DE2021232A1 - Verfahren zur Optimierung des Bohrfortschritts eines Bohrwerkzeuges mit Antrieb durch einen Motor,dessen Drehmoment eine abnehmende Funktion seiner Drehgeschwindigkeit ist,und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Optimierung des Bohrfortschritts eines Bohrwerkzeuges mit Antrieb durch einen Motor,dessen Drehmoment eine abnehmende Funktion seiner Drehgeschwindigkeit ist,und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

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DE2021232A1
DE2021232A1 DE19702021232 DE2021232A DE2021232A1 DE 2021232 A1 DE2021232 A1 DE 2021232A1 DE 19702021232 DE19702021232 DE 19702021232 DE 2021232 A DE2021232 A DE 2021232A DE 2021232 A1 DE2021232 A1 DE 2021232A1
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Description

Affaire 942
INSTITUT FRAJfTGAIS DU PETROIE DES CARBURANTS ET LUBEIFIAIfTS RUEIL-MAIMAISON / Frankreich
Verfahren zur Optimierung des Bohrfortschritt^ eines Bohrwerkzeuges mit Antrieb durch einen Motor, dessen Drehmoment eine abnehmende Punktion seiner Drehgeschwindigkeit ist und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Optimierung des Portschritts eines Bohrwerkzeuges, welches von einem Motor angetrieben wird, dessen Drehmoment eine abnehmende !Punktion seiner Drehgeschwindigkeit ist» Das heißt, die Eindringgeschwindigkeit des Werkzeugs in den Boden soll so groß wie möglich, unabhängig von der gelieferten Leistung* dem verwendeten Bohrwerkzeug und dem durchsetzen Gestein, sein.
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I »β Ι
Die Bodenraotoren wie die beim Verfahren des Turbinenbohrens verwendeten Turbinen und die elektrischen Reihen - oder Kompound-Motoren, wie sie beim sogenannten "Elektrobohren" oder Bohren mit elektrischem Bodenmotor verwendet werden, haben eine solche Motormoment- Drehgeschwindigkeitscharakberietik,
Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß die Erfindung nicht allein auf den Fall beschränkt ist, wo der Antriebsmotor des Drehwerkzeugs direkt hieran am unteren Ende der Bohrleitung gekuppelt ist; vielmehr soll auch der Fall mit umfaßt v/erden, wo der Antrieb des Bohrwerkzeuges durch Drehung der Bohrleitung mittels eines an der Oberfläche befindlichen Motoi'B erfolgt, der auf das Werkzeug ein Drehmoment ausübt, dessen Wert eine abnehmende Funktion der Drehgeschwindigkeit dieses Werkzeuges ist.
Bei einer solchen Drehmoment- Geschwindigkeitscfrarakteristik kann man feststellen, daß, geht man von einem geringen Wert der axialen Beanspruchung oder des auf das Bohrwerkzeug wirkenden Gewichtes aus und läßt dieses Gewicht allmählich wachsen, die Portschrittsgeschwindigkeit zu wachsen beginnt und dann abnimmt, wenn das Gewicht am Werkzeug weitersteigt, bis das Werkzeug verkeilt oder verklemmt ist.
Der optimale Wert des am Werkzeug aufgebrachten Gewichtes, dem die maximale Bohrfortschrittsgeschwindigkeit sntspricht, variiert mit der Art der vom Bohrloch durchsetzten Böden.
Erfindungsgemäß sollen nun im wesentlichen ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen werden, die durch eine Einstellung des auf das Bohrwerkzeug wirkenden Gewichtes - die Einstellung oder Regulierung kann völlig selbsttätig erfolgen - es erlaubt, eine Fortschrittsgeschwindigkeit des Bohrwerkzeuges zu erhalten, die so nahe wie möglich an der maximalen Fort-
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sciirittsgeschwindigkeit in jeder der vom Bohrloch durchsetzten geologischen Schichten liegt»
Erreicht wird dies beim erfindungegemäßen Verfahren dadurch, dal? man den Wert der auf das Werkzeug ausgeübten Belastung um aeinen optimalen Wert durch eine Wechselnde Folge von apannungserhöhenden und spannungsvermindernden Phasen an der Bohrleitung schwanken läßt, denen jeweilB abnehmende Perioden und zunehmende Perioden des Verhältnisses üVa
- "äV"1 entsprechen, welches den Vorzeichenänderungsquotient-en der Bo'arfortsclirittsgeschwindigkeitsänderung des Werkzeugs durch entsprechende Änderung der Spannung an einer Stelle der Begleitung repräsentiert und daß man den übergang von einer apannungserhöhenden in eine spannungevermindernde Phase spätestens dann steuert oder auslöst, wenn der Wert
dYa
iieseiv Terhältnisses - rjjflr unter Abnahme einen unteren
G-r^nzuort erreicht hat und daß man den Übergang von einer fip^nnuagsvermindernden in eine spannungserhöhende Phase spätestens dann steuert, oder auslöst, wenn der Wert dieses Verhältnisses einen oberen Grenzwert erreicht hat9 wobei diese Grenzwerte vorher festlegbar und einstellbar sind.
Die Steuerung der Iftnkebr der Richtung in der Änderung der auf aie Bohrleitung ausgeübten Spannung kann vorgenommen werden, bevor de* Wert dieses Verhältnisses - den einen oder anderen dieser Grenzwerte erreicht, wenn der Wert wenigstens eines anderen Arbeitsparameters der Bohrvorrichtung, beispielsweise die auf die Bohrkolonne T ausgeübte Spannung oder auch die Drehgeschwindigkeit des Werkeeugeq einen vorher festgelegten Sieherbeitsgrensv/ert erreicht hat.
Eine selbsttätige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung zeichnet sich aus durch die Kombination
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von Einrichtungen, die progressiv das Gewicht am Werkzeug schwanken lassen; Einrichtungen zur Umkehr der Sohwankungsrichtung für dieses Gewicht; Einrichtungen zum Messen des
dVa algebraischen Wertee des Verhältnisses - *=jjß « dem Vor-
zeichenänderungsquotienten der Änderung der Fortsehrittegeschwindigkeit des Werliaeuges bei entsprechender Änderung der auf die Bohrleitung an einer Stelle hiervon wirkenden Spannung; Einrichtungen zum Einstellen eines oberen Grenzwerten und eines unteren Grenzwertes für dieses Verhältnis und zum Vergleichen des Wertes dieses Verhältnisses mit diesen Grenzwerten, wobei dieee Vergleichseinrichtungen vor- ' bunden sind mit den Meßeinrichtungen für dieses Verhältnis und mit den Einrichtungen zur Umkehr der Schwankungsrichtung des Gewichtes am Werkzeug, die dazu ausgelegt sind, eine Verminderung dieses Gewichtes spätestens dann auszulösen, wenn dieser Wert dieses Verhältnisses den unteren Grenzwert erreicht hat und eine Erhöhung dieses Gewichtes auslösen, wenn der Wert dieses Verhältnisses diesen oberen Grenzwert erreicht hat.
Bi e Vorrichtung kann Einrichtungen zum Vergleich dee Wertes wenigstens eines anderen Bohrparemetere umfassen, beispielsweise der Spannung der Bohrleitung und der Drehgeschwindigkeit des Werkzeugee mit einem vorher festgelegtem Sicherheitsgrenzwert, wobei diese Einrichtungen ebenfalls mit diesen Einrichtungen zur Umkehr der Änderungsrichtung des Gewichtes am Werkzeug derart verbunden sind, daß sie betätigt werden, wenn der Wert dieses Parameters diesen .Sicherheitswert erreicht hat.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen
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_ 5 —
Fig» 1 im Falle des Bohrens mit einem Bodenmotor das Gesetz der Geschw.-änderung des Bohrwerkzeuges oder Bohrmeißels als Funktion des auf diesen wirkenden Gewichtes erläutert;
I»'ig. 2 und 2A gehen schematisch zwei Ausführungaheispiele für die Vorrichtung nach der Erfindung wieder;
Fig. 3 zeigt untereinander eine Kurve der Bohrfortsohritts-
gesehwindigkeitsänderung des Bohrwerkzeuge als Punktion der Zeit und die entsprechende Änderung des an der Ofctorflache gemessenen Bohrfluiddruckes;
Fig* 4 zeigt das Gesetz der Änderung als Punktion
der Zeit hei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung;
Fig. 5 zeigt das entsprechende Gesetz der Geschwindigkeitsänderung heim Ahlauf der Bohrleitung an der Oberfläche;
die ?ig. 6 und 7 aeigen jeweils die entsprechenden Änderungen der Portachrittsgeschwindigkeit des Werl»uf»e und des auf dieees auegeübten Gewichtea·
In Fig. 1, in der die Kurre 1 und die Kurve 2 für iwei Boden· schichten jeweils die Änderung der iortschrittegeeohwimili^ceit des Werkzeugs als Funktion der Axiallast ¥ oder de· auf <Sleeee auegeübten Gewiohtee darstellen, repräsentieren die ÄUÄte I. und M2 die jeweiligen Arbeitepunkt· für die«e beitea tenvinr schichten» deren Aheeisee des an de« Verkeeug V. felegtea Gewicht und deren Ordinate der enteprechenden Forlsohritteser schwlndlgkelt in der betrachteten Terrainechioht entspricht.
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Man sieht alao» wenn man das Gewicht W' von dem Arbeitspunkt M oder M2 aus erhöht, dieser Arbeitapunict eich noch rechts in der Figur auf der einen oder anderen der beiden Kurven verschiebt 1 die Fortachrittegeschwindigkeit V0 des Werkzeuge
el
nimmt zu und geht an der Stelle S., (oder S0) durch ein Maximums wobei der Teil der durch den Arbeitapunki; beschriebenen Kurve atabilen Arbeitsbereichen entspricht. Geht man über dan Scheitel der Arbeitßkurve hinaus, ao kommt laan in eine Zone Instabiler Arbeitbereiohe und die Fortsohrittßgeachwindigkelt nimmt mit aunehraendera Gewicht am Werkzeug bis sum Verklemmen dee Bodenmotors ab.
Wie Pig. 5 erkennen läßt» erleidet die PortBchrittegesohwindlgkeit des Werkzeuges Schwankungen um ®i»e mittlere Iiiderunga«- kurve 3 ale Funktion der 2*eit, wobei diese Schwankung«α eine an die Pulsation der ZirkttJf »tioaepuapen für den Boarecalanat gebundene fm<&VL*nz »ufvei.een; «all mi^t iielk» i*0 %n nicht »ögllch virö, «la fiXtiisrn το?·Ι5@'!)19«ιι$ @ta# »ift® !«eitkonatante •inmifUhma, ii« nlf üer iä«pr®@tei»lt »iolit ist Sloklang IiU bringe» wiüre, di· Toa timer e^llettStiftai forffiolitoiig ssur Optieieruag d»r ForfcecferittegeecliwiBt!.gkeit t>eii« Bohren gefordert wir«, welche j«de lö^Xiciiklilt #ln«9 Türkeilena dee
«oll.
Es 1st BÖglich , diesen Kachteil mt eliiiinieren, laden} der mittlere Vert der iortachritts#»actewinöl,$c«it dee Verk^oug ie elJtea BeitlaterteJll tieioh der !teuer ü»r fule*tiöa der betrechtet
al» ile Iv.&ejabliek« de· VuXIitsrehgangs ? B9PNHWII«« ^iaer Periode (fig. $) iex* altsrnetiireo ϊοπρο« See I>s.'¥£olc#e Pe dee Ioii»n«i4e»j ««τ- täiik der Oberfläche wird, wobti dleeer Druök elwi&falX· wi einen
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f'iu'cb -.-ie Gerurio i ngedeutoteii Wert bei gleicher Frequenz wie de α» ι HirtBchrittsgeBcliWindigkeit, ,"jedoch bei einer Phasent'eracniebung 0 entsprechend der Phasenverschiebung schwankt, die· zwischen dem Druck dea BohrfluidB an der Oberfläche und an der Bohrlochsohle oder der Angriffsfläche existiert.
Die mittlere Fortnchrlttsgeachwlndigkeit an der Bohrlochsohle (bew, Angriffsfläche) zwischen den Augenblicken t .j und tß wird gegeben durch die Formel:
(1) i.p *n « ..V4) *n -f d,2i Hrn -
t
wo Vd)^n-1 der mittlere Wert der AbIaufgeschwindigkeit der Leitung, gemessen an der Oberfläche zwischen den beiden bet.rechteten Augenblicken} «C der LMngungskoeffieient der Leifcimg und Tn_i und T die auf die Leitung im Augenblick t * und baw. ira ilugenblick t wirkenden Spannungen sind.
Die Piß, ? und 2A zeigen schematiBch jswei mögliche Auöführungsi crcijen aur Durchführung der erfindungsgemäßen Maßnahmens TIg, 2 entspricht der Verv/endung einer nachgiebigen Bohrleitung, die von einer upeichertroraaiel abgerollt ist und Fig„ 2A der Verwendung einer aus steilen Elementen gebildeten Bohrleitung. In dieseii Fig. ist mit 5 das an der Bohrleitung 7 aufgehängte Bohrwerkzeug br-eeichnet, welches durch den Bodenmotor 6 angetrieben ist, bei dem es sich beispielsweise um eineBohrturbine handelt, die mit hydraulischex* Energie τοη der Oberfläche aue geapeist wird; das Beeugsiseichen 8 beeeichnet das Bohrloch.
Die Leitung wird tn das Bohrloch durch eine Steuer- und Betätir gungseinrichtuxig 9 herabgelassen, die beispielsweise aus einer oder mehreren endlosen Backen oder Spannschuhe im Fall der Fig. 2tragenden Ketten und einer Winde 33 gebildet sein kann, auf der ein kabel 34 aufgewickelt ist, welches einen Flaschensugblook 31 iw Fi3IIe der Verwendung steifer Stangen zur Bildung öcv Bohrlo1*.tung 7 (Fig. 2A) trägt. Diese Betätigungseinrichtung
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wird von einem Motor 10 unter Zwischenschaltung einer irrever·" s.blen Kupplung 11 angetrieben, wobei deren Kupplungs- oder Auskupplungsvorgang mittels elektrischer durch das Steuerkabel 12 übertragener Signale gesteuert werden kann. Einem numerischen Realzeitrecaner 13 wird die Messung der Spannung I1 der Leitung eingegeben, die im EaIl der Auaführungsform nach Fig. 2 über slektrische Leiter 14 und über eine Vorrichtung 15 geliefert worden kann, die wenigstens einen Dehnungsmeßstreifen auf~ VAeiat, der am unteren Ende der Bohrleibung 7 oder bei 35 am Toteeilenae des an der Oberfläche befindlichen Flaschen«·· zugblockes nach der Ausfühi'ungsform der Pig,, 2A angeordnet nein kann«
'vine Vorrichtung Ί6 mißt die Länge L der Bohrleitung5 die von der Oberfläche durch die Vorrichtimg 9 abgestützt ist*
Diese Vorrichtung kann beispielsweise eine Rolle in Kontakt mit der Leitung 7 aufweisen,, die unter Drehung bei deren Ablauf angetrieben wird, wobei diese Rolle ihrerseits den Sender eines Synohronmechanisraus der unter dem Namen Selsyn bekannten Bauart antreibt, dessen Empfänger 17, mit den er elektrisch durch dae Kabel 18 verbunden ist, eine Drehzahlzählvorrichtung antreibt, die über eine Reihe elektrischer Impulse eine numerische Messung für die Länge L liefert, die auf den Rechner 13 durch das Kabel 19 übertragen wird.
Die Ablaufgeschwindigkeit an der Oberfläche der Bohrleitung kann durch Einrichtungen 20 bzw. '21 analog den Einrichtungen 16 und 27 gemessen werden, wobei der numerische Wert dieser Geschwindigkeit auf den Rechner 15 durch das Kabel 22 übertragen wird.
Für diese Messung von Vd scheint es günstig, Vorrichtungen unterschiedlich zu den für die Messung von L verwendeten zu benutzen, um mit ausreichender Genauigkeit die Ablaufgeschwindigkeit der Leitung zu bestimmen.
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Man stellt bei 23 im Rechner den Wert des ELaetieitätskoeffieienten der Leitung 7 ein und führt ebenfalls in den Rechner über den Leiter 24 ein Signal ein, das für den numerischen Wert der alternativen Komponente des Druckes Pe Aes Bohrschlejms an der Oberfläche steht, wobei die Messung dieses Drucke· durch jeden geeigneten nicht dargestellten Druckgeber roirgenommen wird, welcher in den Schlammkreis eingebet et ist und ein Meßsignal liefert, welches durch die Vorrichtung 25 filtriert wird, wobei nur die alternative Komponente des an den Rechner gelegten Signals übrig bleibt.
Man verwendet vorzugsweise als numerischen Wert von cC einen in. situ gemessenen Wert.
Hierzu kann man periodisch wie oben angegeben naoh Beendigung dee Bohrens den mittleren Wert des Koeffizienten a£ entsprechend der erreichten fiefβ messen.
Diese Messung kann durchgeführt werden, indem man das Bohr·« werkzeug oder den Bohrkopf um etliche Meter anhebt und ·■ dann absenkt, und gegen den Boden desBohrloches ohne su Bohren aufruhen läßt.
Indem man während dieses WJederabaenkena des Bohrwerkzeugs den Änderungen . der auf die Leitung wirkenden Spannung T, der Ablaufgeschwindigkeit Vd der Leitung an der Oberfläche sowie der tfortschrittsgeschwindigkeit Va folgt, erkennt man, daB die Spannung 3? allmählich vom Augenblick t, an abnimmt, wo das Bohrwerkzeug den Boden des gebahrten Bohrloches erreicht, und zwar im Ausmaß der elastischen Verkürzung der Leitung»
Dieee Verkürzung endet im Augenblick tfi, wo die Ablaufgeschwindigkeit an der Oberfläche Vd zu Null wird.
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- ίο -
Sie Beziehung
(Ta) t n m (Td) * + hn - T„.1 O)
n~1 n-1 η "" n~1 -L Al
Beigt, daß aviechen Augenblicken t « t^ und t m t^ der voa Rechner 13 gelieferte Wert von Ta ungleich Kuli wird, vtnn der verwendete Wert von dC nicht korrekt let*
Genauer geeagt, der Wert von Ta bleibt positiv «wischen dem Augenblick t. und dem Augenblick tB, wenn der vom Rechner 15 verwendete Vert von eC »u gering wird, da in dieeem fall der Absolutwert des negativen Ausdruckes
^ ^ η n*"1, zu gering wird, daait der Bweite feil der
Beeiehung <1) m VyCLl wird, wobei der Auedruck (Td) a dann
in diesem weiteren Auadruck überwiegt und so einen positiven
Wert von (T*) a liefert.
Wird dagtgift der Wert vono£ «u grofl gewählt, «o überwiegt der Absolutwert dee negativen Ausdruckee X J1 gn ** n-1 gegen
■fe ^ η
über den von (Td) η und ee resultiert ein negativer Wert Ζ ^i - ■ -.;■·■■.. ■■■■■■ %
für den durch din Rechner 15 bestiiamten Wert für (Ta) +
Der exakte Vert von«ft, der in eitu für die gebohrte Tiefe genesen wird, kann durch 13 berechnet veraen, wenn man beachtet, daß dann, wenn t^ und tj^-j awei Augenblicke des Ze it int ervalles zwischen %k und ts ^ezej.cimen, dies Gleichung führt:
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Wo L die Länge der von der Oberfläche getragenen Leitung, und Π}^! ttnä. T. die jeweiligen Spannungen dieser Leitung iin Augenblick t. .j /und t^ sind.
Der numerische Rechner 13 ist so ausgelegt* daß er den Wert des VerhältM ss.es .
A Ta (TaJtn-1 - (Ta)tn_2 Än !1
beaüiicmt,
t 4 i; tn t
a-1 , (T) J1"1 , (Va) ,. und (T) ^1 ^η2 *η2 n1 tn ^
;icv/-i-3 mittlex"« Werte für die Portßchrittügeaoliwindigkeit (ϊύη ''^rlcBeuga nnä die auf die .Bolirleitung wirkende Spannung sind, die jöveilB durch den Rechner 13 swisehen den Augenblicken t ^ und tM ., uud awißchen den Augenblicken t Λ und
tn beetininit werden, die oben definiert und am Rechner bei 24f wie angezeigt, angegeben wurden.
■ 1 t
Der Rechner 15 bestimmt die Werte (7a) Xi und (Ta) n
U^em die obengenannte Formel (1) verwendet wird.
Im betrachteten Beispiel werden diese Werte nacheinander durch den Rechner an der Vorrichtung £7, rait'-der er über dae Kabel 28 verbunden ist, eingestellt«
Das Verhältnis - -AJES tet gleich dem Verhältnis
δτ "2
wenn die Schlammmenge Q konstant ist und aoinli im wesentlichen in der Kurve fttr die Arbettweise 1 oder 2 der Pig. 1 der Nei-
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gong der Tangente an der Arbeitsstelle M1 oder M2 entspricht, wobei diese Steigung gleicla Nu^l wird, wenn die Portschrittsgesohwindigkeit ihren Maximalwert für die betrachtete Serrainsohicht aufweist.
Man liefert am Rechner 13 durch Einstellung bei 29 bzw, 30 einen negativen Grenzwert ( - Ä~w-~) ~ und einen positiven Grenzwert ( - ^gTf ) deB berechneten Verhältnisses
wobei diese beiden Werte jeweils einem positiven Grenz-
wert 9.J und einem negativen Grenzwert ©2 (^β· O fü^ äen Neigungswinkel gegen die Achse dor Abszissen der !Tangente an die Arbeitskurve (1 oder 2) im Arbeltspunkt entsprechen.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist die folgendes die Vorrichtung 9 treibt die Leitung 7 nach unten mit einer Ablaufgeechwindigfceit größer als die maximale Portschrlttsbesohwindlgkeli (Va max) des V/erkzeuges 5 (?ig, 5) an, die beißpielsweiöe gleich dem Doppelten"dieser,Geschwindigkeit iöt, waa zur Wirlauife hat ι daß das Gewicht (W) an dieser vergrößer-· wird und daß der Arbeitopunkt M1 (oder M2) die Arbeitekurve 1 (oder 2) nach rechts in Pig, A beschreibt. Die Portschrittsgeschwindigkeit Va nimmt zunächst mit dem Gewicht W am Werkzeug (Pig. 6 und 7) zu, geht durch ein Maximum und nimmt dann wieder
A. Va
ab, während - *χ abnimmt.
. AVa Der Rechner 13 vergleicht den Wert des Verhältnisses ΔΪ· der zu jedem der oben angegebenen Grenzwerte berechnete wurde: wird dieser Wert im Augenblick t · (Fig. 4) kleiner als der negative Grenzwert (- ττ§-) ~* so liefert eier Rechner 13 einen Steuerimpuls zum Entkuppeln der Vorrichtung 11 und, da die Vorrichtung 9 nicht angetrieben ist, wird der Ablauf der Leitung unterbunden, (Pig. 5)t was die auf das Werkzeug (Pig, 7) ausgetibte Belastung aufhebt, das Werkzeug kommt von selbet frei.
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Der diesmal beschriebene Arbeitepunkt M1 (oder M2) beschreibt nunmehr die Arbeitskurve (Fig. 1) nach links und die Fortschrittsgeschwindigkeit beginnt wieder zu steigen, verläuft erneut durch das Maximum und nimmt dann von neuem ab, während - steigt (Fig. 4).
zum Augenblick t^ der Wert des berechneten Verhältnisses größer als der positive Grenzwert (- Ar$ )+ wird,
so steuert der Rechner 13 Über den Leiter 12 das Kuppeln der Vorrichtung 11, was dazu führt, daß die leitung (fig. 5) erneut abläuft und was zu einem neuen Wachsen des Gewichts am Werzeug führt. Der vorgenannte Zyklus kann dann unbegrenzt sich wiederholen.
Maa sieht, daß hieraus eine permanente Schwingung um den Optimalwert des an das Werkzeug gelegten Gewichtes resultiert, wobei diese Schwingung sich durch Aufrechterhaltung der mittleren SOrtsehrittsgeschwindigkeit bei einem Wert überträgt» der nur ganz gering unter dem Maximalwert liegt, wobei die Differenz durch die Werte (- AVa f- und (■-'JÜ|) ."*" fixiert ist, wobei diese Werte. a nach Belieben gewählt werden und so nahe aneinanderliegen können, wie es das Bohrverfahren und die Steuervorrichtung ermöglichen.
Die schnelle Steuerung in der Änderung des Geviohts am Werkzeug, die durch Auslösen eines luppelns oder Bntkuppelns erhalten wird, ermöglicht es, die Gefahren eines Verkeilens oder Verklemmens zu vermeiden, wenn nach Durchlaufen des Maximums der Arbeitekurve (Pig. 1} der Arbeitspunkt in die Instabile Arbeltezone eintritt.
Die oben angegebene Auswahlart, die durch die Augenblicke
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e*Ct 0&ββδβ^βη ist» wa äle Zeitintervalle zu begrenzen, für die man die mittlere Portschrittsgeschwindigkeit beim Bohren bestimmt» ermöglicht es, an der Fortsohrittsgeschwindigkeit die Genauigkeit zn erhalten»· die für ein korrektes Funktionieren der Vorrichtung ohne Gefahren ungewollten Auslöeens des Kuppeins und des Entkuppeins der Vorrichtung zu erhalten, wobei diese Gefahren aus den Schwankungen der Portschrittsgeschwindigkeit Va bei konstantem Gewicht am Werkzeug (Pig. 3) resultieren können, wenn man in den Rechner 1.3 den Augenblickswert dieser Geschwindigkeit einführen würde.
Damit die Zeitintervalle, während deren die Vorrichtung 10 entkuppelt ist, im wesentlichen in der Dauer gleich denen sind, während deren der Kupplungevorgang erfolgt, (derart, daß der Rechner mit maximaler Wirksamkeit im Falle einer Änderung des Terrains zum Arbeiten gebracht werden kann^ ist es vorteilhaft, daß die Ablaufgeschwindigkeit Vd an der Oberfläche etwa gleich dem Doppelten der Fortsehrittsgeschwiödigkeit Va am Boden ist. Dies kann durch eine Regelung der An~ triebageschwindigkeit der Vorrichtung 9 auf den bei 27 (Pig. 2) abgelesenen Maximalwert realisiert werden· Diese Steuerung, die durch den Rechner 13 vorgenommen werden kann, braucht nicht sehr genau zu sein und läßt eine relativ hohe Zeitkonstante aufgrund der Trägheit des Motors 10 (Pig. 2) ssu.
Die Vorrichtung nach der Erfindung paßt eich selbsttätig an die Änderungen in der Natur der durchbohrten Gesteine an. Solche Änderungen stellen eich nun tatsächlich durch eine einfache Änderung der Arbeitekurve (Pig, 1) dar» der Punkt H1 geht bei M2 durch.
Da der negative Schwellenwert ( - 1 )"* später erreicht wird, als wenn der Arbeitspunkt auf der Kurve 1 gehlieben wäre,
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resultiert hieraus, daß das Gewicht am Werkzeug um so mehr eteigt, einen umso größeren Wert die Portschrittsgeschwindigkeit Va erreicht und somit steigt die gesteuert© Ablaufgescbwindigkeit auf den Wert 2 Va^., was eine Anpaseung an die neue vom Bohrwerkzeug durchsetzte Terrainschicht herbeiführt,
Das Einstellen der Ahlaufgeschwindigkeit Vd der Leitung kann ebenfalls von Hand als Funktion der Anzeigen hei 27 (Fig. 2) vorgenommen werden.
Eb ist selbstverständlich möglich, im Rahmen der Erfindung der Vorrichtung über den Rechner kompliziertere Sollwerte für die Steuerung des Kuppeins und Entkuppeins einzugeben, um eine große Sicherheit In der Betriebsweise zu erhalten..
So kann die Entkupplungesteueruiig, deren Auslösen oben allein aufgrund Überschreitens f^nes negativen Schwellenwertes des berechneten Wertes «- ><<' < ·' angenommen wurde,ebenfalls mittels einer logischen Vorrichtung ausgelöst werden, z.B. elektrischen Schaltkreisen der ODER-Oatter-Bauart; und zwar nicht nur dann, wenn .. J~LjL». einen vorher gewählten negativen Schwellenwert über Δ1} schreitet, sondern auch» wenn das Gewicht W auf das Werkzeug ein Maximum erreicht, das im vorhinein festgelegt wurde» oder wenn die Geschwindigkeit der Turbine bis unter einen vorbestimmten Schwellenwert sinkt etc..
Unter diesen Bedingungen kann das Steuern oder Auslösen das Kupplunge vor gange a zur Erhöhung des Gewichtes am Werkzeug nicht nur dann gesteuert werden, wenn - AV** einen positiven vorher festgelegten Schwellenwert Δ τ überschreitet, sondern auch dann, wenn das Gewicht W am Werkzeug in einem vorher festgelegten Ausmaß vermindert wird, oder wenn die Drehgeschwindigkeit der Turbine eine · vorher festgelegte
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Geschwindigkeit etc. überschreitet.
Unter diesen Bedingungen erfolgt die Auslösung beim Entkuppeln oder Kuppeln spätestens dann, wenn das Verhältnis - den einen oder anderen der positiven oder negativen Schwellenwerte (oder Grenzwerte) erreicht, die hierfür festgelegt wurden, wobei Se Auslösung noch früher erfolgen kann, wenn wenigstens einer der anderen Bolirparameter z.B.. das Gewicht am Werkzeug oder die Geschwindigkeit der Turbine einen festgelegten Sicherheitswert überschreitet.
Patentansprüche
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Claims (1)

  1. - 17 Patentansprüche
    ■1. Teri'ahren zur Optimierung des Bohrfortschrittes eines Bohrwerkzeuges mit Antrieb durch einen Motor, dessen Drehmoment eine abnehmende Punktion seiner Drehgeschwindigkeit ist, dadurch gekennzeichnet, daß man um den Optimalwert den Wert der an das Werkzeug gelegten Belastung durch eine alternierende Aufeinanderfolge von Phasen zur Erhöhung und Phasen zur Srniedrigung der an die Bohrleitung gelegten Spannung schwingen läßbj wobei diesen Phasen jeweils Perioden der Abnahme und Perioden der Zunahme des Verhältnisses «· """"^ffr' entsprechen, » A'aderungsquotient für daß Vorzeichen der Änderung der SOrtschrittsgeschwindigkeit des Werkzeugs durch die,entsprechend? änderung der Spannung an einer Stelle der Bohrleitung -i und daß Dian den Übergang von einer Phase der Erhöhung zu einer Phase der Verminderung der Spannung spätestens dann steuert bzw, aualöst, wenn der Wert-dieses Verhältnisses - *4m
    beim Abnehmen einen unteren Grenzwert erreioht hat; und daß man den Übergang von einer Phase der Verminderung zu einer Phase der Erhöhung dieser Spannung spätestens dann auslöst oder steuert, wenn der Wert dieses Verhältnisses einen oberen Grenzwert erreicht hat, wobei diese Grenzwerte im Vorhinein festlegbar und einstellbar sind.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Verhältnis - ^§ festgelegt wird ausgehend von mittleren Größen für die Fortschrittsgeachwindigkeit Va und die Spannung I in Zeitintervallen einer Dauer gleich der Pulsationsperiode der Zirkulationspumpen für das Bohrfluid.
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    5» Selbsttätige Vorrichtung aur Optimierung dea Bohri'orfcachrittea ainea Bohrv/aikzeuges mit Antrieb durch einen Motor, dessen Drehiaoment eine abnehmende Funktion seiner 'bv^'a^e--achwindigkeit ist, gekennzeichnet in Kombination 'lurch. Einrichtungen, die allniäiriich das Gewicht am Werkzeug variieren lassen; Einrichtungen zur RichtungsuwBteuerung der Änderung dieses Gewichtesi Einrichtungen zum MesF<m des algebraischen Wertes des Verhältnisaes - Q^m , welches gleich dem Vorze ichenänderungs Quotient en für die "Änderung der Fortwohritbsgeschwindigkeit des Werkzeuges bei entsprechender Änderung der auf die Bohrleitung ausgeübten Spannung ist; Einrichtungen zura Einstellen eines oberen Grenzwertes und eines unteren Grenzwertes für dieses Verhältnis und zum Vergleich des Wertes dieses Verhältnisses mit diesen Grenzwertent wobei diese Komparatoreinrichbungen mit dieser. Meßeinrichtungen für dieses Verhältnis und diesen Richtungsiimateuerungseinriohtimgen für die Änderungen des Gewichtes am Werkzeug verbunden und so ausgelegt sind, daß sie eine Verminderung dieses Gewichtes spätestens dann auslösen, wenn der Wert dieees Verhältnissen den unteren Grenzwert erreicht hat und eine Erhöhung diaoes Gewichtes auslösen, wenn der Wert dieses Verhältnisses den oberen Grenzwert erreicht hat.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 3t gekennzeichnet durch 3S.in~ ricV'-mgen zum Vergleich des Wertes wenigstens eines anderen Bohrparameters mit einem vorher festgelegten Sicherheitsgrenzwert j wobei diese Einrichtungen ebenfalls mit den Richturigs umkehreinrichtungen für die ßewichtsänderung am Werkaeug derart verbunden sind, daß sie betätigt werden, wenn der Viert dieses Parameters diesen Grenzwert erreicht hat.
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