DE2742591A1

DE2742591A1 - Verfahren und vorrichtung zum erfassen des verklemmungspunktes eines stranges in einem bohrloch

Info

Publication number: DE2742591A1
Application number: DE19772742591
Authority: DE
Inventors: Andre Landaud; Yves Nicolas
Original assignee: Societe de Prospection Electrique Schlumberger SA
Current assignee: Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 1976-09-28
Filing date: 1977-09-22
Publication date: 1978-03-30
Also published as: DK150112B; IT1084425B; GB1588812A; TR19919A; MY8500203A; JPS5342102A; AT356038B; DK423077A; NO773246L; DE2742590C2; NL183539C; NO773247L; NO148565C; EG12809A; JPS5342101A; AU2845577A; DE2742590A1; EG12992A; NL7710504A; FR2365687A1

Description

zum Patentgesuch

der Firma Societe de Prospection Electrique Schlumberger, 42, rue Saint-Dominique, Paris/Frankreich

betreffend:

"Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen des Verklemmungspunktes eines Stranges in einem Bohrloch."

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen des Verklemmungspunkts eines Stranges in einem Bohrloch und auf eine zur Durchführung des Verfahrens bestimmte Vorrichtung.

Wenn sich ein Strang, beispielsweise ein Rohrstrang, in einem Bohrloch verklemmt, besteht das klassische Verfahren zur Bestimmung der Tiefe des Verklemmungspunktes darin, daß man auf den Strang von der Oberfläche aus Torions- und Zugkräfte einwirken läßt und feststellt, bis zu welcher Tiefe sich diese Deformationen übertragen lassen. IAa diese Deformationen zu erfassen, verwendet man eine Sonde, die in dem Strang am Ende eines Kabels abgelassen wird, und an fortschreitend veränderten Tiefen plaziert wird.

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Eine konventionelle Sonde zum Erfassen des Verklemmungspunktes ist in der US-PS 3 686 943 offenbart. Sie umfaßt einen Sondenkörper mit einem oberen und einem unteren Abschnitt, die begrenzt zueinander beweglich angeordnet sind, sowie obere bzw. untere Verankerungsorgane am oberen bzw. unteren Sondenabschnitt zum Festlegen jedes Sondenabschnitts in zwei im Längsabstand im Strang liegenden Zonen. Elektromotoren, die über das Kabel gesteuert werden, dienen dazu, die Verankerungsorgane aus- bzw. einzufahren, und ein Meßglied ist zwischen den Sondenabschnitten angeordnet zum Erfassen der Relativbewegungen dieser Abschnitte, wenn der Strang durch an der Oberfläche einwirkende Kräfte elastisch deformiert wird.

Die bekannten Vorrichtungen zeigen die Relativbewegungen zwischen dem oberen und dem unteren Sondenabschnitt an, unterscheiden jedoch nicht die Torionsbewegungen von den Traktions- oder Zugbewegungen, die zwischen den beiden Abschnitten wirken. Es ist jedoch in bestimmten Fällen erwünscht, daß man feststellen kann, ob eine an der Oberfläche zur Einwirkung gebrachte Torsion bis zu einer bestimmten Tiefe des Stranges zur Wirkung gebracht wird. Insbesondere wenn man den freien Teil des Stranges losschrauben will, muß man ein Losschraubmoment an einer bestimmten Stoß- oder Verbindungsstelle einwirken lassen, die etwas unter Vorspannung gesetzt wird, bevor man eine Sprengladung in Höhe dieser Stoßstelle zur Explosion bringt. In den gekrümmten oder verdrehten Bohrlöchern überträgt sich das auf den Strang an der Oberfläche einwirkende Moment schlecht nach unten, und es ist üblich, gleichzeitig mit dem Einwirkenlassen des Moments.den Strang anzuziehen und wieder loszulassen, um die Reibungen längs der Bohrlochwandung zu überwinden. Eine konventionelle Vorrichtung, die nahe einer loszuschraubenden Verbindungsstelle verankert ist, gestattet nicht die Feststellung, ob ein Moment

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bis zu dieser Tiefe übertragen worden ist, weil das Meßglied von den Längsbewegungen des Stranges beeinflußt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Verklemmungspunktes eines Stranges in einem Bohrloch zu schaffen, bei denen man die Torsionen von den Zugkräften unterscheiden kann, die bis ai einer bestimmten Teiefe des Stranges übertragen werden.

Bei einem Verfahren nach dem Stand der Technik, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 definiert ist, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß man ein erstes und ein zweites Signal erzeugt, die repräsentativ sind für Relativbewegungen zwischen den Sondenkorperabschnitten, wobei das erste Signal repräsentativ ist für Torsionsbewegungen, jedoch unempfindlich gegenüber aigbewegungen zwischen den beiden Abschnitten. Das zweite Signal ist repräsentativ für Zugbewegungen oder Traktionsbewegungen, jeden unempfindlich gegenüber Torsionsbewegungen.

Eine Vorrichtung gemäß der Hfindung umfaßt neben den in dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3 genannten und auch im Stand der Technik verwendeten Elementen die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs genannten Mittel. Die Meßeinrichtungen umfassen Mittel zum Erzeugen der ersten bzw. zweiten elektrischen Signale, die repräsentativ sind für die Zug- bzw. Torsionsbewegungen zwischen dem oberen bzw. unteren Sondenabschnitt. Die Meßeinrichtungen umfassen ferner elastisch deformierbare Elemente, die zwischen dem oberen und unteren Sondenkörper-abschnitt befestigt sind. Diese Elemente umfassen einen ersten,unter Torsionsbelastung elastisch deformierbaren Teil, der jedoch bei Zugbeanspruchung im wesentlichen unempfindlich ist, und einen zweiten elastischen, bei Zugbelastung deformierbaren Teil, der jedoch im wesentlichen

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undeformierbar bei Torsionsbelastung ist. Die Meßeinrichtungen umfassen schließlich mindestens einen ersten Wandler, empfindlich gegenüber Deformationen des ersten Teils, und mindestens einen zweiten Wandler, empfindlich gegenüber Deformationen des zweiten Teils, um jeweils das erste bzw. zweite elektrische Signal zu liefern.

Die Wandler sind vorzugsweise Dehnmeßstreifen, und ein Tubus umschließt eine mit Fluid gefüllte, abgedichtete Kammer rings um die deformierbaren Elemente. Der zweite Teil der deformierbaren Elemente kann unter Torsion deformierbar sein nach rechts oder auch nach links, und das zweite elektrische Signal wird so erzeugt, daß es auch die Richtung dieser Torsionskräfte anzeigt.

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Bestimmte Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden Beschreibung, die als Ausführungsbeispiel die in den beigefügten Zeichnungen dargestellte Ausführungsform näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung für die Bestimmung des Verklemmungspunktes eines Stranges in einem Bohrloch,

Fig. 2A, 2B, 2C und 2D sind Längsschnitte durch die Vorrichtung aus Fig. 1,

Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung der

Organe aus Fig. 2C, verwendet für die Verankerung der Vorrichtung,

Fig. 4 ist ein Teillängsschnitt der Fig. 3, und

Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung der Organe aus Fig. 2D.

Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Erfassungsvorrichtung für den Verklemmungspunkt eine Sonde1o, aufgehangen am Ende eines Kabels 11 im Inneren eines Rohrstranges 12 in einem Bohrloch 13. Die Rohre 12, beispielsweise Bohrstrangrohre, sind von den Formatbnen an einer Stelle 14 verklemmt, deren Tiefe man bestimmen möchte. In bekannter Weise sind die Stangen an der Oberfläche an einer Bohrlochinstallation (nicht dargestellt) aufgehangen, was es erlaubt, auf sie Zug- und Torsionkräfte auszuüben, um'den Verklemmungspunkt festzustellen. Das Kabel umfaßt eine oder mehrere Leiter, angeschlossen an eine Oberflächeninstallation 15, die Mittel für das übertragung zur Sonde 1o von elektrischen Signalen über Leiter des Kabels 11

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umfaßt, und Mittel zum Empfangen, Verarbeiten, Anzeigen und Registrieren von Signalen, die von der Sonde herrühren.

Die Sonde umfaßt zunächst einen Hauptkörper 2o mit einem Oberteil 21 und einem Unterteil 22, die relativ zueinander beweglich sind gemäß begrenzten Anschlägen, und zwar sowohl hinsichtlich Traktion wie auch hinsichtlich Torsion» Obere Verankerungsorgane 23 und untere Verankerungsorgane 24 sind jeweils am Oberteil bzw. Unterteil des Hauptkörpers angeordnet für das Festlegen jeweils eines Teils in zwei Zonen des Stranges, die einen Längsabstand voneinander haben. Wie später noch zuerläutern, werden die Verankerungsorgane gebildet von Paaren von Armen, die miteinander gelenkig verbunden sind. Ein Meßglied 25 ist zwischen beiden Hauptkörperteilen angeordnet zum Erfassen der Relativbewegungen dieser Teile, wenn elastisch die Stangen durch an der Oberfläche einwirkende Kräfte verformt werden. Die Verankerungsorgane 23 und 24 können an den Hauptkörper angelegt bzw. ausgefahren werden mittels Einrichtungen, die elektrisch von der Erdoberfläche aus über das Kabel gesteuert werden.

An der Bodenseite der Sonde ist ein langgestreckter Support 26 angeordnet, für die Aufnahme einer Sprengladung, um eine Explosion in Höhe einer Verbindungsstelle von bestimmten Strangrohren, die sich oberhalb des Verklemmungspunktes befinden, auszulösen. Man läßt diese Sprengladung detonieren, nachdem ein Losschraubmoment auf die betreffende Verbindungsstelle ausgeübt wird, um die Gesamtheit des Stranges oberhialb dieser Verbindungsstelle loszuschrauben, und um so aus dem Bohrloch eine maximale Spranglänge von freien Stangen herausziehen zu können.

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Die Sonde 1o, die in Fig. 2A bis 2D in Detail dargesteLlt ist, besteht von oben nach unten aus einem hydraulischen Steuerabschnitt 27, einem oberen Verankerungsabschnitt 28, der den Oberteil 21 des Hauptkörpers umfaßt, dem Meßglied 25 und einem unteren Verankerungsabschnitt 29 mit dem Unterteil 22 des Hauptkörpers.

Gemäß Fig. 2A und 2B umfaßt der hydraulische Steuerabschnitt eine dichte Hülle 3o, die am Oberteil 21 des Hauptkörpers befestigt ist,und im Inneren dieser Hülle elektrisch über das Kabel 11 gesteuerte Einrichtungen für die Einspeisung eines unter Druck stehenden Hydraulikfluids in den Verankerungsabschnitt sowie Einrichtungen zum Unwirksammachen dieses Hydraulikfluiddrucks.

An dem unteren Teil des Kabels 11 ist ein Kopf 31 herkömmlicher Bauweise angeordnet, an dem die Hülle 1 befestigt ist. Der Kopf 31 umfaßt zwei mit Gewinde versehene Halbringe 32, die sich in den oberen Abschnitt der Hülle 3o einschrauben, sowie einen Support 33, der im Inneren des Kopfes befestigt ist. In dem Support 33 sind isolierte Stepe!verbindungen 34 angeordnet, an die die Leiter 35 des Kabels 11 angeschlossen sind. Im Inneren der Hülle 3o ist ein zylindrischer Support 36 angeordnet, in dem isoliert Stecker 37 angeordnet sind, die in die Stapelsteckverbinder 34 passen. Der Support 36 umfaßt einen Mitteldurchgang 4o, der abgedichtet verschlossen ist durch einen mit Gewinde versehenen Stopfen 41. Dichtungen 42 stellen die Abdichtung zwischen Support 36 und Hülle 3o sicher.

Der Support 36 ist mittels Schrauben 43 an einer Manschette 44 befestigt, die an sich bekannte Einrichtungen trägt für die Bestimmung von Verbindungs- oder Stoßstellen

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von einzelnen Strangrohren oder Stangen. Diese Mittel umfassen eine Spule 45, die auf die Manschette 44 aufgerollt ist, einen oberen Permanentmagneten 46 in einer Ausnehmung der Manschette 44 und gehalten mittels einer Scheibe 47 und eines elastischen Ringes 48 sowie einen unteren Permanentmagneten 5o. Die Manschette 44 umfaßt einen Längsdurchgang 55, in dem Leiter 52 angeordnet sind, die verbunden sind mit den Anschlüssen 37. Wenn die Spulenwicklung 45 an einer Stoßoder Verbindungsstelle der Stangen vorbeigeht, ergibt sich eine Veränderung des Magnetflusses, erzeugt von den Magneten 46 und 5o in der Wicklung 45, und ein elektrisches Signal erscheint an den Klemmen dieser Wicklung, welches Signal an die Erdoberfläche von den Leitern des Kabels 11 übertragen wird.

Am unteren Abschnitt der Manschette 44 ist ein Rohr 53 angeschraubt, das an seinem unteren Ende in einer Muffe befestigt ist, durch welche sich der Durchgang 51 verlängert. Auf dem Rohr 53 ist gleitbeweglich ein Kolben 55 angeordnet, der nach oben durch eine Schraubenfeder 56 vorgespannt ist, die unter Zug zwischen dem Kolben 55 und dem oberen Abschnitt der Manschette 44 angeordnet ist. Der Kolben 55 trägt eine äußere Dichtung 57 und eine innere Dichtung 6o für die Abdichtung des Kolbens relativ zur Hülle 3o und zum Rohr 53. Im Inneren der Hülle 3o begrenzt der Kolben 53 oberhalb seiner oberen Stirnseite eine Kammer 61, gefüllt mit einem Hydraulikfluid, das über öffnungen 62 mit dem Durch]* 51 kommuniziert. Unterhalb des Ribens 55 kommuniziert der Raum zwischen dem Inneren der Hülle 3o und rings um das Rohr 53 mit dem Äußeren der Hülle über öffnungen 64. Die Kammer 61 bildet demgemäß ein Reservoir für Hydraulikfluid, das unter einem geringen überdruck gehalten wird relativ zum hydrostatischen Druck des Bohrlochs durch den Kolben 55 und die Feder 56. Der Raum 63 ist gefüllt mit Bohrlochfluid und

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da diese Fluide Feststoffpartikel enthalten können, ist der Kolben 55 an seinem unteren Ende mit Schabedichtungen 65 und 66 versehen, die an der Hülle 3o bzw. dem Rohr 53 anliegen.

Die Muffe 54 trägt einen Stift 67, der als unterer Anschlag für den Kolben 55 dient, und eine Dichtung 68, die zwischen dieser Muffe und der Hülle 3o die Abdichtung bewirkt. Die Muffe 54 ist mittels Schrauben 7o an einer Wiege 71 befestigt, die eine halbrunde Querschnittsform besitzt.

Auf dieser Wiege 71 sind (siehe Fig. 2B) ein Elektromotor 72 und eine volumetrische Pumpe 73 befestigt, angetrieben von der Abtriebswelle 74 des Motors 72. Der Innenraum der Hülle 3o, dem sich der Motor 72 unddie Pumpe 73 befinden, ist mit öl gefüllt und kommuniziert mit dem Reservoir 61 über eine öffnung 75 der Muffe 54. Im Betrieb fördert die Pumpe 73 das öl unter Druck, das aus diesem Raum stammt,, über einen Ausgangskanal 76. Der Auslaß der Pumpe 73 ist abgedichtet mit einem Ventilkörper 8o verbunden, der auf der Wiege 71 befestigt ist. Der Ventilkörper 8o umfaßt einen Durchlaß 81, der mit dem Auslaß der Pumpe kommuniziert,und einen Durchlaß 82, der mit dem Reservoir kommuniziert. Ein Elektroventil 78 im Ventilkörper 8o umfaßt ein Ventilglied 83, das normalerweise von einer Feder 84 in einer Position gehalten wird, wo es den Durchlaß 82 verschließt. Ein Solenoid 85 verschiebt bei Erregung mit Strom das Ventilglied 83 in die untere Position, damit die Durchlässe 81 und 82 miteinander verbunden werden. Der Durchlaß 81 kommuniziert dauernd über Längsschlitze, die längs des Ventilglieds 83 ausgeschnitten sind, mit einem Längsdurchlaß 86. Dieser Durchlaß 86 ist verbunden mit dem Reservoir über ein Sicherheitsventil 87 mit einer austarierten Ventilklappe 88, die sich öffnet, wenn der Druck im Inneren des

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Durchlasses 86 eine vorgegebene Schwelle übersteigt. Ein anderer Durchlaß 91, der den Ventilkörper 8o durchsetzt, läßt den unteren Teil des Ventilkörpers 8o und den des Sicherheitsventils 87 mit dem Reservoir des Hydraulikfluids kommunizieren. Dieser Durchlaß 91 dient auch zum Durchlaß von Leitungen in Richtung auf den unteren Abschnitt der Sonde. Der Ventilkörper 8o ist mittels Schrauben 92 an einem Kragen

93 befestigt, auf den die Hülle 3o geschraubt ist. Dichtungen

94 sichern die Dichtung zwischen dem Kragen 93 und der Hülle 3o. Ein Support 95, durchsetzt von Anschlüssen 96, ist in dem Kragen 93 abgelichtet angeordnet infolge der Dichtungen auf einer Verlängerung des Ventilkörpers 8o.

Die Sonde wird fortgesetzt von dem oberen Verankerungsteil 28. Der Oberteil 21 des Sondenhauptkörpers ist eingeschlossen im Kragen 93 und befestigt mittels zweier mit Gewinde versehener Halb ringe 1oo. Im Inneren des Ober#f teils 21 des Sondenkörpers ist ein Support 1o1 befestigt, in dem isoliert Einsteckverbinder 1o2 angeordnet sind für die Verbindung mit den Steckern96. Die elektrischen Leiter 1o3, verbunden mit den Steckern 1o2, befinden sich in einer Ausnehmung 1o4, die sich über die gesamte Länge des Hauptkörperoberteils 21 erstreckt.

Der Oberteil 21 des Sondenhauptkörpers (siehe Fig. 2B) umfaßt drei Längsnuten 1o5 mit rechteckigem Querschnitt, die gleichförmig auf der Peripherie verteilt, angeordnet sind. Am oberen Teil jeder Nut 1o5 ist mittels eines Stiftes 1o6 ein Montageblock 1o7 befestigt, der sich nach unten um einen Abschnitt 1o8 in Form eines Keils verlängert, der sich in der Mitte der Längsnut 1o5 befindet. Der Abschnitt 1o8 des MonfcageblocJcs 1o7 wird seitlich durchsetzt von einem Langloch 11o. In jeder Nut 1o5 ist ein erster Verankerungsarm 111 montiert (siehe auch Fig. 3), der an seinem oberen Abschnitt

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eine Vertiefung 112 aufweist, so daß er den Abschnitt 1o8 in Keilform des Montageblockes 1o7 umfassen kann. Eine Welle 113, befestigt am oberen Ende des Verankerungsarmes 111 ist schwenkbeweglich und gleitbeweglich in dem Langloch 11 ο angeordnet, und eine Fläche 114 dieses Arnes liegt an am Abschnitt 1o8 des Montageblockes 1o7 derart, daß sie längs der Schraubfläche 1o9 gleiten kann, wenn die Welle 113 sich längs des Langloches 11o bewegt. Wenn die Welle 113 an der obersten Position im Langloch 11o ankommt, schwenkt der erste Verankerungsarm 111 um diesen Anschlag. Das untere Ende des Verankerungsarmes 111 ist mittels eines Gelenkes mit einem Zapfen 117 mit einem zweiten Verankerungsarm 12o verbunden, der in der Nut 1o5 angeordnet ist mit seinem unteren Ende gleitbeweglich und schwenkbeweglich in der Nut liegt. Dank dem Montageblock 1o7 folgt das Gelenk 117 einer Schrägbahn 115 relativ zur Längsachse des Sondenhauptkörpers. Der untere Abschnitt des Arms 111 trägt Zähne 116 oder Spitzen, um den Reibungskoeffizienten mit den Strangrohren zu erhöhen. Wie in Fig. 3 dargestellt, besteht der Verankerungsarm 12o aus zwei Abschnitten 121 und 122, die miteinander durch Schrauben verbunden sind.

Die Sonde umfaßt ferner eine Betätigungshülse 125 die

des Sondenhauptkörpers,nach oben und unten beweglich ist, um von dem Sondenhaupckörper die Gelenke der Verankerungsarme 111 und 12o abzuspreizen bzw. einzuziehen. Die Betätigungshülse 125 ist mit den unteren Enden der Verankerungsarme 12o über drei Verbindungsarme 12 4 verbunden. Wie in Fig. 3 dargestellt, besteht jeder Verbindungsarm 12 4 aus einem Oberteil 126 und einem Unterteil 12 7, die hinsichtlich der Dicke verringerte Enden aufweisen und miteinander verbunden ±ix sind durch einen Scherstift 13o. Der Unterteil 127 umfaßt eine Quernut 131, in die eine Schulter, ausgeformt am oberenAbschnitt der Betätigungshülse 125 eingreift, die zwecks

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ERmöglichung der Montage aus zwei Halbringen besteht. Die Hülse 125 ist in einen Ringkolben 132 eingeschraubt, der abgedichtet auf dem Sondenhauptkorper sitzt dank Dichtungen 133 und 134. Eine Kammer 135 zwischen dem Oberteil 21 des Sondenhauptkörpers und dem Kolben 1 32 wird riit Hydraulikfluid unter Druck versorgt von der Ausnehmung 1o4 her über einen Querdurchlaß 136. Der Kolben 132 ist nach oben vorgespannt von einer Schraubenfeder 137, die unter Druck zwischen der Unterseite des Kolbens 132 und einem Kragen 14o eingespannt ist, aufgeschraubt auf das Oberteil des Sondenhauptkörpers .

Wenn das unter Druck stehende Hydraulikfluid durch den Durchlaß 136 in die Kammer 135 eingespeist wird, verschiebt sich der Kolben 132 nach unten unter Kompression der Feder 137, und die Gelenke zwischen den Verankerungsarmen 111 und 12o nähern sich dem Sondenhauptkorper bis zu der Position, die in Fig. 2C in ausgezogenen Linien dargestellt ist. Wenn der Druck im Inneren der Kammer 135 aufgehoben wird, drückt die Schraubenfeder 137 den Kolben 133 wieder nach oben, und die Betätigungshülse 125 übt eine aufwärts gerichtete Kraft auf das untere Ende des Verankerungsarmes 12o über den Verbindungsarm 124 aus. Die Gelenke der Verankerungsarme 111 und 12o spreizen sich demnach vom Sondenkörper ab, und dieses Abspreizen erfolgt schnell, da das Hydraulikfluid,verdrängt vom Kolben 1IQ, der von der Feder 137 geschoben wird, mit hoher Geschwindigkeit in das Reservoir zurückfließen kann.

Die Montagemittel, gebildet von der Keilfläche 1o9 und der langgestreckten öffnung 11o, zwingen die Gelenke zwischen den ersten und zweiten Verankerungsarmen 111, sich vom Sondenkörper längs Bahnen 115 abzuspreizen. Die Form unddie Anordnung der Montageeinrichtungen der Verankerungsarme sind so ausgeführt, damit die Bahnen schräg verlaufen relativ zur

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Längsachse des Körpers derart, daß die Radialandrückkraft der Gelenke 117 gegen die Strangrohre im wesentlichen konstant bleibt unabhängig vom Innendurchmesser der Rohre. DieserVorteil ist besonders interessant für Rohre kleinen Innendurchmessers, in denen die bekannten Verankerungssysteme im allgemeinen eine sehr geringe radiale Andrückkraft entfalten. Indem man beispielsweise die Steigung der Keilfläche 1o9 derart wählt, daß die Bahn 115 einen Winkel von näherungsweise mit der Längsachse des Sondenkörpers für geringe Ausspreizungen des GElenkes 117 einnimmt, erhält man für diese geringen Ausspreizungen eine Radialandrückkraft, die im wesentlichen gleich ist der Längskraft der Feder 137. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß durch diese geringen Abspreizungen wegen der schrägen Bahn 115 die Radialversetzung des Gelenks 117 im wesentlichen gleich ist der Längsversetzung der Betätigungshülse 125. Da darüber hinaus die Verankerungsarme an den Strangrohren anliegen, erkennt man, daß dank dieser Anordnung das Gewicht der Vorrichtung die Tendenz hat, diese Arme noch fester in den Strangrohren zu verankern.

Die Vorrichtung umfaßt ferner Mittel zum Blockieren der unteren Enden der Verankerungsarme 12o relativ zum Oberteil 21 des Hauptkörpers, wenn die Gelenke 117 beim Ausspreizen auf Widerstand stoßen, beispielsweise dann, wenn die Verankerungsarme sich gerade an die Strangrohre anlegen. Wie man oben gesehen hat, sind die Arme 12o mit zwei Teilen 121 und 122 ausgebildet, die mit-einander verbunden sind (Fig. 3) Am unteren Teil des Verankerungsarmes 12o sind Nuten 141 ausgeschnitten, die den unteren Enden 142 erlauben, sich elastisch voneinander abzuspreizen, um sich damit an die Seiten der Längsnut 1o5 anzulegen. Jedes der Enden 142 umfaßt einen Ausschnitt 143, der es ermöglcht, daß dieses Ende sich um den Obertei 1 des Verbindungsarmes 124 legt. Die Innenseite des Ausschnitts 143 weist eine konische oder sphärische Ausnehmung

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144 mit der Achse A-A¹ auf (siehe auch Fig. 4). Die Enden 142 waden ferner von einem zylindrischen Loch 145 durchsetzt, dessen Achse etwas nach oben relativ zur Achse A-A' versetzt ist. Zwischen den beiden Enden 142 ist eine Kugel 146, durchsetzt von einem Zapfen 147,eingelegt, wobei der Verbindungsarm 124 auf der Kugel 146 gelagert ist. Der Zapfen 147 hat einen kleineren Durchmesser als das zylindrische loch 145. Wenn sich der Verbindungsarm 124 nach unten bewegt, indem er den Verankerungsarm 12o mitnimmt, liegt der Zapfen 147 auf dem unteren Abschnitt des zylindrischen loches 145 an, wie in Fig. 4 dargestellt. Das Spiel zwischen dem Verankerungsarm 12o und den Seiten der Nut 1o5 genügt demgemäß, daß die unteren Enden 142 längs des Sondenhauptkörpers gleiten und schwenken können. Wenn der Verbindungsarm nach oben bewegt wird, nimmt er die Kugel 146 mit, deren Oberseitensich an die Flächen der Ausnehmungen 144 anlegen und damit die Tendenz mit sich bringen, die unteren Enden 142 voneinander weg zu spreizen. Die Elastizität der Elemente 121 und 122 und des Armes 12o halten jedoch die Enden 142 gegeneinander gespannt, die frei in der Nut 1o5 gleiten. Wenn sich das Gelenk der Verankanngsarme 111 und 12o an die Strangrohre legt, drückt die aufwärts gerichtete,auf den Verbindungsarm 124 einwirkende Kraft die Kugel 146 nach oben in das Innere der Ausnehmungen 144 und spreizt die Enden 142 voneinander weg, die sich gegen die Seiten der Nut 1o5 verklemmen. Das Spiel, das erforderlich ist für das öffnen und Schließen des Verankerungssystems wird damit unterdrückt/ und der Oberteil 21 des Hauptkörpers wird spielfrei relativ zu den Strangrohren festgelegt.

Der obere Verankerungsabschnitt 28 ist am Meßglied 25 befestigt. Das Meßglied 25 umfaßt einen Tubus 15o, aufgeschraubt auf den Kragen 14o, wobei Dichtungen 141 die Abdichtung zwischen dem Tubus 15o und dem Kragen 14o sicherstellen. Das Meßglied 25 umfaßt ferner elastisch unter Torsion und Zug

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deformierbare Einrichtungen, befestigt zwischen demOberteil 21 und dem Unterteil 22 des Sondenhauptkörpers, und beispielsweise bestehend aus einem einzigen Organ 152. Das deformierbare Organ 152, das auch in Fig. 5 dargestellt ist, umfaßt einen oberen Dorn 153, aufgeschraubt auf dem Oberteil 21 des Hauptkörpers, einen ersten unter Torsion verformbaren Abschnitt 154, der jedoch im wesentlichen unter Zug nicht verformbar ist, einen Kragen 155, einen zweiten Abschnitt 156, der unter Zug verformbar ist, jedoch im wesentlichen nicht verformbar unter Torionsbelastung, und einen unteren Dorn 157, aufgeschraubt auf dem Unterteil 22 des Hauptkörpers. Eine Sicherungsmutter 16o blockiert den Unterteil 22 des Hauptkörpers auf dem Dorn 157, und eine Dichtung 161 stellt die Abdichtung zwischen diesem Unterteil 22 unddem Dorn 157 sicher. Der Dorn 157 ist gleitbeweglich im Inneren des Tubus 15o angeordnet mittels eines Kugelringes 162 und durchsetzt das untere Ende dieses Tubus¹, abgedichtet mittels einer Abdichtung 163. Eine Feder 164 ist unter Kompression zwischen dem Unterteil des Tubus 15o und einer Schulter 165 des Dorns 157 vorgespannt und drückt diesen Dorn nach oben mit einer Kraft, die im wesentlichen gleich ist dem Gewicht des Unterteils der Sonde, das an diesem Dorn hängt. Die Bewegungdes Dorns 157 im Inneren des Tubus¹ 15o entspricht den elastischen Deformationen der Teile 154 und 156.

Das Meßglied 25 umfaßt ferner Mittel zum Begrenzen der Torsionsdeformation und zum Unterdrücken der Zugdeformation im ersten Abschnitt 154 und zum Begrenzen der Zugdeformation und zum Unterdrücken der Torsionsdeformationen im zweiten Abschnitt 156. Für diesen Zweck ist eine Manschette 17o, die das untere Ende des Dorns 153 umfaßt und das obere Ende des Dorns 157,auf dem Kragen 155 mittels eines Stiftes 171 befestigt. Die Manschette 17o umfaßt an ihrem oberen Abschnitt

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ein rechteckiges Fenster 172 und an seinem unteren Abschnitt zwei gleichermaßen rechteckige Fenster 173. Im oberen Fenster 172 liegt ein Sektor 174, der an dem Dorn 153 mittels einer Schraube 175 befestigt ist. In jedem Fenster 173 liegt ein Sektor 176, befestigt am Dorn 157 mittels einer Schraube 177. Die Abmessungen des oberen Fensters 172 sind so gewählt, daß der Sektor 174 im wesentlichen in Vertikalrichtung kein Spiel aufweist, jedoch nach links oder rechts um einen vorgegebenen Winkel von beispielsweise + 1/2 drehen kann. Die Abmessungen der unteren Fenster 173 unterbinden jegliche Rotation der Sektoren 176, gestatten ihnen jedoch eine geringe Versetzung nach unten von beispielsweise o,15 mm.

Jeder Abschnitt 154 oder 156 hat eine Form, die es gestattet, eine hinreichende mechanische Festigkeit mit einer brauchbaren Elastizität in der gewünschten Richtung zu verbinden. Zahlreiche Formen sind möglich und wurden bereits vorgeschlagen für die Herstellung von Extensiometern mit Dehnmeßstreifen. Der Abschnitt 154 kann in Form einer vertikalen Lamelle ausgebildet sein. Für den Abschnitt 156 ist ein zickzackförmig ausgeschnittenes Teil geeignet (Fig. 5), das verstärkt werden kann durch seitliche Versteifungen und 181, die beidseits angeklebt sind, um dem Teil 156 eine bessere Festigkeit gegen Flexion in der Ebene der Lamelle zu geben.

Dehnmeßstreifen,bei z.B. 182, sind beidseits auf den Abschnitt 154 aufgeklebt, um die Torsionen dieses Abschnitts zu erfassen, und Dehnmeßstreifen, wie bei 183, sind beidseits auf den Abschnitt 156 aufgeklebt, um die Zugkräfte zu ermitteln. Die Dehnmeßstreifen sind in den üblichen Brückenschaltungen angeordnet, um Signale abzuleiten, die repräsentativ sind für die Veränderungen ihres Widerstandes. Diese Schaltungen werden mit Strom versorgt von der Erdoberfläche aus und

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liefern ein erstes Signal, repräsentativ für Torsionsbewegungen, die wirksam sind zwischen den Abschnitten 21 und 22 des Bondenkörpers, und einjzweites Signal, das repräsentativ ist für Zugbewegungen, die zwischen den beiden Teilen wirken. Das erste Signal ist beispielsweise positiv für ein Drehmoment nach rechts oder ein Zuschraubmoment, ausgeübt auf den Unterteil 22 des Hauptkörpers, und negativ für ein Drehmoment nach links oder in Abschraubrichtung, das auf diesen Teil wirkt. Diese Signale werden an die Erdoberfläche über die Leiter des Kabels übertragen und angezeigt oder registriert in der Obeflächeninstallation 15, beispielsweise mittels eines klassischen Galvanometeraufzeichnungsgerätes. Durchlässe 184 und 185 quer zu den elastischen Organen 152 gestatten den Durchtritt der Leiter und die Zufuhr von Hydraulikfluid unter Druck bis in den unteren Verankerungsabschnitt 29.

Das Innere des Tubus 15o ist mit Hydraulikflad rings um das elastische Organ 152 gefüllt. Der Innendruck des Meßgliedes kann demgemäß höher sein als der hydrostatische Druck des Bohrlochs. Dieser Überdruck wirkt auf den Abschnitt des Doms 157, begrenzt von der Dichtung 163 und übt auf diesen Dorn demnach eine abwärts gerichtete Kraft aus mit der Tendenz, einen Teilides Sondenkörpers relativ zum anderen zu verlängern in die maximal ausgefahrene Position. Wie man später noch erkennt, müssen Vorkerhungen getroffen werden, um zu verhindern, daß die Verankerungsorgane 23 und 24 in den Strangrohren verankert werden, während sich die Hauptkörperabschnitte in der ausgefahrenen Position unter der Wirkung dieses Druckes befinden.

Der Unterteil 22 des Hauptkörpers bildet einen Teil des unteren Verankerungsabschnitts, der identisch ist mit dem oberen Verankerungsabschnitt 28. Dieser untere Abschnitt umfaßt erste und zweite Verankerungsarme, gdenkig zueinander

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ausgebildet und mit Enden, die gleit- und schwenkbeweglich auf dem Unterteil 22 des Hauptkrörpers montiert sind, und Montageeinrichtungen, um diese Verankerungsarme auf dem Unterteil 22 derart anzuordnen, daß die Gelenke der Verankerungsarme sich vom Hauptkörper längs schräger Bahnen abspreizen. Ein Betätigungsorgan, vorgespannt durch eine Schraubenfeder,kann von einem Kolben verschoben werden und ist gleitbeweglich angeordnet, um die unteren Enden der Verankerungsarme dem Sondenkörper zu nähern oder vom ihm abzuspreizen über einen Verbindungsarm. Diese Organe sind identisch mit den in Fig. 2C und im oberen Teil der Fig. 2D darstellten. Das Hydraulikfluid unter Druck wird auf den Kolben über eine Bohrung 185 geliefert, die den Unterteil 22 des Hauptkörpers durchsetzt. Diese Bohrung ist an ihrem unteren Ende durch einen Stopfen verschlossen, der den Träger 26 für die Sprengladung trägt. Eine Leiter 187 befindet sich in der Bohrung 185, um die Sprengladung zünden zu können.

Mittel zur Zeitverzögerung, gebildet von einer Verengung 18o, am unteren Abschnitt des Doms 157, verzögern das Ausschwenken der unteren Verankerungsorgane relativ zu den oberen Verankerungsorganen, wenn der Druck mittels des Elektro Ventils 78 aufgehoben wird. Die Anordnung dieser Verengung unterhalb des Meßglieds hat außerdem zur Fdge, daß der Druck im Inneren des Meßglieds aufgehoben wird, bevor die unteren Verankerungsorgane sich gegen die Strangrohre anlegen. Wenn man nämlich das Elektroventil 78 öffnet, fließt das HydrauBkfluid aus der Kammer 135 in Richtung auf das Reservoir 61, doch bleibt der Druck in der Kammer 135 höher infolge der Kraft, ausgeübt auf den Kolben 132 durch die Feder 137. Sobald sich andererseits die oberen Verankerungsorgane an die Strangrohre anlegen, wirkt die Kraft der oberen Feder 137 vollständig auf die Wandung der Strangrohre, undder hydraulische Druck im Inneren der Kammer 135 wird gleich dem

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hydrostatischen Druck des Bohrlochs wie auch gleich dem Druck im Inneren des Meßgliedes. Die Verengung oder Einschnürung 188 begrenzt die Strömung des Hydraulikfluids nach oben, und der Druck stromaufwärts dieser Einschnürung wird demgmäß vorläufig aufrechterhalten, womit das Ausschwenken der unteren Verankerungsorgane verzögert wird. Sobald die unteren Verzögerungsorgane sich gegen die Strangrohre anlegen, sind demgemäß die Sektoren 176 in der oberen Position in den Fenstern 173 unter der gemeinsamen Wirkung der Feder 164 und des elastischen Teils 156, und das Meßglied ist nicht mehr unter Extension und bereit zur Messung der Zugkräfte, die zwischen den Teilen 21 und 22 wirksam sind.

Wenn man in der Betriebsphase den Punkt 14 bestimmen möchte, wo die Strangrohre 12 in der Bohrung 13 verklemmt sind, läßt man die Sonde 1o im Inneren dieser Strangrohre nach unten am Ende des Kabels 11. Die verschiedenen Organe haben die in den Figuren 2A bis 2D dargestellte Lage mit den Verankerungsarmen längs des Sondenhauptkörpers. Das Elektroventil 78 ist geschlossen und hält das Hydraulikfluid unter Druck in dem Meßglied und den Kammern 135 derart, daß die Kolben 132 der oberen und unteren Verankerungsabschnitte in der unteren Position sind.

Wenn die Sonde eine gewünschte Tiefe erreicht hat, wird das Solenoid 85 über das Kabel derart erregt, daß die Klappe 83 geöffnet wird, womit der Durchlaß 86 und die Bohrung 1o4 mit dem Reservoir 63 verbunden werden.

Wie man oben gesehen hat, hat die Steuerung des Elektroventils 78 nacheinander zur Folge: Anlegen der oberen Verankerungsorgane an die Strangrohre, Aufheben des Drucks im Inneren des Meßglieds 25 und Anlegen der unteren Ver-

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ankerungsorgane an die Strangrohre mit einer gewissen Verzögerung infolge der Wirkung der Einschnürung 188. Im Falle einer Bohrung im Meer, die von einer schwimmenden Bohrplattform aus niedergebracht worden ist, ist die Sonde 1o, die an der schwimmenden Plattform mittels des Kabels 11 aufgehangen ist, cen Bewegungen des Schwimmkörpers unterworfen. Um zu vermeiden, daß die oberen Verankerungsorgane sich an die Strangrohre in einem Augenblick anlegen, in dem sich die Sonde 1o nach oben im Inneren des Stranges bewegt, werden die oben beschriebenen Arbeitsgänge ausgeführt in Fortsetzung einer Ablaßbewegung des Kabels an der Oberfläche. Auf diese Weise gibt, sobald die oberen Verankerungsorgane sich an die Strangrohre anlegen, die Spannung des Kabels nach, und man kann weiteres Kabel irj'das Innere des Stranges ablassen. Das Gewicht des Kabels ruht auf den oberen Verankerungsorganen und hat die Tendenz, die Arme noch fester in den Strangrohren zu verankern, wie man oben gesehen hat. Man schaltet demgemäß den Strom zu dem Eektroventil 78 ab, was die Verankerungsorgane in der ausgefahrenen Position gegen die Strangrohre blockiert.

Sobald die beiden oberen und unten angeordneten Verankerungsorgane an Ort und Stelle sind, läßt man an der Oberfläche auf den Strang Zug- und Torsionskräfte einwirken. Wenn mittels des Meßglieds 25 Deformationen des Stranges in der Tiefe festgestellt werden, wo sich die Sonde 1o befindet, bedeutet dies, daß der Verklemmungspunkt sich unterhalb dieser Tiefe befindet. Nach Durchführung der Messung läßt man Strom zum Motor 72 fließen und damit die Pumpe 73 arbeiten, die Hydraulikfluid unter Druck in die beiden Verankerungsabschnitte einspeist. In jedem Abschnitt verschiebt sich der Kolben 132 nach unten unter Kompression der Feder 137 und versetzt demgemäß den Verbindungsarm 124 nach unten, wobei er sich an den Körper des Verankerungsarmes anlegt.

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Das Sicherheitsventil 88 verhindert den überdruck am Auslaß der Pumpe. Man läßt danach die Sonde auf eine andere Tiefe nach unten, wo man die Verankerungsorgane in den Strangrohren verankert. Wiederum läßt man Zug- und Torsion-skräfte auf die Strangrohre an der Oberfläche einwirken und erfaßt mittels des Meßgliedes, ob diese Deformationen auf die Tiefe übertragen werden, wo sich die Sonde befindet. Man wiederholt die verschiedenen Arbeitsgänge, die oben beschrieben wurden, bis man den tiefsten Punkt findet, an dem die Strangrohre frei sind.

Wenn man den oberen Teil des Stranges losschrauben will, der sich über dem freien Punkt befindet, läßt man die Sprengladung explodieren, die vorher am Support 26 angebrajdcht worden war, und zwar in Höhe einer Verbindungsstelle von Strangrohren, die sich unmittelbar oberhalb des Verklemmungspunktes befindet» Diese Verbindungsstelle der Strangrohre wurde vorher etwas unter Vorspannung gesetzt, und man läßt ein Losschraubmoment einwirken, indem man auf die Strangrohre an der Oberfläche Torsionskräfte wirken läßt. In dem Falle, wo die Reibung zwischen den Strangrohren und der Bohrlochwandung hoch ist, überträgt sich das an der Oberfläche aufgebrachte Drehmoment schlecht bis zu der gewünschten Losschraubstelle. Es ist demgemäß notwendig, den Strang anzuziehen und wieder loszulassen an der Oberfläche, um die Friktion längs der Bohrlochwandung zu überwinden. Dank der Ausbildung des Meßgliedes, das unabhängig das Moment und den Zug bestimmt, kann man verifizieren, ob ein Drehmoment zum Losschrauben bis zur gewünschten Tiefe übertragen worden ist. Um dies zu tun, plaziert man die Sonde in der Nähe und oberhalb der Tiefe, an der das Losschrauben des Stranges erfolgen soll, und nachdem man an der Oberfläche ein Drehmoment hat einwirken lassen, zieht man am Strang und,läßt wieder los. Das erste

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Signal des Meßgliedes, das ausschließlich repräsentativ ist für torsionsbedingte Bewegungen, zeigt an, ob das Drehmoment unabhängig von den Zugbewegungen übertragen worden war.

Im Falle einer Störung des Elektromotors 172 oder der Pumpe 73, kann die Sonde von dem Strang gelöst werden, indem man das Elektroventil 78 derart öffnet, daß der Arm 124 nach unten gleiten kann unter Zusammendrücken der Feder 137, wenn man an dem Kabel zieht. Im Falle eines Versagens des Elektroventils oder wenn die Betätigungshülse 125 blockiert bleibt, schert eine aufwärts gerichtete, auf den Sondenkörper vom Kabel ausgeübte Kraft die Stifte 13o durch,und die oberen Abschnitte 126 der Arme 124 können nach unten längs des Sondenkörpers 23 gleiten derart, daß die Gelenke der Verankerungsarme sich an den Sondenkörper anlegen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Bestimmen des Verklemmungspunktes eines Stranges in einem Bohrloch mit den folgenden Schritten: Absenken eines Sondenkörpers in den Strang mittefe eines Kabels, welcher Sondenkörper einen oberen und einen unteren relativ zueinander begrenzt beweglichen Abschnitt aufweist, Verankern in zwei im Längsabstand liegenden Zonen in dem Strang dieser oberen bzw. unteren Abschnitte des Sondenkörpers und Erfassen der Relativbewegungen dieser Sondenkorperabschnitte, sobald man den Strang elastisch deformiert, durch Einwirkenlassen von Kräften an der Oberfläche, dadurch gekennaeichnet, daß der Schritt der Bewegungserfassung umfaßt: Erzeugung eines ersten und eines zweiten Signals, die für die Relativbewegungen repräsentativ sind, und von denen das erste Signal repräsentativ ist für die Torsionsbewegungen, jedoch unemfpindlich gegen Traktionsbewegungen zwischen den beiden Sondenkörperabschnitten ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal repräsentativ ist für Traktionsbewegungen, jedoch unempfindlich gegenüber Torsionsbewegungen zwischen den Sondenkörperabschnitten.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem an einem Kabel ablaßbaren Sondenkörper mit einem oberen und einem unteren Sondenkörperabschnitt,

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ORIGINAL INSPECTED

die relativ zueinander begrenzt beweglich sind, mit oberen bzw. unteren Verankerungsorganen, die an den oberen bzw. unteren Sondenkörperabschnitten angeordnet sind, für das Verankern dieser Sondenkörperabschnitte in zwei im Längsabstand im Strang liegenden Zonen und mit einer zwischen den Sondenkörperabschnitten angeordneten Meßeinrichtung zum Erfassen der Relativbewegungen dieser Abschnitte bei elastischer Deformation des Stranges durch an der Oberfläche einwirkende Kräfte, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung Mittel umfaßt zum Erzeugen eines asten und eines zweiten elektrischen Signals, die repräsentativ sind für die Relativbewegungen, und von denen das erste Signal repräsentativ ist für Torsionsbewegungen, jedoch unempfindlich gegenüber Traktionsbewegungen zwischen dem oberen und dem unteren Sondenkörperabschnitt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal repräsentativ ist für Traktionsbewegungen, jedoch unempfindlich gegenüber Torsionsbewegungen zwischen den Sondenkörperabschnitten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen umfassen: elastisch deformierbare Glieder, die zwischen dem oberen und unteren Sondenkörperabschnitt befestigt sind und einen ersten,elastisch torsionsdeformierbaren, jedoch im wesentlichen ζugundeformierbaren Teil sowie einen zweiten,eQetisch unter Zug deformierbaren, jedoch bei Torsion im wesentlichen nicht deformierbaren Teil umfassen, und daß mindestens ein erster, auf Deformationen des ersten Teiles ansprechend ausgebildetes Wandler vorgesehen ist, zum Erzeugen des ersten Signals, während mindestens ein zweiter Wandler vorgesehen ist, der auf Deformationen des zweiten Teiles ansprechend ausgebildet ist zum Erzeugen des zweiten Signals.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler Dehnmeßstreifen sind, die an dem ersten bzw. zweiten Teil der elastisch deformierbaren Elemente befestigt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen Tubus umfaßt zum Begrenzen einer abgedichteten, mit Fluid gefüllten Kammer rings um die deformierbaren Elemente.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teil der deformierbaren Elemente ausgebildet ist für die Deformation unter Torsion nach rechts bzw. nach links, derart, daß das zweite elektrische Signal auch zur Anzeige der Richtung dieser Deformationen erzeugt wird.

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