DE2742591C2 - Verfahren zum Bestimmen des Klemmpunktes eines in einem Bohrloch festsitzenden Rohrstranges und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren i:um Bestimmen des Klemmpunktes eines in einem Bohrloch festsitzenden Rohrstranges gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

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

Ein Verfahren mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen läßt sich der US-PS ίο 36 86 943 entnehmen. Die dort offenbarte, als Instrument gemäß Patentanspruch 2 dienende Sonde 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.

Bei bekannten Verfahren werden die Relativbewegungen zwischen dem oberen und dem unteren Sondenabschnitt erfaßt, jedoch nicht die Torsionsbewegungen von den Traktions- oder Zugbewegungen unterschieden, 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 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. Ein Verfahren, bei dem die Vorrichtung nahe einer loszuschraubenden Verbindungsstelle verankert ist, gestattet nicht die Feststellung ob ein Moment bis zu dieser Tiefe übertragen worden ist, weil das Meßglied von den Längsbewegungen des Stranges beeinflußt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgleiche Verfahren und die entsprechende Vorrichtung derart weiterzubilden, daß man die Torsionen von den Zugkräften unterscheiden kann, die bis zu einer bestimmten Tiefe des Stranges übertragen werden.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 ermöglicht; der Patentanspruch 2 definiert eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Eine Vorrichtung zum Feststellen des Klemmpunkts to eines Rohrstranges in einem Bohrloch ist ferner aus der US-PS 30 06 186 bekannt. Bei ihr wird als Meßorgan für Torsions- und Zugbeanspruchung eines geteilten Sondenkörpers eine Induktivität mit geteiltem Kern verwendet, wobei sowohl Torsionen als auch Streckungen zu einer Vergrößerung des Luftspalts und damit zu einer Änderung des Wertes der Induktivität führen. Demgemäß werden Signale, die auf Deformationen zurückgehen, gleichzeitig zur Erdoberfläche übertragen, doch

ist es nicht möglich, zu unterscheiden, auf welche Art Deformation sie zurückzuführen sind.

Die US-PS 33 31 243 offenbart eine Vorrichtung zum Bestimmen des Klemmpunktes eines Rohrstranges in einem Bohrloch mit einem ersten Meßsystem für Torsionsbeanspruchung und einem zweiten Meßsystem für Zugbeanspruchungen; beide Systeme sind aber nur alternierend, also nacheinander benutzbar.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die als Ausführungsbeispiel die in den 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 F i g. 1,

F i g. 3 ist eine perspektivische Darstellung der Organe aus Fig.2C, verwendet für die Verankerung der Vorrichtung.

F i g. 4 ist ein Teillängsschnitt der F i g. 3, und

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

Gemäß F i g. 1 umfaßt eine Erfassungsvorrichtung für den Verklemmungspunkt eine Sonde 10, aufgehangen am Ende eines Kabels 11 im Inneren eines Rohrstranges 12 in einem Bohrloch 13. Die Rohre 12, beispielsweise Bohrstrangrohre, sind von den Formationen 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 Torsionskräfte auszuüben, um den Verklemmungspunkt festzustellen. Das Kabel 11 umfaßt eine oder mehrere Leiter, angeschlossen an eine Oberflächeninstallation 15, die Mittel für das Übertragen zur Sonde 10 von elektrischen Signalen über Leiter des Kabels 11 umfaßt, und Mittel zum Empfangen, Verarbeiten, Anzeigen und Registrieren von Signalen, die von der Sonde herrühren.

Die Sonde umfaßt zunächst einen Hauptkörper 20 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 zu erläutern, 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 elastirch die Stangen durch an der Oberfläche einwirkende K rät te 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 Losschraubmorrent auf die betreffende Verbindungsstelle ausgeübt wird, um die Gesamtheit des Stranges oberhalb dieser Verbindungsstelle loszuschrauben, und um so aus dem Bohrloch eine maximale Stranglänge von freien Stangen herausziehen zu können.

Die Sonde 10, die in F i g. 2A bis 2D in Detail dargestellt ist besteht von oben nach unten aus einem hydraulischen Steuerabschnitt 27, einem oberen Veranke- rungsabschnitt 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

ίο Steuerabschnitt eine dichte Hülle 30, 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 Hydrau-Iikfluiddrucks.

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 HaJbringe 32, die sich in den oberen Abschnitt der Hülle 30 einschrauben, sowie einen Support 33, der im Inneren des Kopfes befestigt ist In dem Support 33 sind isolierte Mehrfachsteckverbinder 34 angeordnet, an die die Leiter 35 des Kabels 11 angeschlossen sind. Im Inneren der Hülle 30 ist ein zylindrischer Support 36 angeordnet, in dem isoliert Stecker 37 angeordnet sind, die in die Steckverbinder 34 passen. Der Support 36 umfaßt einen Mitteldurchgang 40, der abgedichtet verschlossen ist durch einen mit Gewinde versehe- nen Stopfen 41. Dichtungen 42 stellen die Abdichtung zwischen Support 36 und Hülle 30 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 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 50. 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 Stoß- oder Verbindungsstelle der Stangen vorbei· geht, ergibt sich eine Veränderung des Magnetflusses, erzeugt von den Magneten 46 und 50 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.

so Am unteren Abschnitt der Manschette 44 ist ein Rohr 53 angeschraubt, das an seinem unteren Ende in einer Muffe 54 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 60 für die Abdichtung des Kolbens relativ zur Hülle 30 und zum Rohr 53. Im Inneren der Hülle 30 begrenzt der Kolben 53 oberhalb seiner oberen Stirnseite eine Kammer 61, gefüllt mit einem Hydraulikfluid, das über öffnungen 62 mit dem Durchlaß 51 kommuniziert. Unterhalb des Kolbens 55 kommuniziert der Raum zwischen dem Inneren der Hülle 30 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 da diese Fluide Feststoffpartikel enthalten können, ist der Kolben 55 an seinem unteren Ende mit Schabedichtungen 65 und 66 versehen, die an der Hülle 30 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 30 die Abdichtung bewirkt. Die Muffe 54 ist mittels Schrauben 70 an einer Wiege 71 befestigt, die eine halbrunde Querschnittsform besitzt.

Auf dieser Wiege 71 sind (siehe F i g. 2B) ein Elektromotor 72 und eine volumetrische Pumpe 73 befestigt, angetrieben von der Abtriebswelle 74 des Motors 72. Der innenraurn der Hüne 30, in dem sich der Motor 72 und die 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 80 verbunden, der auf der Wiege 71 befestigt ist. Der Ventilkörper 80 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 80 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 Ventiiglied 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 Durchlasses 86 eine vorgegebene Schwelle übersteigt Ein anderer Durchlaß 91, der den Ventilkörper 80 durchsetzt, läßt den unteren Teil des Ventilkörpers 80 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 80 ist mittels Schrauben 92 an einem Kragen 93 befestigt auf den die Hülle 30 geschraubt ist Dichtungen 94 sichern die Dichtung zwischen dem Kragen 93 und der Hülle 30. Ein Support 95, durchsetzt von Anschlüssen 96, ist in dem Kragen 93 abgedichtet angeordnet infolge der Dichtungen 97 auf einer Verlängerung des Ventilkörpers 80.

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 Halbringe 100. im Inneren des Oberteils 21 des Sondenkörpers ist ein Support 101 befestigt, in dem isoliert Einsteckverbinder 102 angeordnet sind für die Verbindung mit den Steckern 96. Die elektrischen Leiter 103, verbunden mit den Stekkern 102, befinden sich in einer Ausnehmung 104, die sich über die gesamte Länge des Hauptkörperoberteils 21 erstreckt

Der Oberteil 21 des Sondenhauptkörpers (siehe F i g. 2B) umfaßt drei Längsnuten 105 mit rechteckigem Querschnitt die gleichförmig auf der Peripherie verteilt angeordnet sind. Am oberen Teil jeder Nut 105 ist mittels eines Stiftes 166 ein Montageblock 107 befestigt der sich nach unten um einen Abschnitt 108 in Form eines Keils verlängert, der sich in der Mitte der Längsnut 105 befindet. Der Abschnitt 108 des Montageblocks

107 wird seitlich durchsetzt von einem Langloch 110. In jeder Nut· 105 ist ein erster Verankerungsarm 111 montiert (siehe auch F i g. 3), der an seinem oberen Abschnitt eine Vertiefung 112 aufweist, so daß er den Abschnitt

108 in Keilform des Montageblockes 107 umfassen kann. Eine Welle 113, befestigt am oberen Ende des Verankerungsarmes 111 ist schwenkbeweglich und gleitbeweglich in dem Langloch 110 angeordnet, und eine Fläche 114 dieses Armes liegt an am Abschnitt 108 des Montageblockes 107 derart, daß sie längs der Schraubfläche 109 gleiten kann, wenn die Welle 113 sich längs des Langloches 110 bewegt. Wenn die Welle 113 an der obersten Position im Langloch 110 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 120 verbunden, der in der Nut 105 angeordnet ist mit seinem unteren Ende gleitbeweglich und schwenkbeweglich in der Nut liegt. Dank dem Montageblock 107 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 F i g. 3 dargestellt, besteht der Verankerungsarm 120 aus zwei Abschnitten 121 und 122, die miteinander durch Schrauben 123 verbunden sind.

Die Sonde umfaßt ferner eine Betätigungshülse 125 des Sondenhauptkörpers, die nach oben und unten beweglich ist, um von dem Sondenhauptkörper die Gelenke der Verankerungsarme 111 und 120 abzuspreizen bzw. einzuziehen. Die Betätigungshülse 125 ist mit den unteren Enden der Verankerungsarme 120 über drei Verbindungsarme 124 verbunden. Wie in F i g. 3 dargestellt, besteht jeder Verbindungsarm 124 aus einem Oberteil 126 und einem Unterteil 127, die hinsichtlich der Dicke verringerte Enden aufweisen und miteinander verbunden sind durch einen Scherstift 130. Der Unterteil 127 umfaßt eine Quernut 131. in die eine Schulter, ausgeformt am oberen Abschnitt der Betätigungshülse 125 eingreift, die zwecks Ermöglichung der Montage aus zwei Halbringcn besteht. Die Hülse 125 ist in einen Ringkolben 132 eingeschraubt, der abgedichtet auf dem Sondenhauptkörper sitzt dank Dichtungen 133 und 134. Eine Kammer 135 zwischen dem Oberteil 21 des Sondenhauptkörpers und dem Kolben 132 wird mit Hydraulikfluid unter Druck versorgt von der Ausnehmung 104 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 140 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 120 nähern sich dem Sondenhauptkörper 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 unlere Ende des Verankerungsarmes 120 über den Verbindungsarm 124 aus. Die Gelenke der Verankerungsanne 111 und 120 spreizen sich demnach vom Sondenkörper ab, und dieses Abspreizen erfolgt

schnell, da das Hydraulikfluid, verdrängt vom Kolben 132, der von der Feder 137 geschoben wird, mit hoher Geschwindigkeit in das Reservoir zurückfließen kann.

Die Montagemittel, gebildet von der Keilfläche 109 und der langgestreckten öffnung 110, zwingen die Gelenke zwischen den ersten und zweiten Verankerungsarmen 111. sich vom Sondenkörper längs Bahnen 115 abzuspreizen. Die Form und die Anordnung der Montageeinrichtungen der Verankerungsarme sind so ausgeführt, damit die Bahnen schräg verlaufen relativ zur Längsachse des Körpers derart, daß die Radialandrückkraft der Gelenke 117 gegen die Strangrohre im wesentlichen konstant bleibt unabhängig vom Innendurchmesser der Rohre. Dieser Vorteil 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 109 derart wählt, daß die Bahn 115 einen Winkel von näherungsweise 45° 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 120 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 120 mit zwei Teilen 121 und 122 ausgebildet, die miteinander verbunden sind (F i g. 3). Am unteren Teil des Verankerungsarmes 120 sind Nuten 141 ausgeschnitten, die den unteren Enden 142 erlauben, sich elastisch voneinander abzuspreizen, um sich damit an die Seiten der Längsnut 105 anzulegen. Jedes der Enden 142 umfaßt einen Ausschnitt 143, der es ermöglicht, daß dieses Ende sich um den Oberteil des Verbindungsarmes 124 legt Die Innenseite des Ausschnitts 143 weist eine konische oder sphärische Ausnehmung 144 mit der Achse A-A' auf (siehe auch F i g. 4). Die Enden 142 werden 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 120 mitnimmt liegt der Zapfen

147 auf dem unteren Abschnitt des zylindrischen Loches 145 an, wie in Fig.4 dargestellt Das Spiel zwischen dem Verankerungsarm 120 und den Seiten der Nut 105 genügt demgemäß, daß die unteren Enden 142 längs des Sondenhauptkörpers gleiten und schwenken können. Wenn der Verbindungsann nach oben bewegt wird, nimmt er die Kugel 146 mit deren Oberseiten sich 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 120 halten jedoch die Enden 142 gegeneinander gespannt, die frei in der Nut 105 gleiten. Wenn sich das Gelenk der Verankerungsarme 111 und 120 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 105 verklemmen. Das Spiel, das erforderlich ist für das öffnen und Schlie- Ben 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 150, aufgeschraubt auf den Kragen 140, wobei Dichtungen !4! die Abdichtung zwischen dem Tubus 150 und dem Kragen 140 sicherstellen. Das Meßglied 25 umfaßt ferner elastisch unter Torsion und Zug deformierbare Einrichtungen, befestigt zwischen dem Oberteil 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 Tor sion verformbaren Abschnitt 154, der jedoch im wesent lichen unter Zug nicht verformbar ist, einen Kragen 155, einen zweiten Abschnitt 156, der unter Zug verformbar ist, jedoch im wesentlichen nicht verformbar unter Torsionsbelastung, und einen unteren Dorn 157, aufge- schraubt auf dem Unterteil 22 des Hauptkörpers. Eine Sicherungsmutter 160 blockiert den Unterteil 22 des Hauptkörpers auf dem Dorn 157, und eine Dichtung 161 stellt die Abdichtung zwischen diesem Unterteil 22 und dem Dorn 157 sicher. Der Dorn 157 ist gleitbeweglich im Inneren des Tubus 150 angeordnet mittels eines Kugelringes 162 und durchsetzt das untere Ende dieses Tubus', abgedichtet mittels einer Abdichtung 163. Eine Feder 164 ist unter Kompression zwischen dem Unterteil des Tubus 150 und einer Schulter 165 des Doms 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 Bewegung des Doms 157 im Inneren des Tubus' 150 entspricht den elastischen Deformationen der Teile 154 und 156.

Das Meßglied 25 umfaßt ferner Mittel zum Begrenzen der Torsionsdeformation und zum Unterdrücken ά"τ Zugdeformation im ersten Abschnitt 154 und zum Begrtrizen der Zugdeformation und zum Unterdrücken

so der Torsionsdeformationen im zweiten Abschnitt 156. Für diesen Zweck ist eine Manschette 170, die das untere Ende des Dorns 153 umiaßi und das obere Ende des Doms 157, auf dem Kragen 155 mittels eines Stiftes 171 befestigt. Die Manschette 170 umfaßt an ihrem oberen Abschnitt 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 ± '/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 0,15 mm.

ίο

Jeder Abschnitt 154 oder 156 hat eine Form, die <:s 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 aufgeschnittenes Teil geeignet (F i g. 5), das verstärkt werden kann durch seitliche Versteifungen 180 und 181, die beidseits angeklebt sind, um dem Teil 156 eine bessere Festigkeit gegen Flexion in der Ebene der Lamelle 134 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 f 56 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 liefern ein erstes Signal, repräsentativ für Torsionsbewegungen, die wirksam sind zwischen den Abschnitten 21 denkörper 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 dargestellten. 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 180, am unteren Abschnitt des Dorns 157, verzögern das Ausschwenken der unleren Verankerungsorgane relativ zu den oberen Verankerungsorganen, wenn der Druck mittels des Elektroventils 78 aufgehoben wird. Die Anordnung dieser Verengung 188 unterhalb des Meßglieds hat außerdem zur Folge, daß der Druck im Inneren des Meßglieds aufgehoben wird, bevor die unteren Verankerungsorgane sich gegen die Strangroh· re anlegen. Wenn man nämlich das Elektroventil 78 öffnet, fließt das Hydraulikfluid 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 ande-

und 22 des Sondenkörpers, und ein zweites Signal, das 25 rerseits die oberen Verankerungsorgane an die Stran-

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 Oberflächeninstallation 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.

grohre anlegen, wirkt die Kraft der oberen Feder 137 vollständig auf die Wandung der Strangrohre, und der hydraulische Druck im Inneren der Kammer 135 wird gleich dem 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 demgemäß 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 elasti-

Das Innere des Tubus 150 ist mit Hydraulikfluid rings 4o sehen Teils 156, und das Meßglied ist nicht mehr unter um das elastische Organ 152 gefüllt. Der Innendruck des Extension und bereit zur Messung der Zugkräfte, die Meßgliedes kann demgemäß höher sein als der hydrostatische Druck des Bohrlochs. Dieser Überdruck wirkt

auf den Abschnitt des Dorns 157, begrenzt von der verschiedenen Organe haben die in den F i g. 2A bis 2D dargestellte Lage mit den Verankerungsarmen längs des Sondenhauptkörpers. Das Elektroventil 78 ist ge-

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

Dichtung 163 und übt auf diesen Dorn demnach eine 45 verklemmt sind, läßt man die Sonde 10 im Inneren dieabwärts gerichtete Kraft aus mit der Tendenz, einen ser Strangrohre nach unten am Ende des Kabels 11. Die Teil des Sondenkörpers relativ zum anderen zu verlängern in die maximal ausgefahrene Position. Wie man
später noch erkennt, müssen Vorkehrungen getroffen

werden, um zu verhindern, daß die Verankerungsorgane 50 schlossen und hält das Hydraulikfiuid unter Druck in 23 und 24 in den Strangrohren verankert werden, wäh- dem Meßglied und den Kammern 135 derart, daß die rend sich die .Hauptkörperabschnitte in der ausgefahrc- Ko'ben i32 der oberen und unteren Verankerungsabnen Position unter der Wirkung dieses Druckes befiri- schnitte in der unteren Position sind. Wenn die Sonde den. eine gewünschte Tiefe erreicht hat, wird das Solenoid 85

Der Unterteil 22 des Hauptkörpers bildet einen Teil 55 über das Kabel derart erregt, daß die Klappe 83 geöffdes unteren Verankerungsabschnitts, der identisch ist net wird, womit der Durchlaß 86 und die Bohrung 104 mit dem oberen Verankerungsabschnitt 28. Dieser uri- mit dem Reservoir 63 verbunden werden. Wie man oben tere Abschnitt umfaßt erste und zweite Verankerung!!- gesehen hat, hat die Steuerung des Elektroventils 78 arme, gelenkig zueinander ausgebildet und mit Enden, nacheinander zur Folge: Anlegen der oberen Verankedie gleit- und schwenkbeweglich auf dem Unterteil 22 to rungsorgane an die Strangrohre, Aufheben des Drucks des Hauptkörpers montiert sind, und Montageeinrich- im Inneren des Meßglieds 25 und Anlegen der unteren tungen, um diese Verankerungsarme auf dem Unterteil Verankerungsorganc an die Strangrohre mit einer ge- 22 derart anzuordnen, daß die Gelenke der Veranke- wissen Verzögerung infolge der Wirkung der Einschnürungsarme sich vom Hauptkörper längs schräger Bah- rung 188. Im Falle einer Bohrung im Meer, die von einer nen abspreizen. Ein Betätigungsorgan, vorgespannt 65 schwimmenden Bohrplattform aus niedergebracht wor-

durch eine Schraubenfeder, kann von einem Kolben verschoben werden und ist gleitbeweglich angeordnet, um die unteren Enden der Verankerungsarme dem Sonden ist, ist die Sonde 10, die an der schwimmenden Plattform mittels des Kabels 11 aufgehangen ist, den Bewegungen des Schwimmkörpers unterworfen. Um zu ver-

meiden, daß die oberen Verankerungsorgane sich an die Strangrohre in einem Augenblick anlegen, in dem sich die Sonde 10 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 Slrangrohre anlegen, die Spannung des Kabels nach, und man kann weiteres Kabel in das Innere des Stranges ablassen. Das Gewicht des Kabels ruht auf den oberen Ver- ιυ ankerungsorganen 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 Elektroventil 78 ab, was die Verankerungsorgane in der ausgefahrenen Position gegen die Strangrohre blökkiert.

Sobald die beiden oben und unten angeordneten Verankerungsorgane an Ort und Stelle sind, läßt man an der Oberfläche auf den Strang Zug- und. Torsionskräftc einwirken. Wenn mittels des Meßglieds 25 Deformationen des Stranges in der Tiefe festgestellt werden, wo sich die Sonde 10 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.

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 Torsionskräfte 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 angebracht 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 Los-Schraubmoment 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 b5 man an der Oberfläche ein Drehmoment hat einwirken lassen, zieht man am Strang und läßt wieder los. Das erste 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 130 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.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Bestimmen des Klemmpunktes eines in einem Bohrloch festsitzenden Rohrstranges, bei dem ein auf Beanspruchungen des Rohrstranges ansprechendes, ein Ober- und ein Unterteil, die begrenzt relativ zueinander beweglich sind, aufweisendes Instrument an einem Kabel in den Rohrstrang abgesenkt wird, das Ober- bzw. Unterteil des Instruments an zwei axiaj voneinander beabstandeten Stellen im Rohrstrang verankert wird, an der Erdoberfläche eine Zug- und eine Drehkraft an den Rohrstrang angelegt werden und Relativbewegungen der beiden Instrumententeile zueinander im Instrument erfaßt, als Signal zur Erdoberfläche hin Obertragen und dort angezeigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Oberteil des Instruments im Rohrstrang verankert dann das Tragkabel nachgelassen und danach das Instrumentenunterteil im Rohrstrang verankert wird, und daß im Instrument die Längs- und die Drehbeanspruchung des Rohrstranges gleichzeitig ermittelt, die ermittelten Werte als Erfassungssignale gleichzeitig zur Erdoberfläche hin übertragen und dort beide Signale getrennt angezeigt werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem auf Beanspruchungen des Rohrstranges ansprechenden Instrument, das an ein Kabel anhängbar ist und ein Ober- sowie ein relativ zu diesem begrenzt bewegliches Unterteil aufweist, mit Verankerungselementen am Ober- und Unterteil des Instruments zum Festlegen der beiden Teile im Rohrstrang, mit zwischen den beiden Teilen des Instruments angeordneten Sensoren zum Ermitteln der Relativbewegungen der beiden Teile gegeneinander aufgrund von Beanspruchungen des Rc hrstranges durch von der Erdoberfläche her an den Rohrstrang angelegte Zug- und Drehkräfte, mit Einrichtungen zum Übertragen der ermittelten Rchrstrangbewegungen in Form von Signalen zur Erdoberfläche hin und mit Einrichtungen an der Erdoberfläche zum Anzeigen der Signalwerte, dadurch gekennzeichnet, daß das Instrument (10) einen ersten Sensor (183), der auf die Längsbeanspruchung des Rohrstranges (12), und einen zweiten Sensor (182) umfaßt, der auf die Drehbeanspruchung des Rohrstranges (12) anspricht, und daß für die selektive Betätigung der Verankerungselemente (23, 24) des Instrumentenober- und -Unterteils (21, 22) eine Steuereinrichtung (188) vorgesehen ist, durch die das Verankerungselement (23) des Instrumentenoberteils (21) vor der Verankerung des Verankerungsdements (?4) des Instrumentenunterteils (22) im Rohrstrang (12) festlegbar ist.