DE2418691A1 - Geraet zum ausrichten eines instruments im bohrloch - Google Patents

Description

DRESSER INDUSTRIES, INC., Dallas/Texas - USA Gerät zum Ausrichten eines Instruments im Bohrloch

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Ausrichten von Bohrinstrumenten im allgemeinen und auf ein solches Gerät zum Ausrichten eines Bohrinstruments in der richtigen Lage zum Ausführen einer gewünschten Bohrarbeit im besonderen.

Bohrinstrumente müssen etwas kleiner im Durchmesser als das Bohrloch sein, um in diesem verwendet werden zu können. Dadurch kann das Bohrinstrument frei durch das Bohr~ loch und eine etwaige Verengung in diesem hindurchgehen. Wenn das Bohrinstrument einmal die richtige Tiefe erreicht hat, soll das Bohrinstrument in eine bevorzugte Lage in bezug auf die Wandung des Bohrlochs gebracht werden. Bisher wurden Bügelfedern und bewegliche Arme zum Halten des Bohrinstruments in der gewünschten Lage zum Ausführen des Bohrvorganges verwendet. Die Erfindung gibt eine neuartige Vorrichtung zum Halten des Bohrinstruments in der gewünschten Lage zum Ausführen einer Bohrarbeit an.

Das Aufsuchen und Fördern von öl und Gas und anderen Naturprodukten in Formationen oder Erd- oder Gesteinsschichten unter der Erdoberfläche erfolgt im allgemeinen

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mittels eines in die Formationen gebohrten Lochs. Obwohl es verschiedene Techniken zum Ausbeuten der Information in bezug auf Lage und Eigenschaft der Formationen gibt, die unter nicht vorher gebohrten Stellen der Oberfläche liegen, ist eine solche Information nur eine Näherung. Andere Techniken werden somit oft während und nach dem Bohren genutzt, um Proben des durchsetzten Materials zu erhalten. Eine bekannte Technik zum Erhalten dieser Proben enthält das Schneiden eines "Kerns" aus Gestein oder Erde mit einem rohrförmigen Bohrmeißel, der am Außenende eines Bohrstranges befestigt ist. Dieses "Verfahren ist zeitraubend und teuer, da stets ein Kern erfaßt und zur Oberfläche gebracht werden muß, wobei der ganze Bohrstrang zuerst aus dem Bohrloch genommen werden muß. Die Kerne werden somit nur in begrenzten Zwischenräumen während des Bohrens entnommen. Zurückziehbare Kernbüchsen, die über den Bohrstrang zur Oberfläche zurückgeholt werden, sind ebenfalls allgemein bekannt. Solche Kernbüchsen erfordern jedoch ein beachtliches Spezialgerät mit Spezialelementen im Bohrstrang.

Eine Probeentnahmetechnik, die mit wesentlich geringeren Kosten durchgeführt werden kann, verwendet ein Drahtseilwerkzeug zum selektiven Entnehmen von Proben aus der Wandung des Bohrlochs in jeder gewünschten Höhe. Dieses Werkzeug, das allgemein als "Seitenwandprober" bekannt ist, enthält einen länglichen Körper mit mehreren öffnungen an seiner Länge, die in der Art eines kurzen Gewehrlaufs wirken, wobei jede dieser "Büchsen" eine explosive Ladung und ein Probenbehältergeschoß besitzt, das seitlich und somit in die Bohrlochwandung geschossen werden kann. Die elektrische Schaltung zum Zünden der Ladung von einem Kontrollpunkt an der Oberfläche her ist im allgemeinen vorgesehen. Ferner werden die Geschosse im allgemeinen an den Seitenwandproberkorper mittels eines oder mehrerer

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Kabel angeschlossen, da die durch die Probenbehältergeschosse aufgenommenen Kerne zurückgeholt werden sollen. Wenn der Körper des Seitenwandprobers aus dem Bohrloch zurückgezogen wird, ermöglichen es somit diese Kabel, daß die Probenbehältergeschosse mit den Kernen aus der Bohrlochwandung herausgezogen und mit diesem Körper zur Oberfläche gebracht werden.

Im Betrieb kann der Seitenwandprober mittels einer üblichen Verkabelungs- und Hebeausrüstung auf den Abschnitt des Bohrlochs gesenkt werden, in dem die Formationen zur Probeentnahme gesucht werden. Danach können ein oder mehrere "Gewehre" abgeschossen werden, um die entsprechenden Probenbehältergeschosse seitlich in die benachbarten Formationen zu schießen. Wenn der Probenentnehmer aus dem Bohrloch heraufgezogen ist, dienen die erwähnten kleinen Kabel, die sowohl am Körper des Seitenwandprobers als auch an den eingebetteten Probenbehältergeschossen angebracht sind, zum Herausziehen der Geschosse aus der Formation, wenn der Probenentnehmer aus dem Bohrloch gezogen wird.

Nichtsdestotrotz bedingen die Vorteile von Selektivität und Geschwindigkeit der durch den Seitenwandproberentnehmer gelieferten Probenentnahme gewisse Probleme bei der Verwendung des Probenentnehmers in schrägen Bohrlöchern. Bohrlöcher, die von der vertikalen Lage abweichen, besitzen einen länglichen Querschnitt, wobei die größte Achse des Bohrlochs in bezug auf die vertikale Richtung gerichtet ist. Während der Probenentnahme bleibt der Körper des Seitenwandprobers am Boden des schrägen Bohrlochs und, sollte das Probengewehr auf das Oberteil des Bohrlochs gerichtet werden, so müssen die Probebehältergeschosse das Bohrloch kreuzen, bevor sie die prüfende Formation erreichen. Dies kann zu einem Einfallen der Kabel,.die die

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Geschosse mit dem Körper des Seitenwandprobers verbinden und zu einem Verlust der gewünschten Probe führen. Unglücklicherweise sind viele Seitenwandprober so konstruiert, daß der Schwerpunkt des Instruments sich in einer Lage befindet, die dazu führt, daß der Seitenwandprober in den Bohrlöchern in der unerwünschten Lage ausgerichtet ist, in der die Probengewehre zum Oberteil des Bohrlochs gerichtet sind. Frühere Verfahren, die dieses Problem betreffen, waren auf das Zentrieren der Seitenwandprober gerichtet, um sicherzustellen, daß das Gerät im Bohrloch richtig ausgerichtet wird. Die Erfindung greift dieses Problem in einer ganz anderen Weise an, bei der Vorrichtungen zum Überdrehen des Seitenwandprobers vorgesehen werden, so daß die Probengewehre verhältnismäßig nach abwärts gerichtet sind.

Beim Führen des Seitenwandbohrers durch das Bohrloch muß dieser durch Verengungen hindurchgehen und ein starrer Aufbau würde unzweckmäßig sein. Beispielsweise kann der Seitenwandprober durch Ausbrennverhinderer oder eine andere Verengung hindurchgehen müssen, wenn er in das Bohrloch gesenkt oder aus ihm herausgezogen wird. Ein starrer vorspringender Aufbau würde verhindern, daß sich der Prober durch die Verengung hindurch bewegt.

In der USA-Patentschrift 3,272,268 wird ein Seitenwandprobenentnahmegerät gezeigt. Dieses enthält einen langen Schaft, der mehrere öffnungen enthält, die in der Art eines kurzen Gewehrlaufs wirken. Eine explosive Ladung wird in Jeden Gewehrlauf gebracht. Ein Geschoß, das seitlich und somit in die Wandung des Bohrlochs abgeschossen werden kann, befindet sich ebenfalls im Gewehrlauf. Wenn die Ladung explodiert, werden die Geschosse in die Formationen neben dem Gerät geschossen. Die Geschosse sind durch Kabel mit dem Gerät verbunden. Wenn der Prober aus

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dem Bohrloch gezogen wird, dienen die erwähnten Zabel, die sowohl am Prober als auch am eingebetteten Geschoß angebracht bleiben, zum Herausziehen des Geschosses und dadurch zum Führen der gewünschten Probe auf die Oberfläche.

In der USA-Patentschrift 2,587 »244- wird ein Gerät zum Schneiden von Rohren in einem Bohrloch gezeigt. Ein Ausführungsbeispiel dieses Gerätes verwendet Bügelfedern, die an der Außenseite des Gerätegehäuses angebracht sind und an der Seite der Wandung des Gehäuses anliegen, um das Gerät gegen die gegenüberliegende Gehäusewandung einzustellen.

Die Erfindung gibt einen Bohrinstrumentenausrienter an, der ein Bohrinstrument in die richtige Lage zum Ausführen der gewünschten Bohrarbeit bringt.

Das Instrument enthält einen Teil, der von einem Kabel durch das Bohrloch geführt werden kann. Am Körper des Instrumentes ist eine Schraubenfeder befestigt, die zum Ausrichten des Instruments in der richtigen Lage zum Ausführen der gewünschten Bohrarbeit dient. Jedes Ende der Schraubenfeder ist am Körper des Bohrinstruments angebracht, wobei der Körper der Feder in rechten Winkeln zum Körper des Instruments herausragt. Die Schraubenfeder berührt die Wandung des Bohrlochs und hält das Instrument in der richtigen Lage zum Ausführen der gewünschten Bohrarbeit. Die Feder verschiebt die Seite des Instruments so, daß es durch Verengungen im Bohrloch hindurchgehen kann. Bei Verwendung mit einem Seitenwandprober absorbiert die Schraubenfeder beim Abschießen des Probengewehrs Rückschlagenergie.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung wer-

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den mit Hilfe der Zeichnungen im einzelnen erläutert. In den Zeichnungen ist:

Figur 1 eine Darstellung eines bisherigen Seitenwand-Probenentnehmergerätes in einem Bohrloch, teilweise im Schnitt;

Figur 2 die Ansicht eines KernbohrgeSchosses des !Probers nach Figur 1, nachdem das Geschoß in die das Bohrloch umgebende Formation abgeschossen worden ist;

Figur 3 die Ansicht eines bisherigen Seitenwandprobers in einem Bohrloch;

Figur 4 eine Seitenansicht eines Probers mit dem Schraubenfederausrichter nach der Erfindung;

Figur 5 eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Seitenwandprobers nach Figur 4;

Figur 6 eine Endansicht des Seitenwandprobers nach Figur in einem Bohrloch;

Figur 7 eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Seitenwandprobers nach Figur 4 in einem Bohrloch; und

Figur 8 eine Seitenansicht eines bisherigen Seitenwandprobers mit einem Bügelfederausrichter;

Figur 9 eine Endansicht eines bisherigen Seitenwandprobers nach Figur 8 in einem Bohrloch; und

Figur 1o eine Endansicht eines Seitenwandprobers nach der Erfindung in einem Bohrloch.

Figur 1 zeigt ein Seitenwandproberentnahmegerat 1 - kurz Seitenwandprober genannt - in einem Bohrloch 2, das von der Erdoberfläche 3 aus verläuft. Das Bohrloch enthält den Seitenwandprober der bisherigen Technik, der dort an einem Kabel 4 hängt, das mittels eines Kabelkopfes 5 9M

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Prober 1 befestigt ist. Das Kabel 4 kann üblicher Art sein und einen oder mehrere elektrische Leiter enthalten, ist mit einem Steuergerät 6 an der Oberfläche verbunden und dient zum Bewegen des Gerätes 1 in und aus dem Bohrloch 2. Die Tiefe, in der der Prober 1 sich im Bohrloch befindet, kann durch ein übliches Meßrad bestimmt werden, an dem das Kabel 4 hängt und über das es gezogen wird.

Der Seitenwandprober 1 enthält einen länglichen Körper 8 mit mehreren Vorgeschossen 9> die so angeordnet sind, daß sie seitlich in die Wand des Bohrlochs 2 geschossen werden können, was noch im einzelnen erläutert werden wird.

Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, ist auch jedes Geschoß 9 durch ein oder mehrere Kabel 1o oder andere biegsame geei|piete Verbindungen mit dem Körper 8 verbunden«

Figur 2 zeigt einen Abschnitt des Bohrlochs 2 und des Körpers 8, wobei das Geschoß 9 so in die Wandung des Bohrlochs geschossen worden ist, daß eine Probe der benachbarten Erdschicht 3 entnommen werden kann. Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, ist das Geschoß 9 niit einer großen Schneidekante 11 versehen, die ein Kernloch 12 mit einem größeren Durchmesser als der des Körpers des Geschosses 9 schneidet, um zu verhindern, daß das Geschoß 9 in den getroffenen Informationen der Erdschicht 3 zu fest eingebettet wird. Die befestigten Kabel 1o sollten so lang sein, daß das Geschoß ausreichend tief in die Erdschicht 3 eindringen und durch einen Bohrschlamm hindurchgehen kann, der sich vor der Wandung des Bohrlochs abgelagert haben gann. Wenn der Körper 8 aus dem Bohrloch 2 gezogen wird, dienen die Kabel 1o zum Herausziehen eines jeden Geschosses aus dem jeweiligen Kernloch 12 und zum Heraufbringen, damit der in jedem Geschoß 9 enthaltene Kern an der Oberfläche getestet und analysiert werden kann. Da

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die Bohrlöcher, wie in den Figuren 1 und 2 zu sehen ist, einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser haben, muß der Körper 8 einen kleineren Durchmesser haben und demnach der Gewehrlauf 13 jedes Gewehrs mindestens etwas kürzer sein als der Gesamtdurchmesser des Körpers 8.

Figur 3 zeigt den Seitenwandprober 1 der bisherigen Technik in einem schrägen Bohrloch 14. Das Bohrloch 14 besitzt einen länglichen Querschnitt, wie dies bei diesen Bohrlöchern üblich ist. Wenn der Seitenwandprober 1 der bisherigen Technik auf der Unterseite 15 ci.es Bohrlochs aufliegt, besteht ein beachtlicher Abstand zwischen dem Körper 8 des Probers 14 und der oberen Seite 16 des Bohrlochs 14. Das Geschoß 9 des Probers 1 wird deshalb eine Strecke zurücklegen müssen, bevor es die Oberseite 16 des Bohrlochs 14 erreicht. Bs ergibt sich somit ein beachtlicher Verlust an kinetischer Energie, bevor das Geschoß 9 die Formation an der Oberseite 16 des Bohrlochs 14 erreicht hat. Außerdem besteht die Gefahr, daß das tragende Kabel 1o wegen des Abstandes zwischen dem Prober 1 und der Oberseite 16 des Bohrlochs 14 reißt. Ein gerissenes Kabel würde aber den Verlust des Probengeschosses 9 zur Folge haben und verhindern, daß die gewünschte Probe erhalten wird. Die Geometrie und die Gewichtsverteilung des Probers 1 ist so, daß der Prober auf der Unterseite 15 des schrägen Bohrlochs aufzuliegen versucht, wobei die Geschosse 9 zur Oberseite des Bohrlochs gerichtet sind.

Figur 4 zeigt einen Seitenwandprober 17 mit einem Schraubenfederausrichter, der einen länglichen Körper 18 mit mehreren so angeordneten Geschossen 19 besitzt, daß diese seitlich in die Bohrlochwandung geschossen werden können. Am oberen und unteren Ende des Körpers 18 ist je eine Schraubenfeder 2o bzw. 21 angebracht, die nach außen senkrecht zum Körper 18 des Probers 17 herausragen. Die obere

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Feder 2o wird in Figur 5 als Einzelheit gezeigt. Ein Ende 22 der Feder 2o sitzt fest in einem Loch 23 in einer Halterung 24, die vom Körper 18 absteht. Das Ende des Drahtes 25, der die Feder 2o bildet, ist an der Halterung 24 befestigt. Das andere Ende 26 der Feder 2o sitzt fest in einem Loch 2? in der Halterung 24 und das andere Ende des Drahtes 28 der Feder 2o ist an der Halterung 24 befestigt.

Figur 6 zeigt den Seitenwandprober 17 ic einem schrägen Bohrloch 29. Die Federn 2o und 21 berühren die Wandung des Bohrlochs 29 und halten den Prober 17 in einer Lage, in der die Probengeschosse 19 zur Wandung des Bohrlochs 29 gerichtet sind und nahe an dieser liegen. Wenn der Prober 17 durch eine Verengung im Bohrloch hindurchgehen muß, biegen sich die Schraubenfedern 2o und 21 an den Seiten des Körpers 18 in axialer Richtung, so daß er durch die Verengung hindurchgehen·kann. Wie Figur 7 zeigt, hat die Feder 2o einen Vorsprung 3o berührt, der von der Wandung des Bohrlochs 29 aus verläuft. Die Feder 2o ist zur Seite des Körpers 18 gebogen worden und der Prober 17 kann durch die vom Vorsprung 3o gebildete Verengung hindurchgehen. Wenn der Prober 17 durch die Verengung hindurch gelangt ist, springt die Feder 2o in ihre Ausgangslage zurück, die praktisch senkrecht aus dem Körper 18 heraustritt.

In dem Seitenwandprobengerät 17 befindet sich ein Quecksilberschalter, der anzeigt, daß der Prober sich in der Abschußlage befindet. Der Schalter kann üblicher Art sein, z.B. wie er auf Seite 282 des Buches "Electronics and Nucleonics Dictionary, Cook and Markus, McGraw-Hill 196o, beschrieben ist.

Figur 8 zeigt eine« anderes Seitenwandprobenentnahmegerät

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der bisherigen Technik, das einen Körper 32 besitzt, der von einem Kabel in üblicher Weise durch Bin Bohrloch geführt werden kann. Am Körper 32 sind mehrere Probengeschosse 33 so angebracht, daß sie seitlich in die das (nicht gezeigte) Bohrloch umgebendes. Formationen geschossen werden können. Am Körper 32 ist eine Bügelfeder 34 zum Ausrichten des Seitenwandprobers 32 in der richtigen Abschußstellung befestigt. Der Prober 31 befindet sich in einem geneigten Bohrloch 35 (Figur 9)· Di© Mittelachsen 36 der Probengeschosse 33 bestimmen die Schußlinie der Geschosse 33· Der Winkel !X zwischen der Abschußlinie (Mittelachse 36) der Geschosse 33 und einer Linie 37 (einer horizontalen Linie) für optimales Arbeiten des Probers soll annähernd 9o° betragen. Der Abstand a zwischen der Mittelachse 36 der Probengeschosse 33 und dem Berührungspunkt der Bügelfeder 34-,und der Wandung des Bohrlochs 35 beeinflußt den Abschußwinkel ι,χ . Bei den bisherigen Seitenwandprobengeräten ist der Abstand a klein und der Abschußwinkel kleiner als der optimale 9o°-Winkel.

Figur 1o zeigt eine* Seitenwandprobenentnahmegerät 38 in einem Bohrloch 39 mit einem Körper 4o, einem Probengeschoß 41 und Schraubenfederausrichter 42. Der Abstand a zwischen der Mittelachse 43 des Geschosses 41 und dem Berührungspunkt von Schraubenfederausrichter 42 und Bohrlochwandung 19 ist größer als der Abstand a des bisherigen Probers. Der Winkel (X . zwischen der Mittelachse 43 und der Linie 44 (eine horizontale Linie) ist ebenfalls größer als der Winkel (X bei der bisherigen Technik und nähert sich dem optimalen 9o°-Winkel. Der Schraubenfederausrichter 42 verbessert die Ausbildung des Seitenwandprobenentnahmegerätes 38 durch einen besseren Abschußwinkel _o

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Zusammenfassung

Die Erfindung bezieht sich, auf eine Einrichtung zum Ausrichten eines Bohrinstruments in der richtigen Lage in einem Bohrloch zum Ausführen der gewünschten Bohrarbeit, line Schraubenfeder tritt in rechtem Winkel zum Körper des Instruments nach außen heraus und stellt sicher, daß das Instrument sich in der richtigen Lage zum Ausführen der gewünschten Bohrarbeit befindet. Bei Verwendung mit einem Seitenwandprobenentnahmegerat absorbiert die Schraubenfeder die Rückstoßenergie, die beim Abschuß des Probengewehrs entsteht. Wenn das Instrument durch Verengungen im Bohrloch geführt wird, biegt sich die Schraubenfeder an der Seite des Instruments, so daß dieses leicht durch die Verengung hindurch gelangen kann.

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Claims (6)

DA-73-2 Pall 245 DRESSER IM)USTRIES, INC., Dallas/Texas - USA Patentansprüche

1. Gerät zum Ausführen einer Bohrarbeit in einem Erdbohrloch mit einem durch das Bohrloch zu führenden Instrumententeil, in dem sich eine Einrichtung zum Ausführen der Bohrarbeit befindet, gekennzeichnet durch eine Schraubenfeder (2o, 21), die an diesem Instrumententeil (18) befestigt ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (2o) mit beiden Enden an dem Teil (18) befestigt ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (2o) senkrecht aus dem Körperteil (18) heraustritt.

4. Gerät nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung anzeigt, wenn das Körperteil (18) sich in der richtigen Lage zum Ausführen der Bohrarbeit befindet.

5. Gerät nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Schraubenfeder (21) mit beiden Enden am Körper (18) befestigt ist.

6. Gerät nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Probenentnahmegerät mit Probengeschossen (19) versehen ist, die eine Probe der Formation aufnehmen,

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daß Einrichtungen zum Abschießen der Geschosse aus dem Körper in die Formation vorgesehen sind,

daß die Geschosse (19) mit dem Körper (18) durch Verbindungseinrichtungen verbunden sind, und

daß eine Schraubenfeder (2o) mit einem ersten Ende am Körper (18) und mit einem zweiten Ende am Probenentnahmegerät (17) befestigt ist und zum Probenentnahmegerät (17) senkrecht verläuft.

7· Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Schraubenfeder (21) mit einem ersten Ende am Körper (18) und mit einem zweiten Ende jam Pjfbbenentnahmegerät (17) befestigt ist und sejk/echW zum Probenentnahmegerät (17) verläuft.

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ORIGINAL INSPECTED

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