DE2223735A1

DE2223735A1 - Bohrloch-Diagraphiesonde

Info

Publication number: DE2223735A1
Application number: DE19722223735
Authority: DE
Inventors: Jean Planche
Original assignee: Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 1971-05-24
Filing date: 1972-05-16
Publication date: 1972-12-07
Also published as: US3795141A; FR2138335A1; FR2138335B1; DE2223735C3; CA950824A; DE2223735B2

Description

zum Patentgesuch

der Firma Societe de Prospection Electrique Schlumberger, 42, rue Saint-üominique, Paris VII^e/Frankreich

betreffend:

"Bohrloch-Diagraphiesonde"

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur Diagraphie von Bohrlöcnern und insbesondere auf Untersuchungssonden, die mit einem oder menreren Meßgeräteträgern versehen sind, die an die Bohrlochwandung angedrückt werden.

den gegenwärtig in Gebrauchbefindlichen Diagraphievorrichtungen gibt es einen Sondentyp mit einem langgestreckten Sondenkörper, an dem mittels Armen zumindest ein Meßgeräteträger angelenkt ist, der so ausgebildet ist, daß er gegen die ßonrlochwandung gedrückt wird. Bei diesem Sondentyp umfaßt der üondenkörper auf der dem Meßgeräteträger gegenüberliegenden Seite einen oder mehrere Exzentrxerungsarme, die von dem Sondenkörper mittels Federn abgespreizt werden. Die Exzentrierungsarme legen sich an die Bohrlochseite an und drücken den Sondenkörper mit dem Meßgeräfcträger gegen die gegenüberliegende Wandung. Der Meßgeräteträger kann sich einerseits etwas vom Sondenkörper abspreizen, wenn er sich gegenüber einer "Höhlung des

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Bonrlocns befindet, und andererseits um einen gewissen Winkel um eine Querachse verschwenkt werden, die sich senkrecht zur Längsacnse des Sondenkörpers erstreckt. Auf diese Weise folgt der langgestreckte Sondenkörper etwa dem mittleren Profil des Bohrlochs, während der Meßgeräteträger mit wesentlich kleineren Abmessungen unabhängig davon sich an die Bohrlochwandung anlegt und auf diese Weise genau den Unregelmäßigkeiten der Bohrung folgen kann. Ein guter Kontakt des Meßgeräteträgers mit der Bohrlochwandung ist von größdter Wichtigkeit, um genaue Messungen zu erzielen, weil ein schon geringes Abweichen erhebliche Meßfehler infolge Eindringens von Bohrspülung zwischen den Meßgeräteträger und die Formationen hervorrufen kann. Die Meßgeräteträger können oeispielsweise so · ausgebildet sein, daß sie der Messung der Formationswiderstände dienen, in welchem Falle sie mit Elektroden versehen sind, der Messung auf nuklearem Wege, in welchem Falle sie Sender und Empfänger für Gamma-oder Neutronenstrahlung tragen, cc akustischen Messungen, in welchem Falle im allgemeinen magnetostriktive oder piezoelektrische übertrager vorgesehen werden. Für das Herablassen der Vorrichtung in das Bohrloch können die verschiedenen beweglichen Elemente, also die Abspreizarme und Meßgeräteträger längs des Sondenkörpers mittels Hydraulikzylindern eingefaltet werden, die betätigt werden durch einen Hydraulikdruckgenerator, welcher von der Erdoberfläche aus steuerbar ist.

Bei den oisher üblichen Sonden tritt der Sondenkörper, welcher von den Exzentrierungsarmen weggedrückt wird, direkt in Kontakt mit der Bohrlochwandung. Gegenüber von Höhlungen mittlerer Ausdehnung legt sich der Sondenkörper^ an die Bohrlochwandung beidseits des Meßgerateträgers an, und der letztere, der freibeweglich gegenüber dem Sondenkörper ist, kann dem Profil der Bohrung folgen. In anderen Fall jedoch kann sich einer

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der Anlagepunkte des Sondenkörpers gegen die Bohrlochwandung auf der Höhe des Meßgeräteträgers befinden. Der Meßgeräteträger wird demgemäß längs des Sondenkörpers eingefaltet und bewegt sich, als wäre er einstückig mit dem Sondenkörper verbunden, und zwar während mehrerer Augenblicke. Diese Stellung verhindert, daß der Meßgeräteträger verschwenkt werden kann, weil dieser parallel zur Achse des Sondenkörpers bleibt und nicht mehr dem Profil der Bohrung folgt.

Aufgabe der Erfindung ist es,eine Bohrloch-Diagraphiesonde mit einem langgestreckten Sondenkörper zu schaffen, der mittels eines Kabels im Bohrloch hängend beweglich ist mit einer Exzentriervorrichtung, die vom Sondenkörper in einer Richtung bis zum Anlegenⁿeiner Bohrlochseite unter seitlichen Wegdrücken des Sondenkörpers in die entgegengesetzte Richtung abspreizbar ist, und mit einem Meßgeräteträger, der am Sondenkörper auf der der Exzentriervorrichtung gegenüberliegenden Seite angeordnet und einerseits in der vorgenannten entgegengesetzten Richtung abspreizbar, andererseits schwenkbar ist, bei welcher Sonde der Meßgeräteträger mit großer Genauigkeit dem Profil der Bohrung folgen kann, die oben erwähnten Nachteile der bekannten Sonden mithin vermieden werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurc^gelöst, daß der Sondenkörper auf der Seite des Meßgeräteträgers und beidseits von diesem Abstützteile aufweist zur Halterung des Soncieiikörpers in einem gegeoenen Abstand von der Wandung des Bohrlochs derart, daß der Meßgeräteträger genügend Spiel zum Folgen längs Wandungsunregelmäßigkeiten erhält.

- Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die te>-stützteile auf Lenkern/angeordnet, die am Sondenkörper angelenkt sind und betätigbar sind mittels von der Erdoberfläche aus

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steuerbaren Hydraulikzylindern derart, daß die Andrückteile ins Innere des Sondenkörpers auf dessen Kaliber zurückgezogen werden können. Vorzugsweise sind die Andrückteile Rollen, die drehbar am Ende der erwähnten Lenker angeordnet sind.

Gemäß aineir, weiterer Merkmal der Erfindung werden die Lenker vom Sondenkörper mittels Federn abgespreizt, die eine ernebliche Kraft ausüben, und zwar eine solche, die in jedem Fall über der seitlichen Kraft liegt, die von den Exzentrierungsvorrichtungen ausgeübt wird. Darüber hinaus wird der Meßgeräteträger vom Sondenkörper mittels einer Feder abgespreizt,die eine in seitlicher Richtung wirkende Kraft unter jener ausübt, die von den Exzentrierungsvorrichtungen ausgeübt wird. Auf diese Weise sind die Rollen während der Messung dauernd in maximaler Abspreizstellung, die Exzentrierungsvorrichtung drückt ständig die Rollen gegen die gegenüberliegende Bohrlochwandung, und der Meßgeräteträger kann genau den Unregelmäßigkeiten, selbst kleinen, der Bohrlochwandung folgen.

Die öfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes darstellt.

In der Zeichnung ist eine Sonde Io hängend in einem Bohrloch 11 am Ende eines Kabels 12 dargestellt, das über ein Windenrad 13 läuft und mittels einer (nicht dargestellten) Einrichtung aufgespult wird, die Teil einer Oberflächenanordnung 14 bildet, in der außerdem auch die Diagraphie" verarbeitet und aufgezeichnet werden, die aus der Sonde Io nach oben geschickt werden. Diese Sonde Io umfaßt eine obere abgedichtete Hülse 15, in der die elektrischen Schaltkreise für die Erzeugung, Verarbeitung und Wieterleitung der verschiedenen Signale untergebracht sind.

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Untermittelbar unter der Hülse 15 befindet sich ein Hydraulikabschnitt 16, der nachstehend näher beschrieben werden soll und dessen Funktion darin besteht, das öffnen bzw. Einfalten der beweglichen Sondenelemente su steuern.

Diese beweglichen Elemente sind an einen Abschnitt 17 angeordnet, bestehend aus zwei parallelen Schenkeln? die am unteren Ende des Hydraulikabschnitts Ib befestigt sind und an ihrem unteren Ende miteinander durch ein Endstück 2o verbunden sind. Ein erster Exzentrierungsara 21 ist bei 22 an diem Abschnitt der Schenkel 17 angelenkt. Dieser Arm 21 wird nach außen vom Sondenkörper mittels einer Blattfeder 23 abgespreizt, deren Basis ebenfalls an den Schenkeln befestigt ist. Der Exzentrierungsarm 21 umfaßt gegen das Innere des Sondenkörpers eine Verlängerung 24, an deren Ende ein Kolben 25 angreift, der verachieblich in einem an den Schenkeln befestigten Zylinder 26 sitzt. Der Zylinder 26 enthält einen zweiten Solben 27, der nach unten verschieblich ist unter der Wirkung eines Hydraulikdruckes, der in dem Inneren de3 Zylinders 26 aufgebaut werden kann. Eine erste Andrückrolle 3o ist drehbar am Ende eines abgewinkelten Denkers

31 angeordnet, der um eine an den Schenkeln 17 befestigte Welle

32 drehbar ist, Der Lenker 31 wird aus dem Innenraum des Sondenkörpers mittels einer Blattfeder 33 herausgespreist_? deren Basis an den Schenkeln 17 befestigt ist. Die AndrüekssLle 3o kann in das Innere der Schenkel 17 zurückgesogen werden durch eine Bewegung nach unten des Kolbens 27 _t der dabei auf den anderen Hebelarm des Lenkers 31 drückt.

Untehalb dt, gerade beschriebenen Exzentrierungsvorrich"-tung befindet sich ein Meßgeräteträger 34, der an seinem oberen Abschnitt ein Gelenk 35 aufweist, auf dem ein Arm 36 drehbar ist, dessen anderes Ende einen Schlitz 37 aufweistι in dem Schlitz

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sitzt ein Querstift, der auf den Schenkeln 17 Ώ festigt ist, Der Meßgeräteträger 34 umfaßt ferner in seinem mittleren Abschnitt sin Gelenk 4o, auf dem sin abgewinkelter Hebel 41 gelagert ist, cLsr sich um sine en der, Schenkel.« 17 befestigte Achse 42 drehen kann« üer Meßgerafcoträger 34 wird vom Sondenkörper abgespreizt mittels einar Blattfeder 43^ die von hinten gegen den MeSgeräteträger nahe dssn\ Lager 4o drückt, und deren Basis an den Schenkeln 17 befestigt ist. Dank des Langlochs oder Schlitzes 37 kann der Msßgeräteträger 34 um einen gewissen Winkel um das Lngor 4o verdreht werden isrart, daß ei sich bezüglich der Längsachse des Sonderskörper.-s schrägste 1 .*.!,, üiese Eigenschaft gestattet äem M--?3ger U "-e träger 34,. den Unregelmäßigkeiten der Bohrjiung "ύ folger und di?.a uirso leichter, als die von der Feder *3 ausgeübte· Kraft in Jlchs das Lagers 4o angreift, Uas Ende dftSf Äßg^i'Liik-'vlten iiax.<els 41 .ην¹' dec dem Lage/. 4o abgewandten Seite kann nach .'ocr q£dj*i?cikt wards:' (nittals einer HydraulikzylinderÄnordnun>7 nur, einsifi Kolben 44. der in einem Hydraulikzylinder 4S, festsitzen« zwi,a-.~hei4 den aoh-anxein 17, vexsc'.i üblich ist« Äine Var^chiefcmi·.-/ n:-rch oben clöd Kolbens 44 unter der Wirkung eines ir.; Zylinder i-;' anf--^bauten Mydraulkdruckes bewirbt demgemäß-daa-Iüinf alten des Meßgeräte trägers 34 längs des Sondenkörpers.

In unteren Abschnitt der Sends ist eine Exzentrierungsvorrichtung äL lieh der im oberen Tall vorgesehen; sie umfaßt einen Exzentrierungsarai 5o, der um eine Achse 51 schwenkbar ist und mittels einer Blattfeder 52 nach außen gedruckt wird. Der Exzentrierungsarm 5o umfaßt nach innen eine Verlängerung 53, die mittels eines Kolbens 54 nach oben gedrückt werden kann, wenn dieser in einem Zylinder 55 verschoben wird, uer Zylinder 5U enthält einen zweiten Kolben 56, der an einem Winkellenker 57 angreift, welcher drehbar gelagert ist um einen Zapfen 6o, und am anderen Ende eine Rolle 61, ähnlich der Rolle 3o, trägt.

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Der Winkellenker 57 wird von dem Sondenkörper mittels einer Blattfeder 62 nach außen gedrückt.

Die beweglichen Elemente, nämlich die Exzentrierungsarme 21 und 5o, Andrückrollen 3o und 61, Meßgeräteträger 34 können längs des Sondenkörpers eingefaltet werden mittels der Hydraulikzylinder 26, 45 und 55, welche miteinander verbunden sind durch eine Leitung 63, die zum oberen Hydraulikabschnitt Ib führt. Dieser Hydraulikabschnitt besteht aus einer Kammer 64, die mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, und in der ein Elektromotor 65 angeordnet ist, der eine Pumpe 66 antreibt. Der Einlaß der Pumpe kommuniziert mit dem Inneren der Kammer 64, während ihrji Auslaß verbunden ist mit der Leitung 63, die abgedichtet durch die untere Wandung der Kammer 64 geführt ist. Die Leitung 63 ist ferner mit dem Inneren der Kammer 64 über ein Elektroventil 67 verbunden, das von der Erdoberfläche aus betätigbar ist, Der Motor 65 und das Elektroventil 67 sind unabhängig voneinander oetätigbar, indem sie von der Erdoberfläche über Leitungen 7o bzw. 71 mit Strom versorgt werden. Diese Leitungen sind über das Kabel 17 mit der an der Erdoberfläche angeordneten Einrichtung verbunden. Die Kammer 64 enthält ferner eine Druckausgleichseinrichtung, bestehend aus einem Zylinder 72, in dem ein Kolben schwimmend verschieblich ist. Eine Seite des Zylinders 72 kommuniziert mit dem Inneren der Kammer 64, während die andere Seite des Zylinders mit der Bohrspülung kommuniziert. Auf diese Weise steht das Innere der Kammer 64 dauernd unter dem hydrostatischen Druck des Bohrlochs.

Um die Vorrichtung in das Bohrloch abzulassen, werden alle beweglichen Elemente längs des Sondenkörpers eingefaltet. Um dies zu bewirken, wird der Motor 65 zur Betätigung der Pumpe 66 unter Spannung gesetzt, und die Pumpeliefert die Hydraulikflüssigkeit unter Druck in die Zylinder 26, 45 und 55. Die

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Kolben 25, 44 und 54 werden nach oben verschoben und falten demgemäß den Arm 21, den Meßgeräteträger 34 und den Arm 5o nach innen ein. Die Kolben 27 und 56 werden nach unten verschoben, und falten die Andrückrollen 3o und 61 in das Innere der Schenkel 17. Auf diese Weise befinden sich alle beweglichen Teile innerhalb des Kalibers des Sondenkörpers, deren Ausdehnung deshalb während des Ablassens ins Bohrloch minimalist.

Sobald die Sonde an der gewünschten Tiefe angekommen ist, bei der die Messung beginnen soll, wird das Elektroventil 67 unter Spannung gesetzt, wodurch das Innere der Leitung in Kommunikation mit dem Inneren der Kammer 64 gesetzt wird und damit die verschiedenen Zylinder dem hydrostatischen Druck des Bohrlochs ausgesetzt werden. Die beweglichen Elemente werden demgemäß vom Sondenkörper unter Wirkung der einzelnen Federn abgespreizt. Die Kraft, die von den Federn 33 und 62 ausgeübt wird, ist die größte derart, daß die Andrückrollen 3o und maxiamal ausgespreizt werden, wobei ihre Andrückfläche sich einzige Zentimeter von der Vertikalwandung des Sondenkörpers weg befindet. Die txzentrierungsarme 21 und bo legen sich an eine Seite der Bohrlochwandung an und halten damit die Rollen Jo unu 61 in KontaKt mit aer gegenüberliegenden Wandung der Bohrung. Der Meßgeräteträger 34, der frei beweglich gegenüuer dem Sondenkörper dank der Rollen 3o und 61 ist, nat auf diese Weise Spiel, um verschwenkt zu werden, um den Unregelmäßigkeiten der Bonrung zu folgen. Die Sonde befindet sich auf diese Weise in der in der Figur dargestellten Stellung für die Messung.

Die Andrückteile 3o und 61, die in der Figur als drehbare Rollen dargestellt sind, können auch die Form von Reibungsschuhen haben, die am Ende der Winkellenker 31 bzw. 57 angeordnet sind. Um die Reibung herabzusetzen, werden jedoch in jedem Fall drehbare Rollen bevorzugt. Wenn darüber hinaus der

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Heßgeräteträger 34 akustisch· Empfänger oder Sender trägt, kann man die Rollen mit stoBdämpfenden Bandagen versehen, um das Rauschen, hervorgerufen durch das Versetzen der Sonde längs der Bohrlochwandung, auf ein Minimum zu bringen» weil dieses Rauschen für die Messung sehr störend ist· Eine solche Einrichtung ist insbesondere interessant in dem Fall, wenn man auf ein- und derselben üntersuchungssonde mehrere Meßgeräteträger für unterschiedliche Messungen anordnen will, die übereinander angeordnet werden. Für jeden einzelnen Meßgeräteträger kann man dann eine eigene Feder 43 vorsehen, die eine Kraft angefaßter Größe in Aunängigkeit von der Kontaktfläche des Meßgeräte trägers, von seiner Verschleißfestigkeit, von dem gewünschten Andruck für eine optimale Messung usw. ausübt.. Dank der Rollen, welche den Sondenkörper dauernd in einem vorgegebenen Abstand von der Bonrlochwandung nalten, bleibt diese Andrückkraft konstant, selbst jjei versetzten Bohrungen, in denen das Gericht der Sonde mithin von den Rollen aufgenommen werden muß. ti Ine Isxz en trier ungsuaugruppe mit Andrückrollen kann an jedem Ende der üntersuchungssonde angeordnet sein und eine oder mehrere zusätzliche Baugruppen können zwischen den verschiedenen Meßgeräteträgern liegen. Man er^kennt andererseits, daß die extensive Verwendung von Blattfedern einerseits den Raumoedarf der Anordnung zu verringern gestatte^ weil jede Feder sich im eingefalteten Zustand parallel zur Längsachse des Sondenkörpers erstreckt und andererseits für jedes aewegliche Element eine unabhängigge Andrückkraft auf einfacae Weise realisiert werden kann. Die Verwendung von Federn zum AuslenKen der Rollen ist nicht unerläßlich infolge der Tatsache, daß diese Rollen im Prinzip keine Zwischenstellung zwischen maximaler Ausspreizung und eingefaiteter Stellung zu besitzen brauchen im Gegensatz zu dem Meßgerateträger und zu den üxzentrierungsarraen. Jeder Winkeilenker als Träger einerRoiie kann beispielsweise verbunden sein mit einem Kolben, der eine von zwei ündstellungen einnehmen kann entsprechend der ausgefalteten und der zurückgezogenen Stellung der Rolle.

(Patentansprüche) 209850/0748 -io-

Claims

- Io - Pa tentansprüche

1. Bohrloch-üiagraphiesonde mit einem langgestreckten Sondenkörper, der mittels eines Kabels im Bohrloch hängend beweglich ist,mit einer Exzentrierungsvorrichtung, die vom Sondenkörper in einer Richtung bis zum Anliegen an einer Bohrlochseite unter seitlichem Wegdrücken des Sondenkörpers in die entgegengesetzte Richtung abspreizbar ist, und mit einem Meßgeräteträger, der am Sondenkörper auf der der Exzen triereinrichtung gegenüberliegenden Seite angeordnet und einerseits in der vorgenannten entgegengesetzten Richtung abspreizbar, andererseits schwenkbar ist um eine zur Sondenlängsachse senkrechte Achse, dadurch gekennzeichnet, daß der Sondenkörper (17) auf de^r Seite des Meßgeräteträgers (34) und beidseits von diesem Abstütztteile (3o, 61) aufweist zur Halterung des Sondenkörpers in einem gegebenen Abstand von der Wandung des xsohrlochs (11) derart, daß der Meßgeräteträger genügend Spiel zum Folgen längs Wandungsunregelmäßigkeiten erhält.

λ. Sonde nach Anspruch 1 _f in der die Exzentrierungsvorrichtung Exzentrierungsarme umfaßt, die längs des Sondenkörpers mittels Hydraulikzylindern einfaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Exzentrierungsarm in Höhe jedes §*f der Andrückteile vorgesehen ist.

3. Sonde nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückteile auf Lenkern angeordnet sind, die vom Sondenkörper abspr«izbar sind und in das Innere des Sondenkörperkäiibers mittels Hydraulikzylindern einfaJtbar sind.

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4. Sonde nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückteile Rollen sind, die drehbar am Ende der Lenker angeordnet sind.

b. Sonde nach einem der Ansprüche3 oder 4, dadurch ge-Kennzeichnet, üaß die Exzentrierungseinrichtung und der Meßgeräteträger vom Sondenkörper mittels zugeordneter Federn abspreizbar sind, die so bemessen sind, daß die auf die Exzentrierungseinrichtungen ausgeübte Kraft größer ist als die auf den Meßgeräteträger ausgeübte.

t>. Sonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Andrückteile vom Sondenkörper mittels zugeordneter.Federn abspreizbar sind, die auf jedes der Andrückteile eine Kraft in Seitenrichtung ausüben, die erneblich größer ist als die auf die Exzentrierungseinrichtungen wirkende.

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