manner that a core is cut out with such a design that it upward into the neck 30 30 der Kernbohrkrone the core bit 24 24 und in die Bohrung and into the bore 74 74 des Innenrohrs the inner tube 42 42 hineinbewegt. inside moves.
  • [0042] [0042]
    Es sei nun auf Referring now to 3 3 Bezug genommen, in der anstelle der Innenrohreinheit Referred to, in place of the inner tube assembly 40 40 eine mittlere Verschlußeinheit a mean shutter unit 80 80 in der Außenrohreinheit in the outer pipe unit 16 16 gezeigt ist. is shown. Die mittlere Verschlußeinheit The average shutter unit 80 80 umfaßt an ihrem oberen Ende eine Verriegelungseinheit (nicht gezeigt), ähnlich derjenigen der Innenrohreinheit comprises at its upper end a locking unit (not shown), similar to that of the inner tube assembly 40 40 , für einen Eingriff mit der Rastkupplung For engagement with the locking clutch 32 32 des Außenrohrs the outer tube 18 18 sowie eine Fangkupplung and a clutch catch 50 50 zum Anbringen und Rückholen der mittleren Verschlußeinheit for mounting and retrieving the intermediate shutter unit 80 80 . , Die Verschlußeinheit The shutter unit 80 80 weist kein Drehlager auf, da ihre Drehung in bezug auf die Außenrohreinheit has no rotary bearing, since their rotation with respect to the outer pipe unit 16 16 nicht erforderlich bzw. gewünscht ist. is not required or desired. Ein Bohrkronenverschlußstück a Bohrkronenverschlußstück 82 82 ist am unteren Ende der Verschlußeinheit is at the lower end of the shutter unit 80 80 angeordnet und von der Lagereinheit arranged and from the storage unit 36 36 in der gleichen Weise wie die Innenrohreinheit in the same manner as the inner tube assembly 40 40 abgestützt. supported. Das Bohrkronenverschlußstück the Bohrkronenverschlußstück 82 82 umfaßt einen Stopfen includes a stopper 84 84 mit sich durch diesen erstreckenden Kanälen with therethrough extending channels 86 86 zur Hindurchführung von Bohrspülung zur Stopfenfläche for passage of drilling mud to plug area 88 88 , auf der PDC-Schneidglieder On the PDC cutters 90 90 ange ordnet sind. attached are classified. Der Stopfen the plug 84 84 hat eine solche Größe, daß er von den Rippen has such a size that it by the ribs 66 66 mit den Schultern his shoulders 68 68 des Innengehäuse the inner housing 64 64 der Lagereinheit the bearing unit 36 36 aufgenommen sowie seitlich und axial abgestützt ist. is received and supported laterally and axially. Die Räume zwischen den Rippen The spaces between the ribs 66 66 ermöglichen das Einströmen der Bohrspülung in die Kanäle allow the inflow of drilling fluid in the channels 86 86 , wie dies , like this 3 3 zeigt. shows.
  • [0043] [0043]
    Wenn die Absicht besteht, mit der Vorrichtung einen Kernbohrvorgang auszuführen, wird die Innenrohreinheit If the intention is to perform with the device a coring, the inner tube assembly is 40 40 an einem Seil in den Bohrstrang gelassen und in der Außenrohreinheit Make a rope in the drill string and in the outer pipe unit 16 16 verriegelt. locked. Bohrspülung wird dann nach unten in den Bohrstrang und in den Ringraum Drilling fluid is then down into the drill string and into the annulus 100 100 zwischen der Innenrohreinheit between the inner tube assembly 40 40 und der Außenrohreinheit and the outer pipe unit 16 16 zum Zirkulieren gebracht, wo er von der Stirnfläche der Kernbohrkrone made to circulate, where it from the end face of the core bit 24 24 durch übliche Spülungskanäle und -düsen (nicht gezeigt) austritt, um die Schneidglieder zu säubern und zu kühlen und auch die Stirnfläche der Bohrkrone zu reinigen, während der Bohrstrang rotiert und die Formation bzw. der Kern geschnitten wird. (Not shown) by conventional flushing channels and nozzles exit to clean the cutting members and to clean and cool the end face of the drill bit while the drill string rotates, and the formation or of the core is cut. Wenn die maximale Kernlänge erreicht ist, wird die Innenrohreinheit aus dem Bohrloch mit einem Seil mit einem Fanggerät an seinem Ende für einen Eingriff mit der Rastkupplung If the maximum core length is achieved, the inner tube assembly from the wellbore with a rope with a gear at its end for engagement with the locking clutch is 50 50 gezogen, und eine andere Innenrohreinheit wird in den Bohrstrang gefahren, sofern ein weiteres Kernbohren beabsichtigt ist. pulled, and another inner tube assembly is moved into the drill string, if another core drilling is intended.
  • [0044] [0044]
    Falls anstelle eines Kernbohrens ein Ausbohren beabsichtigt ist, wird die mittlere Verschlußeinheit If a boring is intended, instead of a core sampling, the average shutter unit is 80 80 in das Bohrloch am Seil über ein Fanggerät eingelassen, das mit der Kupplung inserted into the wellbore on the cable via a gear, the one with the clutch 50 50 am oberen Ende der Einheit in Eingriff kommt. engages the upper end of the unit. Die Verschlußeinheit The shutter unit 80 80 kommt dann im Außenrohr then comes in the outer tube 18 18 zur Verriegelung, woraufhin Bohrspülung nach unten im Bohrstrang in den Ringraum for locking, whereupon the drilling mud in the drill string down into the annular space 100 100 zwischen der Verschlußeinheit between the shutter unit 80 80 und dem Außenrohr and the outer tube 18 18 und durch die Kanäle and through the channels 86 86 im Stopfen in the stopper 84 84 zur Stopfenfläche the stopper surface 88 88 gepumpt wird, um die PDC-Schneidglieder is pumped to the PDC cutting elements 90 90 zu kühlen und zu säubern sowie Bohrklein während des Drehens des Kernbohrrohres cool and clean and debris while rotating the Kernbohrrohres 10 10 und des Fortschreitens des Ausbohrens zu entfernen. and remove the progress of the drilling out.
  • [0045] [0045]
    Falls gewünscht, kann die Verschlußeinheit If desired, the shutter unit can 80 80 mit einem Druckrohr bzw. -gehäuse to a pressure pipe or housing 110 110 versehen sein, in dem ein Aufzeichnungswerkzeug be provided in which a recording tool 12 12 wie ein Gammastrahlenwerkzeug oder ein Richtungswerkzeug zur Erfassung des Bohrlochweges zwecks Meßdurchführung beim Bohren untergebracht sein kann. may be housed as a gamma ray tool or a tool for detecting the direction of the well path in order Meßdurchführung during drilling. Dabei kann ferner eine Datenübertragungseinheit In this case, may further include a data transmission unit 114 114 im Druckgehäuse the pressure housing 110 110 angeordnet sein, wobei diese eine elektronische Übertragungseinheit oder eine Spülungsimpulseinheit (in welchem Fall ein Teil davon selbstverständlich zum Druckgehäuse be arranged, said electronic transmission unit or a mud pulse unit (in which case a part of it, of course, to the pressure housing 110 110 außen liegen würde) zur Echtzeitübertragung von Aufzeichnungsdaten an die Oberfläche über Draht bzw. Seil oder Spülungsimpuls umfassen kann. would be on the outside) may comprise of real-time transmission of recording data to the surface via wire or rope or mud pulse. Statt dessen können die Da ten periodisch mittels Seil, oder wenn die Verschlußeinheit Instead, the da ta periodically by means of rope, or when the shutter unit 80 80 aus dem Loch gezogen wird, aufgeholt werden. is pulled out of the hole to be made up.
  • [0046] [0046]
    Es versteht sich ferner, daß Druck- und Temperatursensoren im Druckgehäuse It is further understood that pressure and temperature sensors in the pressure housing 110 110 enthalten sein können. may be included. Erstere sind besonders erwünscht, um den dynamischen Druckverlust und damit die Strömungsrate zur Bestimmung derjenigen Strömungsraten zu messen, die zum Kernbohren geeignet sind, wenn die zentrale Verschlußeinheit The former is particularly desirable to measure the dynamic pressure loss and thus the flow rate for the determination of those flow rates that are suitable for core drilling, when the central locking unit 80 80 durch die Innenrohreinheit through the inner tube assembly 40 40 ersetzt ist. is replaced. Durch Berechnung oder Messung des hydrostatischen Drucks im Bohrlochringraum und Messung des Gesamtdrucks nahe der Bohrkrone vom Druckgehäuse By calculation or measurement of the hydrostatic pressure in the well annulus and measuring the total pressure near the drill bit from the pressure housing 110 110 können der dynamische Druckverlust und damit die Strömungsraten bestimmt werden, um eine Kernerosion bzw. -auswaschung zu reduzieren oder vorzugsweise auszuschalten. the dynamic pressure loss, and thus the flow rate can be determined to reduce a core erosion or -auswaschung or preferably off.
  • [0047] [0047]
    Eine Temperaturmessung ist besonders erwünscht und vorteilhaft, wenn ein Gelkernbohrvorgang durchgeführt wird, wobei ein nicht-invasives Gel zum Einkapseln der Kernprobe in das Innenrohr A temperature measurement is particularly desirable and advantageous when a Gelkernbohrvorgang is performed wherein a non-invasive gel for encapsulating the core sample into the inner tube 42 42 vorplaziert wird, bevor es in den Bohrstrang gelassen wird. is vorplaziert before it is allowed into the drill string. Die temperaturempfindliche Beschaffenheit derartiger Gele und ihre Fähigkeit, die Viskosität zu erhöhen und sich sogar erheblich zu verfestigen bei einem Temperaturabfall in einem verhältnismäßig engen Bereich macht die Möglichkeit, die kernrohrtiefe Temperatur zu messen, zu einer außerordentlich erwünschten Maßnahme, um so die Formulierung bzw. Wahl eines Gels zu ermöglichen, das in der gewünschten Tiefe viskos wird und nicht vorzeitig. The temperature sensitive nature of such gels and their ability to increase the viscosity and even substantially solidify at a temperature drop in a relatively narrow range makes possible to measure the core pipe low temperature, to a very desirable measure, so the formulation or Option to allow a gel which is viscous at the desired depth and not prematurely. Eine ausführlichere Erläuterung der Formulierung und Verwendung nicht-invasiver Gele zur Kernprobeneinkapselung ist in der z. A more detailed explanation of the formulation and use of non-invasive gels Kernprobeneinkapselung in which z. Zt. anhängigen US-Patentanmeldung Serial No. Zt. Pending US Patent Application Serial No. 08/051,093 vom 21.4.1993 des Anmelders enthalten. 08 / 051,093, 21.4.1993 included the applicant. Die Beschreibung dieser Anmeldung wird durch den gegebenen Hinweis in die vorliegende Beschreibung einbezogen. The description of this application is incorporated by reference into the subject given description.
  • [0048] [0048]
    Es sein nun auf It now be on 4 4 Bezug genommen, in der ein Beispiel einer schleuderfreien Kernbohrkrone Reference is made, in an example of a spin-free core bit 24 24 mit Blick nach unten durch die Bohrkronenstirnfläche looking downwardly through the Bohrkronenstirnfläche 200 200 veranschaulicht ist, wie sie im Bohrloch ausgerichtet zu sein pflegt. is illustrated, tends to be as aligned with the borehole. Die Plazierungen der PDC-Schneidglieder The placements of PDC cutters 26 26 sind schematisch auf der Bohrkronenstirnfläche are shown schematically on the Bohrkronenstirnfläche 200 200 gezeigt. shown. Einige Schneidglieder Some cutters 26 26 erstrecken sich radial nach innen vom inneren Kalibrierbereich extending radially inwardly from the inner gauge portion 200 200 , der den Hals The neck 30 30 der Kernbohrkrone the core bit 24 24 bildet, wodurch ein Kern von kleinerem Durchmesser als dem des Halses forms, whereby a core of smaller diameter than that of the neck 30 30 geschnitten werden kann. can be cut. Kanäle channels 204 204 sind über den inneren Kalibrierbereich are the internal calibration 202 202 plaziert, damit die Bohrspülungsflüssigkeit, falls gewünscht, an der Außenseite des Kerns vorbeiströmen kann. placed so that the Bohrspülungsflüssigkeit, if desired, can flow past the outside of the core. Weitere Spülungskanäle Further flushing channels 220 220 erstrecken sich durch die Bohrkronenstirnfläche extend through the Bohrkronenstirnfläche 200 200 . , Obgleich schleuderfreie Bohrkronen derzeit allgemein bekannt sind, sollte festgehalten werden, daß Flügel Although spin-free drill bits are well known at present should be noted that wing 206 206 und and 208 208 der Kernbohrkrone the core bit 24 24 von Schneidgliedern am äußeren Kalibrierbereich of cutting members on the outer gage 210 210 freigehalten sind und daß Kalibrierstege are kept free and that Kalibrierstege 212 212 und and 214 214 an den Flügeln on the wings 206 206 und and 208 208 als Stützflächen für die Kernbohrkrone as support surfaces for the core bit 24 24 verwendet werden, um an der Wand des Bohrlochs zu laufen. are used to run on the wall of the borehole. Die ausgewählte Größe, Plazierung und Ausrichtung der Schneidglieder The selected size, placement and orientation of the cutting members 26 26 auf der Bohrkronenstirnfläche on the Bohrkronenstirnfläche 200 200 führt zu einem kumulativen gerichteten Seitenkraftvektor mit einer Orientierung in einer Richtung senkrecht zur Bohrkronenachse und zwischen den Flügeln leads to a cumulative directed side force vector having an orientation in a direction perpendicular to the bit axis and between the wings 206 206 und and 208 208 mit der Wirkung, daß die Kalibrierstege with the effect that the Kalibrierstege 212 212 und and 214 214 im wesentlichen konstant gegen die bzw. an der Bohrlochwand laufen und so Vibrationen und die Tendenz eines Bohrkronenschleuderns unterbinden. substantially constant run against or on the borehole wall and so prevent vibrations and the tendency of a Bohrkronenschleuderns.
  • [0049] [0049]
    5 5 zeigt eine Schneidgliedanordnung für den inneren Kalibrierbereich an einer Kernbohrkrone shows a cutting element arrangement for the internal calibration of a core drill bit 248 248 mit flachem Eindringprofil im Zusammenwirken mit einem Kernschuh with shallow penetration profile in cooperation with a core shoe 246 246 , wie er in der oben erwähnten As described in the above-mentioned US-PS 4,981,183 US Patent No. 4,981,183 veranschaulicht ist. is illustrated. Die Kernbohrkrone the core bit 248 248 kann eine Vielfalt von Formen aufweisen, hat jedoch vorzugsweise ein parabolisches Grundprofil, wie allgemein bei may have a variety of shapes, but preferably has a parabolic basic profile as generally described in 251 251 angegeben. specified. Statt dessen können andere Profile mit Vorteil verwendet werden. Instead, other profiles can be used to advantage. Beispielsweise können im allgemeinen flache Seiten verwendet werden, die der Bohrkrone eine konische Grundform vermitteln. For example, flat sides can be used to convey the drill bit has a conical basic shape in general. Der Rumpfteil The hull part 256 256 der Kernbohrkrone the core bit 248 248 weist eine Mehrzahl von Kanälen includes a plurality of channels 252 252 auf, die eine Strömungsverbindung zwischen dem Ringraum on which a flow connection between the annular space 100 100 im Kernrohr the core tube 10 10 und Auslaßöffnungen and outlet openings 240 240 in der Stirnfläche der Kernbohrkrone in the end face of the core bit 248 248 bilden. form. Eine Mehrzahl von Schneidgliedern A plurality of cutting members 26 26 , vorzugsweise PDC-Schneidgliedern, ist vorzugsweise entlang dem Profil der Kernbohrkrone , Preferably PDC cutting members, is preferably along the profile of the core bit 248 248 verteilt. distributed.
  • [0050] [0050]
    Der Rumpfteil The hull part 256 256 weist vorzugsweise eine untere Bohrung preferably has a lower bore 257 257 auf. on. Zumindest ein Innenmaßschneidglied At least one Innenmaßschneidglied 226 226 , und vorzugsweise zwei oder drei solcher in Umfangsrichtung beabstandeter Schneidglieder , And preferably two or three such circumferentially spaced cutting members 226 226 erstrecken sich nach innen von der die untere Bohrung extending inwardly from the lower bore 257 257 der Kernbohrkrone the core bit 248 248 begrenzenden Fläche, um ein Innenmaß zu schneiden, dh den Außendurchmesser eines Kerns To cut delimiting surface an inner dimension, ie the outer diameter of a core 28 28 . , Jedes einzelne Maßschneidglied Every single Maßschneidglied 226 226 ist vorzugsweise mit einer Abflachung is preferably provided with a flattening 264 264 am Kalibriermaß ausgebildet, das kleiner ist als die Bohrung formed on the calibration measure that is smaller than the bore 257 257 . , Somit kann sich ein ringförmiger Schürzen- bzw. Pilotabschnitt Thus, an annular for apron or pilot section can 262 262 des Kernbohrschuhs the Kernbohrschuhs 246 246 nach unten in eine solche Position erstrecken, daß seine Spitze extend downwardly to such a position that its tip 266 266 unmittelbar am oberen Rand directly at the top of 268 268 der Schneidglieder the cutter members 226 226 in dem Ringraum angrenzt, der von den Schneidgliedern adjacent in the annulus, the cutting members of the 226 226 zwischen den verschiedenen von den Abflachungen between different from the flats 246 246 und der unteren Bohrung and the lower bore 257 257 begrenzten Durchmessern gebildet ist. is formed limited diameters. Die Kernbohrkrone the core bit 248 248 weist an ihrer inneren Oberfläche über der unteren Bohrung has on its inner surface above the lower bore 257 257 eine Anlage a plant 258 258 auf, die von der Stützfläche in that from the support surface 260 260 kontaktiert wird und dadurch eine Einschnürung und idealerweise im wesentlichen eine Flüssigkeitsdichtung zwischen der rotierenden Bohrkrone und dem stationären Kernrohr bildet. is contacted and thereby, ideally, substantially forms a constriction and a liquid seal between the rotating drill bit and the stationary core tube. Mit dieser Ausgestaltung wird die Kernaußenseite präzise geschnitten und der Kern With this configuration, the core outer side is cut precisely, and the core 28 28 tritt in den Kernbohrschuh enters the Kernbohrschuh 246 246 unmittelbar beim Verlassen der oberen Ränder der Schneidgliedabflachungen immediately on leaving the upper edges of the Schneidgliedabflachungen 246 246 ein. on. Das bevorzugte Profil The preferred profile 251 251 in Verbindung mit der Ausrichtung und Anordnung der Ausgänge der Kanäle in conjunction with the orientation and arrangement of the outputs of the channels 252 252 abseits des inneren Kalibrierbereichs der Kernbohrkrone away from the inner gauge region of the core bit 248 248 fördert eine verbesserte Spülung des Bohrkleins und minimiert das Einwirken der Spülflüssigkeit auf den Kern, wodurch sowohl die mechanische als auch die chemische Unversehrtheit der Kernprobe erhöht wird. promotes improved flushing of the cuttings and minimizes the action of the flushing fluid to the core, whereby both the mechanical and the chemical integrity of the core sample is increased. Es versteht sich für den Fachmann, daß die Ausgestaltung gemäß It is obvious to the skilled person that the embodiment according to 2 2 zu einer Konstruktion mit flachem Eindringprofil dadurch abgewandelt werden kann, daß der innere Kalibrierbereich der Kernbohrkrone to a design with shallow penetration profile can thereby be modified in that the inner gauge portion of the core bit 24 24 anders gestaltet und ein verlängerter Schuh mit einem Pilotbereich verwendet wird, wie es in different design and an extended shoe is used with a pilot region, as in 5 5 gezeigt ist. is shown. Das Innengehäuse The inner housing 64 64 der Lagereinheit the bearing unit 36 36 kann mit in der Weise angeordneten und ausgerichteten Kanälen ausgeführt sein, daß das Spülmedium zu Kanälen geführt wird, die die Spülflüssigkeit zur Bohrkronenstirnfläche anstatt zum Hals bzw. inneren Kalibrierbereich leiten. can be arranged with in the manner and executed aligned channels, that the flushing medium is led to channels that guide the rinsing liquid to Bohrkronenstirnfläche instead of to the neck and inner gauge portion. Selbstverständlich würden die Kanäle Of course, would the channels 204 204 am inneren Kalibrierbereich, wie in the internal calibration, as in 4 4 gezeigt, entfallen. shown omitted.
  • [0051] [0051]
    6 6 veranschaulicht eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Kernbohrvorrichtung illustrates a first preferred embodiment of a coring 300 300 mit der Fähigkeit, verschiedene Daten, die sich auf verschiedene Bohrlochparameter beziehen (Bohrlochdaten) während des Kernbohrvorgangs zu gewinnen. (Drill hole data) to win with the ability to various data relating to various downhole parameters during the coring operation. Die Vorrichtung The device 300 300 umfaßt ein Kernrohr comprises a core tube 302 302 mit einer an dessen unterem Ende angebrachten Kernbohrkrone with an attached core bit at its lower end 304 304 und eine Innenrohreinheit and an inner tube assembly 306 306 , die in der Längsbohrung Which in the longitudinal bore 308 308 des Kernrohres the core tube 302 302 fluchtend mit dem Hals in alignment with the neck 310 310 der Kernbohrkrone angeordnet ist. the core bit is arranged. Wie ausgeführt, ist es vorzuziehen, daß die Kernbohrkrone As stated, it is preferable that the core bit 304 304 von einer PDC-Kernbohrkrone gebildet ist, und zwar in besonders bevorzugter Weise von einer stabilisierten Kernbohrkrone. is formed by a PDC coring bit, in a particularly preferred manner of a stabilized core bit. Die Kernbohrvorrichtung the coring 300 300 ist in einem Bohrloch von einer Schwerstange is in a borehole from a drill collar 312 312 durch eine typische API-Gewindeverbindung through a typical API threaded connection 314 314 nach unten weisend abgestützt. pointing downwards supported.
  • [0052] [0052]
    Das Kernrohr The core tube 302 302 weist eine Rastkupplung has a latching coupling 320 320 oben an seiner Innenseite auf, mit der die Verriegelungseinheit top on its inside, with which the locking unit 322 322 der Innenrohreinheit lösbar in Eingriff gebracht werden kann, um die Innenrohreinheit the inner tube assembly can be releasably engaged to the inner pipe unit 306 306 über eine Fangkupplung a clutch catch 324 324 oder dgl. Fangteil zurückzuholen, das von einem Rückholmechanismus wie etwa einer Fang glocke or the like. retrieve trapping part, the bell of a return mechanism such as a catch 326 326 oder dgl. Fanggerät am Ende eines Seils or the like. catching device at the end of a rope 328 328 zu erfassen ist. is recognized. Der Hauptteil der Innenrohreinheit The main part of the inner tube assembly 306 306 ist drehbar nach unten weisend von dem oberen verriegelten Teil durch eine an sich bekannte Drehlagereinheit rotatably facing downwards from the upper part locked by a per se known rotary bearing unit 330 330 abgestützt. supported. Ggf. Possibly. kann auch eine Lagereinheit (nicht gezeigt) am Bohrkronenende, wie oben beschrieben, zur Stabilisierung des unteren Endes der Innenrohreinheit may also include a storage unit (not shown) at Bohrkronenende, as described above, to stabilize the lower end of the inner tube assembly 306 306 verwendet werden. be used. Die Lagereinheit The bearing unit 330 330 und die wahlweise anwendbare Lagereinheit am Bohrkronenende ermöglichen eine Drehung des Kernrohres and the optionally applicable bearing unit on Bohrkronenende permit rotation of the core tube 302 302 um die Innenrohreinheit the inner tube assembly 306 306 unterhalb der Lagereinheit below the bearing unit 330 330 , um einen Kern aus Formationsmaterial ohne dessen rotationsbedingte Beanspruchung zu schneiden, wie es dem Fachmann allgemein bekannt ist. To cut a core of formation material without the rotationally-induced stress as the skill of the art.
  • [0053] [0053]
    Das Kernbohrrohr the core barrel 332 332 mit offener Mündung with open delta 333 333 an seinem unteren Ende ist so positioniert, daß ein durch den Bohrkronenhals at its lower end is positioned so that a through Bohrkronenhals 310 310 hindurchgehender Formationskern aufgenommen wird. through continuous formation core is taken. Eine Instrumentenausströmung in Form eines Instrumenten- und Datenübertragungsmoduls A Instrumentenausströmung in the form of an instrument and data transmission module 334 334 ist oberhalb des Kernrohrs is above the core tube 332 332 und unterhalb der Lagereinheit and below the bearing unit 330 330 angeordnet, wobei der Modul , wherein the module 334 334 ein Druckgehäuse aufweist, in dem eine elektronische Instrumentierung zur Gewinnung von Bohrlochdaten und zumindest ein Teil der Datenübertragungseinrichtung enthalten sein können. having a pressure housing in which an electronic instrumentation for obtaining downhole data and at least a portion of the data transmission device may be included.
  • [0054] [0054]
    Lediglich als Beispiel kann der Modul Merely by way of example, the module may 334 334 eine Instrumentierung instrumentation 336 336 zur Bestimmung der Bohrlochposition und -ausrichtung (Azimuth, Neigung usw.), im nachfolgenden allgemein als Richtungsinstrumentierung bezeichnet, sowie eine Instrumentierung for determining the borehole position and orientation (azimuth, inclination, etc.), commonly referred to below as the direction of instrumentation, as well as an instrumentation 338 338 zur Gewinnung von Daten bezüglich der Formationsbeschaffenheit umfassen, wie etwa (lediglich als Beispiel) Bohrlochtemperatur, Bohrlochdruck, Formationswiderstand, Formationsgammastrahlung, nukleare Magnetresonanz, Dichte und Porosität, im nachfolgenden als Formationsbewertungsinstrumentierung bezeichnet. include for obtaining data regarding formation properties, such as (by way of example) denotes borehole temperature, borehole pressure, formation resistivity, formation gamma radiation, nuclear magnetic resonance, density, and porosity, referred to as formation evaluation instrumentation. Die genannten Instrumentierungen sind typischerweise mit zumindest einer gewissen Prozessormöglichkeit sowie mit einem elektronischen maschinenlesbaren Speicher, beide mit The instrumentation above are typically provided with at least a certain processor, and with a possibility of electronic machine-readable storage, both with 340 340 bezeichnet, zum Speichern der erhaltenen Daten ausgerüstet und stehen in Verbindung mit einer Datenübertragungseinrichtung denotes equipped for storing the data received and associated with a data transmission device 342 342 zum Übertragen von Echtzeitdaten an die Erdoberfläche. for transmitting real-time data to the surface.
  • [0055] [0055]
    In der Vorrichtung In the apparatus 300 300 kann die Datenübertragungseinrichtung can the data transmission device 342 342 eine Spülungsimpuls-Telemetrieeinheit, eine akustische Telemetrieeinheit oder auch einen Kurzetappen-Funksender zum Übertragen von Daten an einen anderen Datenfernsender a mud pulse telemetry unit, an acoustic telemetry unit or a short stages radio transmitter for transmitting data to another remote data transmitter 344 344 oberhab der Kernbohrvorrichtung oberhab the coring 300 300 für eine Rückübertragung zur Erdoberfläche umfassen, wobei die Fernsendeeinrichtungen Bohrspülungsimpuls-, akustische und elektromagnetische Telemetrie umfassen. include for return transmission to the earth's surface, wherein the remote end devices Bohrspülungsimpuls- include acoustic and electromagnetic telemetry. Schließlich kann die Datenübertragungseinrichtung Finally, the data transmission device can 342 342 einen Transmitter zum Senden von Daten an die Erdoberfläche über die Seilverbindung a transmitter for transmitting data to the surface via the cable connection 328 328 durch eine Naßverbindung oder eine andere physikalische oder elektromagnetische Verbindung, wie dem Fachmann bekannt, umfassen. by a Naßverbindung or other physical or electromagnetic link as is well known in the art, include.
  • [0056] [0056]
    Es ist offensichtlich notwendig, daß eine gewisse Form einer Stromversorgung It is obviously necessary that some form of power supply 346 346 in der Innenrohreinheit angebracht ist, um die Bohrlochdateninstrumentierung und die Datenübertragungseinrichtung mit Strom zu versorgen, und diese kann durch von Batterien (ggf. in wiederaufladbarer Ausführung) sowie von einer Bohrspülungsturbine, oder einer Kombination hiervon, wie im Stand der Technik bekannt, gebildet sein. is mounted in the inner tube assembly to provide the well data instrumentation and the data transmission device with power, and it can therefrom by batteries (optionally in the rechargeable type) as well as from a Bohrspülungsturbine, or a combination, as known in the art, be formed. Statt dessen kann der Strom durch den Seilstrang Instead, the current can through the rope line 328 328 zugeführt werden, jedoch ist eine solche Ausbildung weniger bevorzugt, da sie das ständige Vorhandensein des Seilstrangs are fed, but such training is less preferred because it the constant presence of the cable strand 328 328 im Bohrstrang während des Kernbohrens verlangt. required in the drill string during core drilling.
  • [0057] [0057]
    Es versteht sich für den Fachmann, daß die Richtungsinstrumentierung ebenso wie zur Verwendung zum Steuern des Bohrlochverlaufes auch zum Entwickeln und Erhalten einer Aufzeichnung der Ausrichtung des Kerns während seines Schneidens benutzt werden kann (und wünschenswerterweise benutzt wird), so daß die Kerndaten mit den Daten in Beziehung gesetzt werden können, die aus der die Kernbohrvorrichtung It is understood by those skilled in the art that the direction of instrumentation can be as well as for use also used to control the wellbore path for developing and maintaining a record of the position of the core during its cutting (and is desirably used), so that the core data with the data in can be related, from which the coring 300 300 umgebenden Formation gewonnen werden, aus der die Kernprobe ausgeschnitten wird. from which the core sample is cut out surrounding formation are obtained.
  • [0058] [0058]
    7 7 veranschaulicht eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Kernbohrvorrichtung illustrates a second preferred embodiment of a coring 300a 300a , bei der die zuvor mit Bezug auf In which the previously on related 6 6 beschriebenen Bauteile und Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Components and features described are denoted by the same reference numerals. Demgemäß werden nur bedeutsame Unterschiede zwischen den beiden Kernbohrvorrichtungen bei der Beschreibung der Vorrichtung Accordingly, only significant differences between the two Kernbohrvorrichtungen in the description of the device 300a 300a angeführt. cited. In der Vorrichtung In the apparatus 300a 300a ist die Formationsbewertungsinstierung is the Formationsbewertungsinstierung 338 338 in der Wand des Kernrohrs in the wall of the core tube 302 302 untergebracht und kann eine Reihe von in Umfangsrichtung um das Rohr housed and may include a series of circumferentially around the pipe 302 302 verteilten Druckgehäusen oder ein ununterbrochenes ringförmiges Druckgehäuse umfassen. comprise housings distributed pressure or a continuous annular pressure housing. Wie durch nach innen und außen von der Instrumentierung As indicated by inward and outward from the Instrumentation 338 338 gerichtete Pfeile gezeigt, erleichtert eine solche Ausgestaltung das gleichzeitige Aufnehmen von Formationsbewertungsdaten von der Umgebungsformation und von einem Kern shown directed arrows, such a configuration facilitates simultaneous recording of formation evaluation data from the surrounding formation, and a core 350 350 , wenn er in die Mündung When in the mouth 333 333 des Kernbohrrohres the Kernbohrrohres 332 332 eintritt und sich in diesem realtiv nach oben bewegt (aufgrund der Vorwärts- bzw. Abwärtsbewegung der Kernbohreinheit). occurs and in this realtiv moved upward (due to the forward and downward movement of the core drilling unit). Beliebige oder sämtliche der oben erwähnten Arten von Formationsbewertungs instrumentierungen können verwendet werden, wobei sich versteht, daß Gammastrahlenemission, Porosität, Dichte, Widerstand, nukleare Magnetresonanz und Schallmessungen als besonders geeignet in bezug auf die Eigenschaften des Kerns can instrumentation, any or all of the above mentioned types of formation evaluation are used, it being understood that gamma ray emission, porosity, density, resistivity, nuclear magnetic resonance and noise measurements to be particularly suitable with regard to the properties of the core 350 350 gelten. be valid. Das Kernrohr The core tube 302 302 und die Wand und deren Äußeres können demgemäß als transparent für einfallende und (in einigen Fällen) ausgehende Felder, Wellen, subatomare Partikel und andere bei der Vornahme solcher Messungen verwendete Signale gestaltet werden. and the wall and whereof the exterior can be designed as transparent for incident and outgoing (in some cases) fields, waves, subatomic particles and other used in making such measurements signals accordingly. Es versteht sich, daß die verschiedenen Stellen, die für Sensoren zum Messen der verschiedenen Bohrlochparameter dargestellt und beschrieben sind, je nach der logischen Stelle für die jeweils am besten zu erhaltenden Daten variiert werden können und somit sich die Einheiten entsprechend ändern. It is understood that the various locations that are shown for sensors for measuring different downhole parameters and described, depending on the logical site for the respectively best receivable data can be varied and thus change the units accordingly.
  • [0059] [0059]
    Wie oben angeführt, ist es in hohem Maße wünschenswert, wenn nicht sogar wesentlich, die Ausrichtung des Kerns (Azimuth, Winkel in bezug auf die Vertikale) sowohl in einem absoluten Sinn als auch für eine Korrelation mit der meßuntersuchten Umgebungsformation zu bestimmen. As stated above, it is highly desirable, if not essential, to determine the orientation of the core (azimuth angle with respect to the vertical) both in an absolute sense as well as for a correlation with the meßuntersuchten surrounding formation. Andere Abweichungen der Vorrichtung Other variations of the device 300a 300a von der Vorrichtung from the device 300 300 umfassen die Anordnung eines Prozessors oder von Prozessoren und eines elektrischen Speichers include the arrangement of a processor or processors and memory of an electric 340a 340a sowie eine Stromquelle and a power source 346 346 im Kernrohr the core tube 302 302 und die Verwendung des Telemetriefunksenders and the use of the telemetry radio transmitter 354 354 um Übertragen von Daten an einen Empfänger for transmitting data to a receiver 356 356 in der Innenrohreinheit in the inner tube assembly 306 306 zur Rückübertragung zur Oberfläche über die Datenübertragungs- bzw. Telemetrievorrichtung for transmission back to the surface via the data transfer or telemetry device 342 342 , die ein Spülungsimpulsgeber oder eine andere oben angegebene Systemart sein kann. Which can be a purge pulse or other above mentioned type of system. Des weiteren ist in der Innenrohreinheit Furthermore, in the inner tube assembly 306 306 eine weitere Stromquelle a further current source 346 346 zur Stromversorgung nicht nur der Datenübertragungseinrichtung to power not only the data transmission device 342 342 , sondern auch der zusätzlichen Prozessoren und des Speichers But also the additional processors and memory 340b 340b sowie der Richtungselemente and the directional elements 336 336 untergebracht. accommodated. Somit können sowohl Formations- als auch Richtungsdaten zur Oberfläche in Echtzeit gesendet werden, und die einen oder beide Daten können, wie gewünscht, im Speicher Thus, both formation water and directional data to the surface in real time can be sent, and one or both data may, as desired, in the memory 340b 340b für eine periodische Entnahme mit der Innenrohreinheit for periodic removal of the inner tube assembly 306 306 zur Abgabe an der Oberfläche gespeichert werden. will be stored for delivery to the surface. Es ist ferner zu bemerken, daß die Anordnung der Formationsbewertungsinstrumentierung It is further noted that the arrangement of the formation evaluation instrumentation 338 338 unmittelbar an der Kernbohrkrone directly on the core bit 304 304 eine äußerst vorteilhafte Stelle für die Bohrungsparameterinstrumente an extremely advantageous location for drilling parameter instruments 360 360 ist, um solche Merkmale wie Drehmoment, Rotationsgeschwindigkeit, Gewicht auf der Bohrkrone, Vibration und Druck sowie Richtungsparameter, wie oben erläutert, zu überwachen, wobei die letzteren für eine Gesamtsteuerung des Bohrlochweges wie auch zum genauen Ermitteln der Stelle und Ausrichtung potentieller Zonen oder Schichten von Interesse von Vorteil sind. is to monitor such features as torque, rotational speed, weight on bit, vibration and pressure, and the direction parameter, as explained above, the latter for overall control of the wellbore path as well as for accurately determining the location and orientation of potential zones or layers of are interested beneficial. Wie gezeigt, kann die Richtungsinstrumentierung As shown, the direction instrumentation may 336 336 wahlweise im Kernrohr optionally in the core tube 302 302 untergebracht sein, anstatt von der Innenrohreinheit be accommodated instead of the inner tube assembly 306 306 abgestützt zu werden. to be supported.
  • [0060] [0060]
    8 8th zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform shows a third preferred embodiment 300b 300b einer Kernbohrvorrichtung nach der Erfindung. a coring device according to the invention. Wie bei der Ausführungsform As with the embodiment 300a 300a sind die zuvor beschriebenen Merkmale und Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und nur die Unterschiede zwischen der Vorrichtung the features and components with the same reference numerals described previously are identified, and only the differences between the device 300b 300b und den früher beschriebenen werden im einzelnen behandelt. and the previously described are treated in detail. Wie gezeigt, umfaßt die Vorrichtung As shown, the apparatus comprises 300b 300b einen Instrumentenrohrabschnitt an instrument tube section 370 370 oberhalb der Kernrohres above the core tube 302 302 , der eine oder mehrere Einrichtungen der Richtungs-, Formationsbewertungs- und Bohrparameterinstrumentierungen That one or more bodies of the directional, and Formationsbewertungs- Bohrparameterinstrumentierungen 336 336 , . 338 338 und and 360 360 darbietet. presents. Der Rohrabschnitt The pipe section 370 370 kann ein modifiziertes Reservoirnavigationswerkzeug umfassen, das von der INTEQ-Betriebseinheit des Anmelders erhältlich ist. may comprise a modified reservoir navigation tool, which is available from the INTEQ operation unit of the Applicant. Der Rohrabschnitt The pipe section 370 370 enthält eine Stromquelle contains a power source 346 346 sowie eine Datenverarbeitungs- und Speicherelektronik and a data processing and storage electronics 340a 340a . , Daten aus dem Rohrabschnitt Data from the pipe section 370 370 werden über eine Kurzetappen-Sender/Empfänger-Kombination be via a short stages transmitter / receiver combination 354 354 und and 356 356 an eine Datenübertragungseinheit to a data transmission unit 342 342 in der Innenrohreinheit in the inner tube assembly 306 306 übertragen, die ebenfalls eine Stromquelle transferred, which is also a power source 346 346 und vorzugsweise zumindest einen Speicher and preferably at least a memory 340b 340b enthält, falls die Verarbeitungsfähigkeit nicht andersweitig in der aufholbaren Einheit verlangt wird. includes, if the processing ability is not required in the andersweitig unit made up for. Ferner kann, wie gezeigt, die Richtungsinstrumentierung Further, as shown, the direction instrumentation 336 336 in der Innenrohreinheit in the inner tube assembly 306 306 anstatt im Rohrabschnitt instead of the pipe section 370 370 enthalten sein, und eine zusätzliche Stromquelle be included, and an additional current source 346 346 kann die Richtungsinstrumentierung , the direction instrumentation 336 336 speisen. Food. Eine Übertragungsverbindung A transmission link 362 362 , die von der Richtungsinstrumentierung That on the direction instrumentation 336 336 und dem Speicher and the reservoir 340b 340b ausgeht, kann eine festverdrahtete Verbindung umfassen, die eine Schleifringkupplung verwendet, um die Lagereinheit starting, may comprise a hard-wired connection which utilizes a slip ring coupling to the bearing unit 360 360 zu durchqueren, oder eine elektromagnetische Kurzetappen-Funkverbindung. to pass through, or an electromagnetic short stages radio link. Eine weitere Wahlmöglichkeit besteht darin, eine Telemetrieeinheit Another option is to provide a telemetry unit 342 342 im Rohrabschnitt in the pipe section 370 370 zu verwenden und zur Oberfläche von dieser Daten von den Instrumenten in der Innnenrohreinheit to use and to the surface of these data from the instruments in the Innnenrohreinheit 306 306 übertragen, die in Kurzetappen-Verbindung mit dem Rohrabschnitt transmitted, the stages in short connection to the pipe section 370 370 in einer Anordnung umgekehrt zu der gezeigten stehen. in an arrangement are reversed from that shown.
  • [0061] [0061]
    9 9 beschreibt eine vierte bevorzugte Ausführungsform describes a fourth preferred embodiment 300c 300c der Kernbohrvorrichtung nach der Erfindung. the coring device according to the invention. Wie bei den früheren Figuren werden die Merkmale und Elemente, wenn möglich, mit schon verwendeten Bezugszeichen bezeichnet, und nur bedeutsame Unterschiede in der Vorrichtung nach As in the earlier figures, the features and elements are, if possible, referred to with already used reference numerals, and only significant differences in the apparatus of 9 9 werden im einzelnen beschrieben. are described in detail. Die Vorrichtung The device 300c 300c verwendet einen Telemetrierohrabschnitt using a telemetry pipe section 380 380 oberhalb des Kernrohres above the core tube 302 302 , wobei im Rohrabschnitt Wherein in the pipe section 380 380 vorzugsweise eine akus tische oder elektromagnetische Telemetrie- oder Datenübertragungseinrichtung preferably an acoustically tables or electromagnetic telemetry or data transmission device 342 342 untergebracht ist. is housed. Die Formationsbewertungsinstrumentierung The formation evaluation instrumentation 338 338 und die Bohrparameterinstrumentierung and the Bohrparameterinstrumentierung 360 360 sind im Kernrohr are at the core pipe 302 302 untergebracht und, wie bei der Ausführungsform gemäß accommodated and, as with the embodiment according to 7 7 , kann die Formationsbewertungsinstrumentierung die Fähigkeit haben, eine Einblicksmessung einer Kernprobe , Formation evaluation instrumentation may have the ability to glimpse measurement of a core sample 350 350 vorzunehmen, wenn sie sich in das Kernrohr perform, when it is in the core tube 332 332 bewegt. emotional. Eine festverdrahtete Telemetrieverbindung A hard-wired telemetry 382 382 kann verwendet werden, um Daten von den kernrohrabgestützten Instrumenten an den Telemetrierohrabschnitt can be used to transfer data from the kernrohrabgestützten instruments to the telemetry pipe section 380 380 über Kupplungen zwischen dem Kernrohr und dem Rohrabschnitt via couplings between the core pipe and the pipe section 380 380 zu übertragen, wie es an sich bekannt ist, oder es kann eine Kurzetappen-Funkeinrichtung verwendet werden. to transfer, as it is known, or there may be a short-radio stages are used. In gleicher Weise kann die Richtungsinstrumentierung In the same way, the direction instrumentation 336 336 , (wahlweise entweder in der Innenrohreinheit , (Optional in either the inner tube assembly 306 306 oder im Kernrohr or the core barrel 302 302 untergebracht) in Kurzetappen an den Telemetrierohrabschnitt accommodated) in short-stages to the telemetry pipe section 380 380 Übertragungen ausführen, wobei eine solche Einrichtung vorzugsweise bei einer festverdrahteten Verbindung zwischen der Innenrohreinheit perform transmissions where such means preferably at a hard-wired connection between the inner tube assembly 306 306 und dem Kernrohr and the core pipe 302 302 oder dem Telemetrierohrabschnitt or the telemetry pipe section 380 380 erfolgt. he follows.
  • [0062] [0062]
    Es versteht sich, daß, wie oben mit Bezug auf It is understood that, as described above with respect to 3 3 beschrieben, ein zentraler Stopfen zum Bohren des vollen Bohrlochdurchmessers gegen die Innenrohreinheit describes a central plug for drilling the full borehole diameter against the inner tube assembly 306 306 ausgetauscht werden kann, bis das zu kernende Intervall erreicht ist. can be replaced until the end of the core to interval is reached. Ferner kann ein solcher zentraler Stopfen mit einer Datenübertragungseinrichtung, einem elektronischen Speicher und einem Kurzetappenempfänger verwendet werden, um Daten zur Oberfläche von der Formationsbewertungsinstrumentierung Further, such a central plug having a data transmission device, an electronic memory and a short-stage receiver may be used to transmit data to the surface of the formation evaluation instrumentation 338 338 , der Bohrparameterinstrumentierung Which Bohrparameterinstrumentierung 360 360 oder selbst von der im Kernrohr or even from the core tube 302 302 enthaltenen Richtungsinstrumentierung Instrumentation direction contained 336 336 , wie oben bei den Ausführungsformen nach den As described above in the embodiments of the 6 6 bis to 9 9 beschrieben, zu übertragen. described to transfer. Somit kann durch Echtzeitbewertung der Formationseigenschaften beim Bohren des Bohrloches eine geeignete Stelle für den Beginn des Kernbohrens in einer potentiellen Zone oder Schicht von Interesse virtuell unmittelbar und mit verhältnismäßig großer Präzision im Vergleich zu den vorbekannten Techniken identifiziert werden. Thus, an appropriate position for the beginning of core sampling in a potential zone or layer of interest can be virtually immediately identified and with relatively high precision compared to the prior art techniques by real-time evaluation of formation properties during drilling of the borehole. An einem solchen Punkt wird der zentrale Stopfen zurückgeholt und eine Innenrohreinheit At such point, the central plug is retrieved and an inner tube assembly 306 306 in das Kernrohr into the core tube 302 302 an seinem Platz eingesetzt. inserted in its place. In gleicher Weise, und mit einer entsprechenden Formationsbewertungsinstrumentierung während des Kernbohrvorgangs, kann eine verhältnismäßig präzise Beendigung des Intervalls bzw. der Zone von Interesse bestimmt werden. In the same way, and with a corresponding formation evaluation instrumentation during the coring operation, a relatively precise termination of the interval or zone of interest may be determined. An einem solchen Punkt kann das Kernbohren beendet, der letzte Kern herausgeholt und ein mittlerer Stopfen wieder in das Kernrohr eingesetzt werden, um ohne Kernentnahme vorwärts zu bohren. At such point the core drilling can be ended, the last core retrieved and an average plugs are inserted back into the core tube to drill without coring forward. Auf diese Weise kann eine Mehrzahl von Zonen von Interesse lokalisiert und unter Kernbildung gebohrt werden, während die Intervalle zwischen den Zonen von Interesse lediglich gemessen und ohne eine Kernentnahme gebohrt werden. In this way a plurality of zones can be localized of interest and drilled core forming, during the intervals between the areas of interest only measured and drilled without a core removal.
  • [0063] [0063]
    Wie in As in 10 10 gezeigt, kann es wünschenswert sein, die Kernbohrvorrichtung nach der Erfindung in einer Ausführung shown, it is the coring may be desirable according to the invention in an embodiment 400 400 , hier mit einem zentralen Stopfen , Here with a central plug 402 402 an seinem Platz gezeigt, so zu gestalten, daß die Formationsbewertungsinstrumentierung shown in place, must be such that the formation evaluation instrumentation 338 338 innerhalb des eigentlichen Halses within the actual neck 310 310 der Bohrkrone the drill bit 304 304 selbst und unmittelbar angrenzend an die vorauslaufende Fläche itself and immediately adjacent to the leading end surface 404 404 des Stopfens the plug 402 402 , in dem Schneidglieder In which cutters 406 406 angeordnet sind, vorgesehen ist. are arranged, is provided. Eine derartige Sensornähe zur Formation vor der Kernbohrvorrichtung kann eine Umgestaltung der inneren Spülungskanäle Such a sensor close to the formation prior to the coring may be a transformation of the internal flushing channels 408 408 der Kernbohrkrone the core bit 304 304 , wie gezeigt, erfordern, da es evtl. nicht mehr möglich ist (vgl. den zentralen Stopfen As shown, requiring, as it may no longer be possible (see. The central plug 80 80 und den Kanal and channel 86 86 nach after 3 3 ), derartige Kanäle durch das Ende des zentralen Stopfens zu führen. To lead) such channels by the end of the central plug. Die Kanäle the channels 408 408 sind nur bei einem zentralen Stopfen are only at a central plug 402 402 in Betrieb, der durch eine entsprechende Gestaltung der Innenrohreinheit abgesperrt ist, um so eine Verunreinigung des Kerns zu vermeiden. in operation, which is shut off by an appropriate design of the inner tube assembly, so as to avoid contamination of the core. Selbstverständlich kann, wie oben ausgeführt, die Richtungs- und/oder Bohrparameterinstrumentierung auch in einen zentralen Stopfen wie etwa die Verschlußeinrichtung Of course, as stated above, the direction and / or Bohrparameterinstrumentierung also in a central plug, such as the closure means 80 80 oder or 402 402 einbezogen sein. be involved.
  • [0064] [0064]
    Obschon Kurzetappen- und Ferntelemetriesysteme oben mit Blick auf einen einzigen Sender und Empfänger aus Gründen der Einfachheit beschrieben worden sind, versteht sich ohne weiteres, daß eine Zweiwegübertragung in vielen Fällen wünschenswert sein kann, wie etwa, um die Instrumentierung zu aktivieren oder zu entaktivieren, die Instrumentierung auf eine andere Betriebsart umzuschalten oder die Instrumentierung für Kalibrierungs- oder Testzwecke zu befragen. Although Kurzetappen- and remote telemetry systems have been described above with respect to a single transmitter and receiver for the sake of simplicity, will be readily appreciated that a two-way transmission in many cases may be desirable, such as to enable the instrumentation or to deactivate the Instrumentation switch to another mode or to question the instrumentation for calibration or testing purposes. Obschon ferner die oben beschriebene Instrumentierung sämtlich im Bohrloch als Teil der erfindungsgemäßen Kernbohrvorrichtung angeordnet ist, ist für den Fachmann offensichtlich, daß eine Oberflächeninstrumentierung auf oder unter der Bohrplattform vorgenommen werden kann, um bohrungsbezogene Parameter zu überwachen, die mit den aus der Bohrlochinstrumentierung empfangenen Daten in Beziehung gesetzt und in Verbindung mit diesen verwendet werden können. Although further the instrumentation described above is all disposed in the wellbore as part of the rotary coring device according to the invention, be apparent to those skilled in the art that a surface instrumentation can be carried out at or below the drilling rig to monitor drilling-related parameters in the received from the downhole instrumentation data can be set relationship and used in conjunction with them. Somit kann eine Oberflächeninstrumentierung Thus, a surface instrumentation 500 500 , wie in , as in 6 6 gezeigt, in Verbindung mit einem Computer shown in conjunction with a computer 502 502 und mit Daten verwendet werden, die aus dem Bohrloch durch einen Empfänger are used, and with data from the wellbore by a receiver 504 504 empfangen werden, um dem Bedienungspersonal Daten durch ein Display are received to the operator by a display data 506 506 darzubieten. darzubieten. Das Display kann ein digitales oder graphisches Display in transienter Form (wie auf einem Videoschirm) oder permanenter Form (Papier, Film, elektronischer Speicher einschl. magnetischer oder optischer Speicher usw.) sein und ggf. über Landleitungen, Radiotelemetrie oder Satellitenverbindung an einen anderen Ort zur weiteren Bewertung wieder übertragen werden. The display can be a digital or graphic display in transient form (such as on a video screen) or permanent mold (paper, film, electronic memory incl., Magnetic or optical memory, etc.) be and, if necessary by land lines, radio telemetry, or satellite link to another location be transferred back for further evaluation.
  • [0065] [0065]
    Da Seilstränge bzw. -leitungen, Fanggeräte, Rastkupplungen und Verriegelungseinrichtungen, Kernfänger, Lagereinheiten und andere Kernrohrkomponenten in einer großen Konstruktionsvielfalt im Stand der Technik bekannt sind, sind diese Elemente nicht im einzelnen beschrieben worden. Since cable strands or lines, fishing gear, locking couplings and locking devices, core catcher, bearing units and other core pipe components in a wide variety of construction are known in the art, these elements have not been described in detail. In gleicher Weise können verschiene Bypassventileinheiten verschiedener Konstruktionen mit Kernrohren nach der Erfindung verwendet werden, um abwechselnd Bohrspülung durch oder um die Innenrohreinheiten zu leiten und die Verdrängung der Spülung durch den Kern zu ermöglichen. Similarly, control various bypass valve units of different constructions may be used with core tubes of the present invention to alternately conduct drilling fluid through or around the inner tube assemblies and to allow displacement of the mud through the core. Da jedoch derartige Einrichtungen ihrerseits in jeder Beziehung herkömmlicher Art sind, die dem Fachmann grundsätzlich bekannt sind, sind sie hier ebenfalls weder dargestellt noch bechrieben. However, since such means are in turn in every respect a conventional type, which are in principle known in the art, they are also not shown nor bechrieben here. Schließlich sind die verschiedenen Arten der Richtungs- und Bohr- sowie Formationsparameterinstrumentierung, die vorstehend erwähnt sind, im Stand der Technik bekannt, ebenso wie die zugehörigen Datenübertragungs- und dgl. Elektronikeinrichtungen (Prozessoren, Speicher, Stromquellen usw.), für die daher ebenfalls keine detaillierte Beschreibung erforderlich ist. Finally, the various types of directional and drilling and formation parameters instrumentation mentioned above, known in the art, as are the associated data transmission and the like. Electronics devices (processors, memory, power sources, etc.) for which, therefore, also no detailed description is necessary.
  • [0066] [0066]
    Obgleich die Erfindung anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist sie nicht auf diese beschränkt, und zahlreiche Veränderungen der dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen können durchgeführt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er durch die Ansprüche defininiert ist. Although the invention with reference to certain preferred embodiments have been described, it is not limited to this, and numerous modifications of the embodiments shown and described may be made without departing from the scope of the invention as it is defininiert by the claims.

Claims (18)

  1. Vorrichtung zum Bohren von Erdformationen, mit einem eine Längsbohrung begrenzenden Bohrkörper, der an seinem oberen Ende mit einem Bohrstrang verbindbar und an seinem unteren Ende mit einer Kernbohrkrone versehen ist, und einer Instrumentenausrüstung, mittels welcher Bohrlochdaten gleichzeitig mit dem Erbohren eines Kerns aufnehmbar sind, dadurch gekennzeichnet , dass von der Instrumentenausrüstung zumindest ein Bereich innerhalb des Rohrkörpers zwischen dessen Außenseite und der Längsbohrung angeordnet ist und von der Instrumentenausrüstung als Bohrlochdaten Erdformationsparameter aufnehmbar sind und die Instrumentenausrüstung wenigstens einen Sensor aufweist zum Erfassen von zumindest einem Formationsmerkmal aus der Gruppe der Merkmale Bohrlochtemperatur, Bohrlochdruck, Formationswiderstand, Formationsgammastrahlung, nukleare Magnetresonanz, Dichte und Porösität. Apparatus for drilling earth formations with a longitudinal bore defining drill body, which is at its upper end to a drill string connected to and provided at its lower end with a core bit, and an instrumentation by which well data are simultaneously receivable with the Erbohren a core, characterized in that a region within the tubular body between the outer side and the longitudinal bore of the instrumentation at least disposed as well data earth formation can be received by the instrumentation and instrumentation having at least one sensor for sensing at least one formation characteristic from the group of characteristics downhole temperature, downhole pressure , formation resistivity, formation gamma radiation, nuclear magnetic resonance, density, and porosity.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bereich der Instrumentenausrüstung nahe der Bohrkrone angeordnet ist. Device according to claim 1, characterized in that at least a portion of the instrumentation is placed near the drill bit.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Instrumentenausrüstung im Wesentlichen gleichzeitig zumindest ein Formationsdatenparameter von einem Kernsegment und zumindest ein Formationsdatenparameter von einer Formation außerhalb des Rohrkörpers aufnehmbar ist. Device according to claim 1 or 2, characterized in that at least one formation data parameter from a core segment and at least one formation data parameter of a formation outside of the tubular body is simultaneously receivable by the instrumentation substantially.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Formationsdatenparameter von einem Kernsegment und ein Formationsdatenparameter von einer Formation außerhalb des Rohrkörpers gleichartig sind. Device according to claim 3, characterized in that at least one formation data parameter from a core segment and a formation data parameters of a formation outside of the tubular body are similar.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Längsbohrung eine aufholbare Innenrohreinheit anbringbar ist, deren unterer Bereich eine Aufnahme für einen von der Kernbohrkrone erbohrten Kern aufweist. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that within the longitudinal bore a liftable inner tube unit is mountable, the lower portion has a receptacle for a drilled by the core bit core.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Sender zur Übertragung von Daten an eine von der Instrumentenausrüstung entfernt liegende Stelle. Device according to one of claims 1 to 5, characterized by a transmitter for transmitting data to a remote from the instrumentation site.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender oberhalb des unteren Bereichs der Innenrohreinheit angeordnet ist. Device according to claim 6, characterized in that the transmitter is arranged above the lower portion of the inner tube assembly.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender einen Teil der Innenrohreinheit bildet. Device according to claim 6 or 7, characterized in that the transmitter forms part of the inner tube assembly.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender aus einer einen Bohrspülimpulsgeber, einen akustischen Sender und einen elektromagnetischen Sender umfassenden Gruppe ausgewählt ist. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the transmitter of a a Bohrspülimpulsgeber, an acoustic transmitter and an electromagnetic transmitter is selected comprehensive group.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Instrumentenausrüstung eine Richtungsinstrumentierung umfasst, mittels der Daten bezüglich der Position und Ausrichtung der Vorrichtung aufnehmbar sind. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the instrumentation comprises instrumentation direction, can be accommodated by means of the data relating to the position and orientation of the device.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Instrumentenausrüstung und der untere Bereich der Innenrohreinheit eine zusammenwirkende Gestaltung zur Bereitstellung von Ausrichtungsdaten für den aufgenommenen Kern aufweisen. Device according to one of claims 5 to 10, characterized in that the instrumentation and the lower portion of the inner pipe unit having a cooperating formation to provide orientation data for the absorbed core.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen maschinenlesbaren Speicher zum Speichern von Bohrlochdaten in der Vorrichtung. Device according to one of claims 1 to 11, characterized by a machine-readable memory for storing log data in the device.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen vorrichtungsseitig oberhalb des Rohrkörpers angeordneten Empfänger zum Empfang der vom Sender übertragenen Daten und einen mit dem Empfänger verbundenen zweiten Sender zur Rückübertragung der Daten an die Erdoberfläche. Device according to claim 7, characterized by a device side above the pipe body located receiver for receiving the transmitted data from the transmitter and a receiver connected to the second transmitter for retransmission of the data to the surface.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Instrumentenausrüstung zumindest eine Sensoreinrichtung zur Ermittlung eines Parameters umfasst, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Emissionen von Formationsgammastrahlen, Formationswiderstand, nukleare magnetische Resonanz, Druck und Temperatur. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the instrumentation comprises at least one sensor means for detecting a parameter which is selected from the following group: emissions of formation gamma ray, formation resistivity, nuclear magnetic resonance, pressure and temperature.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine Instrumentierung an der Erdoberfläche zur Bohrdatenaufnahme, einen Sender nahe dem Rohrkörper zum Übertragen von Daten von der Instrumentenausrüstung an die Erdoberfläche, einen Empfänger an der Erdoberfläche zum Aufnehmen der Daten vom Sender und einen Computer zum Verarbeiten der empfangenen Daten und von Daten der Oberflächeninstrumentierung. Device according to one of claims 1 to 14, characterized by an instrumentation at the surface to Bohrdatenaufnahme, a transmitter close to the tubular body for transmitting data from the instrumentation to the surface, a receiver at the surface for receiving the data from the transmitter and a computer for processing the received data and data of the surface instrumentation.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender oberhalb des Rohrkörpers angeordnet ist. Device according to one of claims 7 to 9 or 13, characterized in that the transmitter is arranged above the tubular body.
  17. Verfahren zum Bohren einer Erdformation, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bohrlochabschnitt in die Erdformation mit einem Bohrstrang gebohrt wird und gleichzeitig Bohrlochdaten aufgenommen werden, ohne den Bohrstrang aus dem Bohrloch zu entfernen, und dass ein zweiter Bohrlochabschnitt, der von einem Endpunkt des ersten Abschnitts ausgeht, kernbildend gebohrt wird, während gleichzeitig Bohrlochdaten aufgenommen werden. A method of drilling an earth formation, characterized in that a first borehole section is drilled into the earth formation with a drill string and at the same downhole data is recorded without removing the drill string from the wellbore, and that a second hole portion extending from an end point of the first section is drilled core forming, while drill hole data is recorded.
  18. Verfahren zum Bohren einer Erdformation, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bohrlochabschnitt in die Erdformation gebohrt wird, während gleichzeitig eine Formatinskernprobe entlang einer Längsachse des Abschnitts von dessen vorauslaufendem Ende erbohrt wird und gleichzeitig zumindest ein Bohrlochparameter von einer Stelle aufgenommen wird, die unmittelbar einer Stelle benachbart ist, an der die Kernprobe von der Formation getrennt wird. A method of drilling an earth formation, characterized in that a borehole section is drilled into the earth formation while at the same time a Formatinskernprobe along a longitudinal axis of the section is drilled from its expected running end and at the same time at least one downhole parameter is taken from a location that is immediately adjacent to a site at which the core sample is separated from the formation.
DE1997145947 1994-09-23 1997-10-17 Apparatus and method for drilling earth formations Expired - Lifetime DE19745947B4 (en)

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US08732911 US6006844A (en) 1994-09-23 1996-10-17 Method and apparatus for simultaneous coring and formation evaluation

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