DE2428278A1

DE2428278A1 - Vorrichtung zum feststellen der position und der geschwindigkeit eines bohrwerkzeugs

Info

Publication number: DE2428278A1
Application number: DE19742428278
Authority: DE
Inventors: Andre Delestrade; Roger Marce
Original assignee: Compagnie Francaise des Petroles SA; Compagnie Generale dAutomatisme SA
Current assignee: Total Compagnie Francaise des Petroles SA; Compagnie Generale dAutomatisme SA
Priority date: 1973-06-28
Filing date: 1974-06-12
Publication date: 1975-01-16
Also published as: JPS5037602A; GB1448399A; AU6997774A; NO143641C; IT1019629B; JPS5647357B2; IE40149B1; NO144249C; NO144249B; FR2235264A1; BE816804A; IE40149L; NL7408716A; FR2235264B1; DK347074A; CA1052909A; NO790885L; NO742340L; US3891038A; NO143641B

Description

^{P 879}° Patentanwälte ' C 3 5 4 8

Mani'tz, Fin^ir.vs.i * Orämkow . κ,^

B München 22, r^Sjcrt-i-'ucn-SiraSe 1

COMPAGNIE FRAiTCAISE DES HETROIES 5, rue Michel Auge, 75781 PARIS CEDEX 16 (Frankreich)

■und

COlPAGNIE GENERALE D'AÜTOMATISME 12, rue de la Baume, 75008 PARIS (Prankreich)

VORRICHTUNG ZUM FESTSTEHEN DER POSITION UND DER GESCHWINDIGKEIT EINES BOHRWERKZEUGS

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der verschiedene -Parameter, deren Kenntnis beim Niederbringen einer Bohrung, beispielsweise beim Bohren von Erdöl, nützlich ist, genau gemessen werden kb'nnenj bei diesen Parametern handelt es sich beispielsweise um die Tiefe der Bohrung um die Position des Bohrwerkzeugs und um die Eindringgeschwindigkeit des Werkzeugs beim Bohrvorgang.

Wenn das Bohren auf dem Festland stattfindet, ist die Bestimmung dieser Parameter relativ leicht, weil man sich innerhalb eines in bezug auf das Bohrloch festen Bezugssystems befindet^ geschieht das Bohren auf dem Meer von einem Schiff aus,

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wird die Bestimmung dieser Parameter komplizierter, da |nan sich infolge der Gezeiten, des Seegangs und der unvollkommenen Verankerung des Schiffs in einem "beweglichen Bezugssystem befindet.

Mit Hilfe der Erfindung können ausgehend von über dem Wasser gesammelten Informationen die Eindringgeschwindigkeit des Bohrwerkzeugs, seine Position und die Bohrlochtiefe festgestellt werden.

Bei einem solchen Bohrsystem trägt das Schiff einen Bohrturm, der seinerseits einen Seilzug aufweist, an dessen unteren Seilrollen mit Hilfe eines Hakens ein Gestänge aufgehängt ist, an dessen Ende sich das Bohrwerkzeug befindet» Zur Schmierung des Bohrwerkzeugs wird im Innern des Gestänges Schlamm auf den Bohrlochgrund geschickt, der durch den von den Bohrlochwandungen und der äusseren Oberfläche des Gestänges begrenzten ringförmigen Kanal wieder nach oben steigt. Es ist also notwendig, zwischen der auf dem Meeresboden befindlichen Bohrlochöffnung und dem Schiff eine Leitung vorzusehen, mit der die Schlammzuführung stets aufrechterhalten werden kann.

Im allgemeinen handelt es sich um ein rohrförmiges Teil (englisch EISEE), das das Bohrloch bis ins Innere des Schiffs verlängert. Dieses rohrförmige Stück wird auf dem Meeresboden verankert und mit Hilfe von mindestens zwei in der Fähe des oberen Endes dieses rohrförmigen Stücks angebrachten Seilen praktisch in der Senkrechten gehalten; diese Seile laufen

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über Umkghrröllen, die in fester Stellung im Innern des Schiffs montiert sind, und sind an ebenfalls in fester lage im Innern des Schiffs angeordneten Seilwinden "befestigt. Das Bohrgestell verläuft durch einen festen Punkt, des Schiffs. Im besonderen Fall eines Bohrens mit einem Bohrgestänge, das in !Rotation versetzt wird, wird dieser feste Punkt vom Bohrtisch gebildet.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Peststellen der Position eines Bohrwerkzeugs und der Bohrgeschwindigkeit, wobei das Bohrwerkzeug an einem Ende eines an einem Haken eines Seilzugs aufgehängten Bohrgestänges angeordnet ist, wobei dieser Seilzug an der Spitze eines auf einem Schiff befindlichen Bohrturms befestigt ist und wobei das Bohrgestänge stets durch einen festen Punkt des Schiffs geführt wird, während ein Seil über den Seilzug läuft und mit einem Ende an einer Seiltrommel und mit einem zweiten Ende an einem festen Punkt des Schiffs befestigt ist, wobei ein Organ zum Ausgleich der senkrechten Lageveränderungen des Schiffs in bezug auf den Meeresboden die oberen Seilrollen des Seilzugs mit dem Bohrturm.oder die unteren Seilrollen mit dem Haken verbindet, wobei ein ringförmiges Teil zwischen der Bohrloch-Sffnung und dem Schiff um das Gestänge angeordnet, im Meeresboden verankert ist und mit seinem oberen Teil mit Hilfe von mindestens zwei Seilen gehalten wird, die durch in fester Stellung im Schiff angebrachte Seilwinden gespannt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen ersten Signalgeneratör enthält, der ein für die länge des ersten

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abgewickelten Seils charakteristisches Signal liefert, ferner einen zweiten Signalgenerator enthält, der ein für die Verlängerung des Ausgleichsorgans charakteristisches Signal liefert, sowie ein Organ zum Messen der auf den Haken des "Seilzugs ausgeübten Kraft enthält, das einem dritten Signalgenerator zugeordnet ist, der eine Information über die gesamte Länge des Bohrgestänges empfängt und ein für die Verlängerung des Bohrgestänges charakteristisches Signal liefert, das sich aus der Resultante seines Eigengewichts und aus dem auf das Bohrwerkzeug im Grunde des Bohrlochs ausgeübten Druck ergibt, ausserdem einen Schaltkreis zum Messen der Länge zwischen dem oberen Ende des rohrförmigen Teils und dem festen Durchgangspunkt des Gestänges enthält, wobei diesem Messehaltkreis ein vierter Signalgenerator zugeordnet ist, der ein für diese Länge charakteristisches Signal liefert» und schliesslich einen Verarbeitungsschaltkreis enthält, dem diese vier Signale zugeführt werden und der eine zu der algebraischen Resultante der Längenveränderungen des abgewickelten Seils, der Verlängerung des Bohrgestänges, der Länge des Abstands zwischen dem oberen Ende des rohrförmigen Teils und dem festen Durchgangspunkt des Gestänges und der Verlängerung des Ausgleichsorgans proportionale Grosse erarbeitet, die für die Position des Bohrwerkzeugs repräsentativ ist. Gemäss einer besonderen Ausführung ist die erfindungsgemässe Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie einen ersten Impulsgenerator enthält, der einen Vorwärtszählimpuls liefert, wenn das über den Seilzug laufende Seil um

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eine gegebenen Länge von der Seiltrommel abgewickelt wurde, ■und einen Rückwärtszählimpuls, wenn das Seil um dieselbe Länge wieder aufgewickelt wird, ferner einen zweiten Impulsgenerator enthält, der einen Vorwärtszählimpuls liefert, wenn die oberen Seilscheiben des Seilzugs um eine gegebene Strecke gesenkt werden, und einen Rückwärtszählimpuls im umgekehrten Fall, ausserdem ein Organ zum Messen der auf den. Haken durch das Bohrgestänge auf den Seilzug ausgeübten Kraft enthält, dem ein dritter Impulsgenerator zugeordnet ist, der eine Information über die Gesamtlänge des Bohrgestänges empfangt und einen Vorwärtszählimpuls liefert, wenn die auf den Haken ausgeübte Kraft um einen gegebenen Wert erh'dht wird, der einer Verlängerung des Gestänges aufgrund der Resultante seines Eigengewichts und des auf das Bohrwerkzeug auf dem Grund des Bohrlochs ausgeübten Drucks entspricht, und einen RUckwärtszählimpuls, wenn die auf den Haken ausgeübte Kraft um denselben Wert abnimmt, darüber hinaus einen Schaltkreis für das Messen der Länge zwischen dem oberen Ende des rohrförmigen Teils und dem festen Durchgangspunkt des Gestänges enthält, wobei diesem Schaltkreis ein vierter Impulsgenerator zugeordnet ist, der einen Vorwärtszählimpuls liefert, wenn diese Länge um einen gegebenen Wert abgenommen hat, bzw, einen RUckwärtszählimpuls für den umgekehrten PAIl, und schliesslich einen Verarbeitungsschaltkreis enthält, der einen ersten Vor-und Rückwärtszähler aufweist, der die von den vier Impulsgeneratoren gelieferten Impulse aufnimmt und dessen Inhalt so für die Lage des Bohrwerkzeugs repräsentativ ist.

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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren wird anschliessend ein Beispiel der Erfindung beschrieben.

Fig. 1 stellt schematisch in Seitenansicht eine Meeresbohranlage mit erfindungsgemässen Mitteln dar.

Fig, 2 zeigt die Anlage im einzelnen,

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der elektronischen Hechenkreise für den Fall eines Beispiels mit Impulsgeneratoren und Vorwärts-Rückwärtszählern.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Bohranlage mit einer Bohrinsel 1O₅ auf der ein Bohrturm 11 angeordnet ist. Die oberen Seilscheiben 12 eines Seilzugs 13 werden von diesem Bohrturm mit Hilfe einer Ausgleichsvorrichtung 14 gehalten, mit der die senkrechten Bewegungen der schwimmenden Bohrinsel ausgeglichen werden können j die oberen Seilscheiben des Seilzugs bleiben so auf einer in bezug auf den Meeresboden 15 fast konstanten H*öhej die unteren Seilscheiben 17 des Seilzugs tragen einen Haken 18, an dem ein Bohrgestänge 19 hängt, an dessen Ende ein Bohrwerkzeug 20 angebracht ist. Ein Seil 21 läuft über den Seilzug und ist einerseits an einer Winde 22 und andererseits an einem festen Punkt 23 des Bohrturms befestigt.

Das Bohrloch 24 wird künstlich bis ins Innere der schwimmenden Bohrinsel verlängert, indem senkrecht auf dem Meeresboden in der Verlängerung des Bohrlochs ein rohrförmiges Teil 25 (englisch RISER) angebracht wird, durch das das

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Bohrgestänge verläuft; am oberen Teil dieses rohrförmigen Teils sind zwei Seile 26, 27 befestigt; das Seil 26 ist mit einer Winde 28 unter konstanter Spannung, das Seil 27 mit der Winde 29 ebenfalls unter konstanter Spannung verbunden. Die beiden Seilwinden sind symmetrisch zueinander zur Achse des rohrförmigen Teils 25 angeordnet· ein Betonsockel hält das rohrförmige Teil 25 auf dem Meeresboden 15 fest. Das Bohrgestänge 19 wird beispielsweise mit Hilfe eines Bohrtischs 31? der in bezug auf die schwimmende Bohrinsel fur das Bohrgestänge einen festen Durchgangspunkt bildet, in Hotation versetzt.

Die verschiedenen Messorgane für die Parameter sind;

1 „ eine Vorrichtung 32 zum Messen des Abwickeins des Seils 21. Diese Vorrichtung ist beispielsweise aus der Anmeldung des ersten Zusatzes zur französischen Patentschrift Hr. 1.533*960 bekannt.

Diese Vorrichtung umfasst einen Impulsgenerator 42, der jedesmal dann einen Vorwärtssählimpuls liefert, wenn das Seil 21 um eine gegebene Länge in gegebener Bichtung abgewickelt wird, und einen Büclw/ärtszählimpuls, wenn das Seil um dieselbe Länge in entgegengesetzter Bichtung läuft. Diese willkürliche gewählte Länge ist ein Vielfaches der Sink- oder Steiglänge des Bohrwerkzeugs, und das Verhältnis dieser Längen hängt direkt von der Anzahl der Seilscheiben des Seilzugs ab;

2. eine Vorrichtung 33 zum Messen der Stellung der Achse der oberen Seilscheiben des Seilzugs. Sie umfasst

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beispielsweise eine in bezug auf die schwimmende Bohrinsel in fester Stellung befindliche Zahnstange, die einem Zahnrad zugeordnet ist. Ein Impulsgenerator 43 liefert jedesmal dann einen Vorwärtszählimpuls, wenn sich der Abstand zwischen der Achse der Seilscheiben 12 und einem festen Bezugspunkt an der Bohrinsel um eine gegebene Länge geändert hat, und einen Rückwärtszählimpuls bei umgekehrten Abstandsänderung»

Dieser Abstand ändert sich nämlich aus folgenden Gründen s

Die oberen Seilscheiben des Seilzugs sind am Bohrturm mit Hilfe des Ausgleichsystems befestigt, das unter konstantem Druck stehender Druckzylinder umfasst. Wenn die Bohrinsel infolge der Meeresdünung nach unten bewegt wird, so nimmt die Kraft am Haken wegen der Zunahme des Drucks des Bodens auf den Bohrkopf ab; die Druckzylinder .wirken dann so, dass die oberen Seilscheiben des Seilzugs nach oben bewegt werden, damit die Kraft am Haken auf ihren Anfangswert zurückgebracht wird«, Die Druckzylinder wirken im entgegengesetzten Sinne, wenn die Bohrinsel steigt.

3. eine Vorrichtung 34 zum Messen der sich aus der Resultante seines Eigengewichts und des vom Boden auf das Werkzeug ausgeübten Drucks ergebenden Verlängerung des Bohrgestänges«,

Diese Vorrichtung enthält einen Kräftemesser am Haken 18, beispielsweise einen entweder am Haken oder am befestigten Strang 21a des Seils 21 angebrachten Kräftemesstabj

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ihm ist ein Digitalanalogwandler zugeordnet, der das Messergebnis des Kräftemessers in einen digitalen Wert umsetzt* Ein Impulsgenerator 44 erarbeitet jedesmal dann einen Vorwärtszählimpuls,wenn die Verlängerung des Gestänges einen bestimmten Wert erreicht«, Der Generator "berücksichtigt entsprechend dem HOOK¹ sehen Gesetz die physikalischen Eigenschaften des Gestänges (Querschnitt, Young'sches Modul usw.), den oben angeführten digitalen Wert, der die Kraft am Haken repräsentiert, sowie die Gesamtlänge des Gestänges. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Information über die Gesamtlänge durch den Arbeitsschaltkreis selbst erstellt, wie es weiter unten gezeigt wird_o Ein Bückwärtszählimpuls wird jedesmal dann gegeben, wenn das Gestänge um dieselbe Länge verkürzt wird ^

4 c, eine Vorrichtung 35 zum Messen der Länge zwischen dem oberen Ende des rohrförmigen Teils 25 und dem Bohrtisch 31 * Sie umfasst zwei Messgeräte für das Abwickeln der Seile 26 und 27 und einen Funktionengenerator, der diese Länge ausgehend von der Länge der Stränge der Seile 26 und 27 zwischen der ?/inde und dem !rohrförmigen Teil_s von der Länge der Abwicklung jedes dieser Stränge und von den jeweiligen Stellungen der V/inden 28, 29 und des Bohrtischs 31 errechnet. Die Vorrich.tr.mg 35 ist einem Impulsgenerator 45 zugeordnet, der Vor- und Eückwärtszählimpulse jedesmal dann liefert, wenn diese Länge sich, um einen gegebenen Wert In der einen oder anderen Richtung ändert, je nach den Bewegungen im Verhältnis zur Bohrlochachse_y

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die insbesondere von der Ufeeresdünung, den Gezeiten und den Ankerabständen abhängen.

Pig. 2 gibt eine geometrische Darstellung der Vorrichtung wieder, mit der die Entfernung zwischen dem oberen Ende des rohrförmigen Teils 25 und dem festen Durchgangspunkt 31 für das Gestänge durch Messen des Abwickelns der Seile 26 und 27 und ausgehend von den Konstanten des Systems errechnet werden kann: das rohrf'drmige Teil 25 ist mit der Bohrinsel über mindestens zwei Seile 26 und 27 verbunden, die durch Seilwinden gespannt werden, die diese Seile je nach den Lageveigaderunger;. der Bohrinsel verlängern oder verkürzen, wobei die Längenveränderungeii dieser Seile das Auftreten eines für die Abstandsänderungen zwischen einem festen Punkt der Bohrinsel und der Eingangs'öffnung des Bohrlochs auf dem Meeresboden repräsentativen Signals hervorrufen.

Als Beispiel sei angenommen, dass die Seile konstante Spannung aufweisen und über die TJmlenkrollen laufen. Diese Rollen weisen Signalgeneratanea (Impulse oder kodierte Signale) auf, die auf einen Punktionengenerator einwirken, dessen Ausgang das für die Abstandsveränderungen repräsentative Signal liefert. Die Arbeitsweise ist fttr den Pail von zwei Seilen die folgende: in Pig. 2 werden zv/ei Seilscheiben dargestellt, deren jeweilige Mittelpunkte Q und E s±nd, die sich in der Praxis in einer Entfernung von etwa 4 m befinden? der Radius R der Scheiben beträgt etwa 0,5 m» Das Bohrgestänge läuft durch einen festen Punkt P, gewöhnlich der Mittelpunkt des B0h.rtisch.S5, der

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senkrecht über dem Mittelpunkt der Strecke QK in ungefähr 2 m Entfernung liegt. Die auf die Seilscheiben bis C und E aufgerollten Seile verlaufen zwischen CC¹ und EE¹ gradlinig, wobei die Punkte C* und E* sich auf dem rohrförmigen Teil direkt gegenüber liegen!, der. Mittelpunkt zwischen C* und E^f ist mit 0* bezeichnet. In der Praxis überschreitet der Winkel zwischen PO¹ und PO in weniger als 4$ der Fälle 4° und erreicht niemals 8°. Ferner kann bei einem Wert von etwa 0,8 m für E¹ G* angenommen werden, dass die Aohse des Gestänges nicht weit vom Punkt 0* verläuft. Der Abstand 00» variiert normalerweise zwischen 6 und 14 m. Unter diesen Bedingungen kann gezeigt werden, dass es möglich ist,, die folgenden drei Annäherungen vorzunehmen? -

- PO¹ kann durch die Summe P 0" + 0" O¹ ersetzt werden, wobei 0" Mittelpunkt der Strecke C E ist und der Winkel P 0" 0» fast 180 ° ausmächt.

- die Verschiebung der'Punkte C und E auf den Seilscheiben kann vernachlässigt werden, was "vor allem, wenn angenommen wird, dass die Seilscheiben still stehen, daraus hinausläuft, dass die von C¹ und E' beschriebenen Evolventen mit Kreisen zusammenfallen.

-es sei angenommen, dass die Projektion von C¹E' auf CE gleich C¹E¹ ist.

"":" Mit, diesem Annäherungen kann die Berechnung der Länge P O¹ .einfach dadurch erfolgen, dass die Mittellinie O¹ 0" des Vierecks C C^TE^{E berechnet und hier ein konstanter Yiert PO"

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hinzuaddiert wird. Darüber hinaus rechtfertigt die zweite Annäherung, das direkte Messen der Längen C C* und E E* durch eine Messung der Rotation-der entsprechenden Seilscheiben zu ersetzen.

Es ergibt sich:

2 2 2 1/2

_p0, _2 (OC + E E⁹ ) - E C + 2E C - E*C^f + 0" P

Natürlich kann auch anstelle der länge der tragenden Seile die Lange von davon getrennten Seilen gemessen werden, die keine Tragefunktion haben«

Die Messgeräte für das Abwickeln der Seile 26 und messen die Eotationswinkel a und b der Umkehrrollen, deren jeweilige Mittelpunkte Q und K sind; ist H der Viert des Radius dieser Rollen, so ergibt sich: C C¹ = Ra + Konstante

EE* = Rb + Konstante

PUr den Fall, dass das rohrf'drmige Oleil von mehr als zwei Seilen getragen wird, ist die Berechnung der Entfernung P 0* zwar schwieriger, jedoch im Prinzip gleich und mit ahnlichen Annäherungen möglich«

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltung für die Nutzung der Messwerte. Sie umfasst die Impulsgeneratoren 42, 43» 44 und 45; jeder dieser Generatoren weist zwei Ausgänge auf, von denen einer die Vorwärtszählimpulse und der andere die Rückwärtszählimpulse liefert. Die ersten Ausgänge sind mit dem Zeichen +, die zweiten mit dem Zeichen.- gekennzeichnet,

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-HT-

Die Ausgänge der Generatoren 42 bis 44 sind mit einem ersten Eingang eines UND-Gatters verbunden, dessen zweiter Eingang mit einer Vorrichtung in Verbindung steht, die ein Signal 46 liefert, wenn das Gestänge 19 tatsächlich am Haken 18 hängt. Bei Arbeitsgängen wie beispielsweise Hinzufügen von Stangen, wo die Gestängearmatur vom Haken abgenommen und direkt an der Bohrinsel festgemacht wird, wird die Lage des Bohrkopfs weder durch die Seilwinde noch durch die Ausgleichsvorrichtung beeinflusst. Sie hängt dagegen von der Lage der Bohrinsel in bezug auf den Meeresboden ab, die am RISER gemessen wird. Die Arbeitsgänge werden normalerweise mit leicht angehobenem Bohrkopf durchgeführt, der dann nicht mehr den Grund des Bohrlochs berührt; der die Verlängerung des Gestänges anzeigende Generator kann ebenfalls abgeschaltet werden.

Die Ausgänge für das Vor- und Rückwärtszählen werden an einen Antikoinzidenzschaltkreis 47 angeschlossen, der ebenfalls zwei Ausgänge aufweist, einen für die Vorwärtszählimpulse und den anderen für die Rückwärtszählimpulse.

Die Ausgänge des Schaltkreises 47 werden zu einem Vorwärts-RückwSrtszähler 48 geführt.

Ein Anzeigeorgan 50 ist mit dem Zähler 48 verbunden. Die von diesem Organ 50 gelieferte Information ist. die Lage des Bohrwerkzeugs. Dazu muss beispielsweise:

- der Generator 42 Vorwärtszählimpulse liefern, wenn das Messgerät 32 ein Entspannen des Seils feststellt;

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-Atf-

- der Generator 43 Vorwärtszählimpulse liefern, wenn die oberen Seilscheiben des Seilzugs im. Verhältnis zum Bohrturm gesenkt werden;

- der Generator 44 Rückwärtszählimpulse liefern, wenn das Gewicht am Haken abnimmt;

- der Generator 45 Rückwärtszählimpulse liefern, wenn der Abstand zwischen dem oberen Ende des rohrförmigen Teils und dem Bohrtisch zunimmt.

Natürlich könnte das Ausgleichsorgan 14, anstatt die oberen Seilscheiben des Seilzugs mit dem Bohrturm zu verbinden, ebenso gut den Haken 18 mit den unteren Seilscheiben 17 des Seilzugs verbinden; in diesem Fall würde der Generator 43 Vorwärtsimpulse liefern, wenn die unteren Seilscheiben im Verhältnis zum Haken nach oben bewegt würden, d.h, bei einer Verlängerung des Ausgleichsorgans.

Für den Fall, dass beispielsweise keine Impulsgeneratoren verwendet werden, sondern Signalgeneratoren, die ein für den Messwert charakteristisches Signal liefern, ist es selbstverständlich, dass die Verlängerung der Ausgleichsvorrichtung stets algebraisch hinzugefügt werden kann, wenn sie mit dem richtigen Vorzeichen versehen wird. Wenn die Ausgleichsvorrichtung die Seilscheiben mit dem Bohrturm verbindet, so entspricht das positive Vorzeichen der Abwärtsbewegung der Seilscheiben in bezug auf den Bohrturm. Wenn dagegen die Ausgleichsvorrichtung die Seilscheiben mit dem Haken verbindet, so ent-

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spricht das positive Vorzeichen der Aufwärtsbewegung der Seilscheiben in bezug auf den Haken.

Der Ausgang-des Zählers 48 ist mit einem Eingang des Generators 44 verbunden, um ihm die Information über die Gesamtlänge des Gestänges zu liefern, die zur Bestimmung der Verlängerung dieses Gestänges notwendig ist.

Der positive Ausgang des Schaltkreises 47 ist über einen ersten Eingang eines UND-Gatters mit zxvei Eingängen, dessen zweiter Eingang ein Signal 52 empfängt, wenn der Bohrkopf im Einsatz ist, um stets die Tiefe des Bohrlochs anzuzeigen, mit einem Zähler 51 verbunden, der mit einer Anzeigevorrichtung 58 ausgestattet ist.

Ein Vorwärts-Rückwärtszähler 53 ist an die Ausgänge des Antikoinzidenzschaltkreises 47 angeschlossen.

Die Ausgänge dieses Zählers sind mit einem Teilerschaltkreis 54 verbunden, der eine Taktinformation von einem Taktgeber 55 empfängt.

Der Teiler erstellt so einen für die senkrechte Ver« Schiebegeschwindigkeit des Bohrkopfs repräsentativen Quotienten«

Damit mehrere aufeinander folgende Messungen dieser Geschwindigkeit unter vergleichbaren Bedingungen durchgeführt werden, ist vorgesehen, dass der Taktgeber seine Information nur zu Zeitpunkten liefert, die Durchgängen durch einen gegebenen Wert und einer bestimmten Richtung des vom dem Generator

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45 zugeordneten Rechner gemessenen Längenwerts entsprechen.

Zu diesem Zweck wird ein Synchronisierschaltkreis. 56 vorgesehen, der in den angegebenen Augenblicken Befehlsimpulse für den Taktgeber erstellt.

Der Inhalt des Teilers wird durch ein Anzeigeorgan 57 angezeigt.

- Patentansprüche 409883/0328

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1, Vorrichtung zum Feststellen der Position eines Bohrwerkzeugs und der Bohrgeschwindigkeit, wobei das Bohrwerkzeug an einem Ende eines an einem Haken eines Seilzugs aufgehängten Bohrgestänges angeordnet ist, wobei dieser Seilzug an der Spitze eines auf einem Schiff befindlichen Bohrturms befestigt ist und wobei das Bohrgestänge stets durch einen festen Punkt des Schiffs geführt wird, während ein Seil über den Seilzug läuft und mit einem Ende an einer Seiltrommel und mit einem zweiten Ende an einem festen Punkt des Schiffs befestigt ist, wobei ein Organ zum Ausgleich der senkrechten Lageveränderungen des Schiffs in bezug auf den Meeresboden die oberen Seilrollen des Seilzugs mit dem Bohrturm verbindet, wobei ein ringförmiges Teil zwischen der Bohrlochöffnung und dem Schiff um das Gestänge angeordnet, im Meeresboden verankert ist und mit seinem oberen Teil mit Hilfe von mindestens zwei Seilen gehalten wird, die durch in fester Stellung im Schiff angebrachte Seilwinden gespannt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen ersten Signalgenerator (32, 42) enthält, der ein für die Länge des ersten abgewickelten Seils (21) charakteristisches Signal liefert, ferner einen zweiten Signalgenerator (33, 43) enthält, der ein für die Verlängerung des Ausgleichorgans charakteristisches Signal liefert, sowie ein Organ (34) zum Messen der auf den Haken des Seilzugs ausgeübten Kraft enthält, das einem

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dritten Signalgenerator (44) zugeordnet ist, der eine Information über die gesamte Länge des Bohrgestänges (19) empfängt und" ein für die Verlängerung des Bohrgestänges charakteristisches Signal liefert, das sich aus der Resultante seines Eigengewichts und aus dem auf das Bohrwerkzeug (20) im Grunde des Bohrlochs (24) ausgeübten Druck ergibt, ausserdem einen Schaltkreis (35) zum Messen der Länge zwischen dem oberen Ende des rohrförmigen Teils (25) und dem festen Durchgangspunkt des Gestänges enthält, wobei diesem Messchaltkreis ein vierter Signalgenerator (45) zugeordnet ist, der ein für diese Länge charakteristisches Signal liefert, und schliesslich einen Verarbeitungsschaltkreis enthält, dem diese vier Signale zugeführt werden und der eine zu der algebraischen Resultante der Längenveränderungen des abgewickelten Seils, der .Verlängerung des Bohrgestänges, der Länge des Abstands zwischen dem oberen Ende des rohrförmigen Teils und dem festen Durchgangspunkt des Gestänges und der Verlängerung des Ausgleichsorgans proportionale Grosse erarbeitet, die für die Position des Bohrwerkzeugs repräsentativ ist.
2. Vorrichtung zum Feststellen der Position eines Bohrwerkzeugs und der Bohrgeschwindigkeit, wobei das Bohrwerkzeug an einem Ende eines an einem Haken eines Seilzugs aufgehängten Bohrgestänges angeordnet ist, wobei dieser Seilzug an der Spitze eines auf einem Schiff befindlichen Bohrturms befestigt ist und wobei das Bohrgestänge stets durch einen festen Punkt des Schiffs geführt wird, während ein Seil über den Seilzug läuft und mit einem' Ende an einer Seiltrommel und mit einem

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zweiten Ende an einem festen Punkt des Schiffs befestigt ist, ■wobei ein Organ zum Ausgleich der senkrechten Lageveränderungen des Schiffs in bezug ,aufLnen Meeresboden die.unteren Seilrollen mit dem Haken verbindet, wobei ein ringförmiges Teil zwischen der Bohrlochöffnung und dem Schiff um das Gestänge angeordnet, im Meeresboden verankert ist und mit seinem oberen Teil mit Hilfe von mindestens zwei Seilen gehalten wird, die durch in fester Stellung im Schiff angebrachte Seilwinden gespannt werden, d a el"ti r c h g e kenn ζ e i c h η e t, dass die Vorrichtung einen ersten Signalgenerator (32, 42) enthält, der ein für die Lange des ersten abgewickelten Seils (21) charakteristisches Signal liefert, ferner einen zweiten Signalgenerator (33, 43) enthält, der ein für die Verlängerung des Ausgleichsorgäns charakteristisches Signal liefert, sowie ein Organ (34) zum Messen der auf den Haken des Seilzugs ausgeübten Kraft enthält, das einem dritten Signalgenerator (44) zugeordnet ist, der eine Information über die gesamte'Länge des Bohrgestänges (19) empfängt und ein für die Verlängerung des Bohrgestänges charakteristisches Signal liefert, das sich aus der Resultante seines Eigengewichts und aus dem auf das Bohrwerkzeug (20) im Grunde des Bohrlochs (24) ausgeübten Druck ergibt, ausserdem einen Schaltkreis (3.5) zum Messen der Länge zwischen dem oberen Ende des rohrförmigen Teils (25) und dem festen Durchgangspunkt des Gestänges enthält, wobei diesem Messchaltkreis ein vierter Signalgenerator (45) zugeordnet ist, der ein für diese Länge charakteristisches Signal liefert, und schliesslich einen Ver-

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arbeitungsschaltkreis enthält, dem diese vier Signale zugeführt ■werden und der eine^:zu der algebraischen Resultante der Längenveränderungen des abgewickelten Seils, der Verlängerung des Bohrgestänges, der Länge des Abstands zwischen dem oberen Ende des rohrförmigen Teils und dem festen Durchgangspunkt des Gestänges und der Verlängerung des Ausgleichsorgans proportionale 'Grösss erarbeitet, die für die Position des Bohrwerkzeugs repräsentativ ist.
3. Vorrichtung zum Feststellen der Position eines Bohrwerkzeugs und der Bohrgeschwindigkeit, wobei das Bohrwerkzeug an einem Ende eines an einem Haken eines Seilzugs aufgehängten Bohrgestänges angeordnet ist, wobei dieser Seilzug an der Spitze eines auf einem Schiff befindlichen Bohrturms befestigt ist und wobei das Bohrgestänge stets durch einen festen Punkt des Schiffs geführt wird, während ein Seil über den Seilzug läuft und mit einem Ende an einer Seiltrommel und mit einem zweiten Ende an einem festen Punkt des Schiffs befestigt ist, wobei ein Organ zum Ausgleich der senkrechten LageVeränderungen des Schiffs in bezug auf den Meeresboden die oberen Seilrollen des Seilzugs mit dem Bohrturm verbindet, wobei ein ringförmiges Teil zwischen der Bohrlochöffnung und dem Schiff um das Gestänge angeordnet, im Meeresboden verankert ist und mit seinem oberen Teil mit Hilfe von mindestens zwei Seilen gehalten wird, die durch in fester Stellung im Schiff angebrachte Seilwinden gespannt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen ersten Impulsgenerator (32, 42)

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enthält, der einen Vorwärtszahlimpuls liefert, wenn das über den Seilzug laufende Seil um eine gegebene Länge von der Seiltrommel abgewickelt wurde, und einen Ruclcwartszahlimpuls, wenn das Seil um dieselbe Länge wieder aufgewickelt wird, ferner einen.zweiten Impulsgenerator (33, 43) enthält, der einen Vorwärtszählimpuls liefert, wenn die oberen Seilscheiben des Seilzugs um eine gegebene Strecke gesenkt werden, und einen Bückwärt szählimpuls im umgekehrten Fall, ausserdem ein Organ (34) zum Messen der auf den Haken durch das Bohrgestänge auf den Seilzug ausgeübten Kraft enthält, dem ein dritter Impulsgenerator (44) zugeordnet ist, der eine Information über die Gesamtlänge des Bohrgestänges empfängt und einen Vorwärtszähllmpuls liefert, wenn die auf den Haken ausgeübte Kraft um einen gegebenen Wert erhöht wird, der einer Verlängerung des Gestänges aufgrund der Resultante seines Eigengewichts und des auf das Bohrwerkzeug auf dem Grund des Bohrlochs ausgeübten Drucks entspricht, und einen Rückwärtszählimpuls, wenn die auf den Haken ausgeübte Kraft um denselben Wert abnimmt, darüber hinaus einen Schaltkreis (35) für das Messen der Länge zwischen dem oberen Ende des rohrförmigen Teils und dem festen Durchgangspunkt des Gestänges enthält, wobei diesem Schaltkreis e5.n vierter Impulsgenerator (45) zugeordnet ist, der einen Vorwärtszählimpuls liefert, wenn diese Länge um einen gegebenen Wert abgenommen hat, bzw. einen Rückwärtszählimpuls für den umgekehrten Fall, und schliesslich einen Verarbeitungsschaltkreis enthält, der einen ersten Vor- und Rückwärtszähler (48)

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aufweist, der die von den vier Impulsgeneratoren (42, 43, 44, 45) gelieferten Impulse aufnimmt und dessen Inhalt so für die Lage des Bohrwerkzeugs repräsentativ ist.
4. Vorrichtung zum Feststellen der Position eines Bohrwerkzeugs und der Bohrgeschwindigkeit, wobei das Bohrwerkzeug an einem Ende eines an einem Haken eines Seilzugs aufgehängten Bohrgestänges angeordnet ist, wobei dieser Seilzug an der Spitze eines auf einem Schiff befindlichen Bohrturms befestigt ist und wobei das Bohrgestänge stets durch einen festen Punkt des Schiffs geführt wird, während ein Seil über den Seilzug läuft und mit einem Ende an einer Seiltrommel und mit einem zweiten Ende an einem festen Punkt des Schiffs befestigt ist, wobei ein Organ zum Ausgleich der senkrechten LageVeränderungen des Schiffs in bezug auf den Meeresboden die unteren Seilrollen mit dem Haken verbindet, wobei ein ringförmiges Teil zwischen der BohrlochSffnung und dem Schiff um das Gestänge angeordnet, im Meeresboden verankert ist und mit seinem oberen Teil mit Hilfe von mindestens zwei Seilen gehalten wird, die durch in fester Stellung im Schiff angebrachte Seilwinden gespannt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen ersten Impulsgenerator (32, 42) enthält, der einen Vorwartszählimpuls liefert, wenn das über den Seilzug laif ende Seil um eine gegebene Länge von der Seiltrommel abgewickelt wurde, und einen Bückwärtszählimpuls, wenn das Seil um dieselbe Länge wieder aufgewickelt wird, ferner einen zweiten Impulsgenerator (33, 43) enthält, der einen Vorwartszählimpuls

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■liefert, wenn das Äusgleichsorgan verlängert wird, und einen Rückwärtszählimpuls im umgekehrten Fall, ausserdem ein Organ (34) zum Messen der auf den Haken durch das Bohrgestänge auf den Seilzug ausgeübten Kraft enthält, dem ein dritter Impulsgenerator (44) zugeordnet ist, der eine Information über die Gesamtlänge des Bohrgestänges empfängt und einen Vorwärtszählimpuls liefert, wenn die auf den Haken ausgeübte Kraft um einen gegebenen Wert erhöht wird, der einer Verlängerung des Gestänges aufgrund der Resultante seines Eigengewichts und des auf das Bohrwerkzeug auf dem Grund des Bohrlochs ausgeübten Drucks entspricht, und einen Rückwärtszählimpuls, wenn die auf den Haken ausgeübte Kraft um denselben Wert abnimmt, darüber hinaus einen Schaltkreis (35) für das Messen der Länge zwischen dem oberen Ende des rohrförmigen Teils und dem festen Durchgangspunkt des Gestänges enthält, wobei diesem Schaltkreis ein vierter Impulsgenerator (45) zugeordnet ist, der einen Vorwärtszählimpuls liefert, wenn diese Länge um einen gegebenen Wert abgenommen hat, bzw» einen Rückwärtszählimpuls für den umge-. kehrten Fall, und schliesslich einen Verarbeitungsschaltkreis enthält, der einen ersten Vor- und Rückwärtszähler (48) aufweist, der die von den vier Impulsgeneratoren (42, 43, 44, 45) gelieferten Impulse aufnimmt und dessen Inhalt so für die Lage des Bohrwerkzeugs repräsentativ ist. -

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5. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 3 oder 4, d a d.u.r c h . g e k e η η ζ e i c h η e t, dass sie einen zweiten Zähler>(51) enthält, der die Zählimpulse über einen

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ersten Eingang eines UND-Gatters erhält, dessen zweiter Eingang ein Signal (52) empfängt, wenn der Bohrkopf in Betrieb ist, wobei der Inhalt dieses Zählers für die Bohrlochtiefe repräsentativ ist.
6. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen dritten Zähler (53) enthält, der die Impulse der Impulsgenera-•toren erhält und der einem Teiler (54) zugeordnet ist, der eine Taktinformation empfängt, wobei der Inhalt dieses Teilers für die Verschiebegeschwindigkeit des Bohrkopfs repräsentativ ist,
7. Vorrichtung gemäss Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, dass die Taktinformation von einem Taktgeber (55) geliefert wird, der seinen Inhalt unter dem Einfluss von durch ein Synchronisationsorgan (56) gelieferten Impulsen freigibt, das zu den Zeitpunkten einen Impuls erzeugt, wenn die Länge zwischen dem oberen Ende des rohrförmigen Teils und dem festen Durchgangspunkt des Gestänges in einer bestimmten Richtung einen gegebenen Wert durchläuft«
8. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, zweite und dritte Impulsgenerator (42, 43, 44) jeweils mit den Zählern über die ersten Eingänge von UND-Gattern mit zwei Eingängen verbunden sind, deren zweite Eingänge ein Signal empfangen, das angibt, dass das Gestänge am Haken hängt.

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9« Vorrichtung gemäss einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Signalgenerator (44) vom Verarbeitungsschaltkreis eine Information über die Gesamtlänge des Gestänges erhält.

10, Vorrichtung, mit der die Lage eines Bohrschiffs in bezug auf die Lage eines um ein Gestänge zwischen der Öffnung eines Bohrlochs und des Schiffes angeordneten rohrförmigen Teils gemessen wird, wobei dieses rohrförmige Teil auf dem Meeresboden verankert ist und an seinem oberen Ende mit mindestens zwei durch in fester Stellung auf den Schiff vorhandene Seilwinden gespannte Seile gehalten wird, dadurch g e k e η η ζ e ich η e t, dass die Vorrichtung einen Schaltkreis (35) zum Messen der Länge der Abwicklung der Seile (26, 27) enthält, der einem Signalgenerator (45) zugeordnet ist, der ein für den Messwert der Länge zwischen dem oberen Ende des rohrförmigen Teils (25) und einem festen Punkt auf dem Schiff charakteristisches Signal liefert.

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