DE2757085A1

DE2757085A1 - Verfahren und vorrichtung zum uebertragen von informationen aus einem bohrloch zur erdoberflaeche

Info

Publication number: DE2757085A1
Application number: DE19772757085
Authority: DE
Inventors: Early Baggett Denison
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1976-12-23
Filing date: 1977-12-21
Publication date: 1978-07-06
Also published as: GB1558300A; ATA919377A; FR2375433B1; NO149325B; FR2375433A1; AT353731B; BR7708497A; AU509714B2; NO774396L; US4126848A; AU3183277A; CA1074292A; NO149325C; DE2757085C2

Description

Anmelder:

SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V.
Carel van Bylandtlaan 30, Den Haag, Niederlande

Titel:

Verfahren und Vorrichtung zum Übertragen von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberfläche

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Fernmeßverfahren und eine Fernmeß vorrichtung zum übertragen von Informationen aus einer Tiefbohrung zur Erdoberfläche während der Bohrarbeiten.

Beim Drehbohrverfahren wird ein an seinem unteren Ende ein Bohrwerkzeug tragender Rohrstrang gedreht, um ein Bohrloch herzustellen, während ein Fluid veranlaßt wird, von oben nach unten durch das Bohrrohr und dann von unten nach oben durch einen Ringraum zwischen dem Bohrrohr und dem Bohrloch zu zirkulieren. Dieses zirkulierende Fluid dient dazu, das durch das Bohrwerkzeug abgetragene Material zur Erdoberfläche zu fördern und das Bohrloch freizuhalten. Die Erfindung ist nicht nur bei dem gebräuchlichsten Drehbohrverfahren anwendbar, bei dem von einem Bohrturm aus der Bohrstrang in Drehung versetzt wird, sondern auch dann, wenn das Bohrwerk mit Hilfe einer Schlammturbine angetrieben wird.

Bei einem der bekannten Verfahren zum Übertragen von Informationen während der Durchführung von Tiefbohrarbeiten werden im Schlammstrom Druckimpulse erzeugt, mittels welcher

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Informationen zur Erdoberfläche übertragen werden. Ferner werden bereits Verfahren angewendet, bei denen ein Kabel mit einem elektrischen Leiter von der Erdoberfläche aus zum Boden des Bohrlochs herabgelassen wird, wobei das Kabel zum Übertragen von Informationen zur Erdoberfläche dient.

Weiterhin sind Verfahren bekannt, bei denen ein Bohrstrang benutzt wird, der sich aus mehreren Bohrrohrabschnitten zusammensetzt, welche Ende an Ende miteinander verbunden und mit einem sich durch die verschiedenen Abschnitte erstreckenden Stromkreis versehen sind. Zu diesem Stromkreis gehört u.a. ein Kabel bzw. ein Drahtseil, das einen Leiter enthält und einen Teil des Bohrstrangs überbrückt; ferner sind mehrere elektrisch miteinander verbundene isolierte Leiter vorhanden, von denen jeder in einem Bohrrohrabschnitt angeordnet und mit ringähnlichen elektrischen Anschlußteilen verbunden ist, welche in die Abdichtungsschultern der verschiedenen Bohrrohrabschnitte eingebaut sind. In diesem Fall ist es möglich, die Tiefe des Bohrlochs zu vergrößern, während weitere Bohrrohrabschnitte an den Bohrstrang angesetzt werden, um eine Unterbrechung des zum Boden des Bohrlochs führenden Stromkreises zu verhindern. Der Vorteil der Verwendung eines Kabels zum Überbrücken eines Teils des Bohrstrangs besteht darin, daß sich eine Kostenverringerung ergibt, da man eine geringere Anzahl der beschriebenen Rohrabschnitte benötigt. Bei diesem Verfahren ist es erforderlich, eine Kabelhandhabungseinrichtung bekannter Art zu benutzen, um das Kabel so einzubauen, daß es einen Teil des Bohrstrangs überbrückt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderten bekannten Verfahren und Vorrichtungen dahingehend zu verbessern, daß sich das Kabel leicht ein- und ausbauen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Verfahren

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mit den folgenden Arbeitsschritten vor:

Absenken eines Teils eines Bohrstrangs in ein Bohrloch, wobei zu diesem Teil mehrere Snde an Ende miteinander verbundene Bohrrohrabschnitte gehören;

im Inneren des genannten Teils des Bohrstrangs erfolgendes Absenken eines Kabels mit einem isolierten elektrischen Leiter zum Übertragen elektrischer Signale, wobei der Leiter an beiden Enden elektrische Verbinder aufweist; Herstellen einer lösbaren Verbindung zwischen dem unteren elektrischen Verbinder des Leiters und einem in dem Bohrstrang angeordneten elektrischen Verbinder sowie Herstellen einer lösbaren Verankerung des unteren Endes des Kabels an dem Bohrstrang;

Herstellen einer lösbaren Verankerung des oberen Endes des Kabels am oberen Ende des genannten Teils des Bohrstrangs nahe seinem oberen Ende derart, daß das Kabel gespannt gehalten wird, und daß Signale von dem oberen elektrischen Verbinder aus zu einer elektrischen Kupplungseinrichtung übertragen werden können, die zu einem Bohrrohrabschnitt gehört, der an das obere Ende des genannten Teils des Bohrstrangs angesetzt werden soll;

Ansetzen von Ende an Ende angeordneten Bohrrohrabschnitten an den genannten Teil des Bohrstrangs unter gleichzeitigem Absenken des Bohrstrangs im Bohrloch, wobei jeder dieser Abschnitte einen isolierten elektrischen Leiter enthält, der an jedem Ende des Abschnitts eine elektrische Kupplungseinrichtung aufweist, welche es ermöglicht, Signale zu den elektrischen Kupplungseinrichtungen der benachbarten Abschnitte zu übertragen; und

Übertragen elektrischer Signale mit Hilfe des auf diese Weise in dem Bohrstrang hergestellten elektrischen Stromkreises .

Die Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens weist folgende Teile auf:

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Ein mindestens einen elktrischen Leiter enthaltendes Kabel, das sich durch das Innere des unteren Teils des Bohrstrangs erstreckt;

ein elektrischer Verbinder, der im Inneren des genannten Teils des Bohrstrangs angeordnet und daran befestigt ist und sich im unteren Teil des Bohrlochs befindet; ein elektrischer Verbinder, der an das untere Ende des in dem Kabel enthaltenen Leiters angeschlossen ist und sich lösbar mit dem im unteren Teil des Bohrlochs angeordneten elektrischen Verbinder verbinden läßt, um die Übertragung von Signalen zu ermöglichen;

eine Verankerungseinrichtung zum Herstellen einer lösbaren Verbindung zwischen dem unteren Ende des Kabels und dem genannten Teil des Bohrstrangs derart, daß das Kabel in axialer Richtung gespannt werden kann;

eine Verankerungseinrichtung zum Herstellen einer lösbaren Verbindung zwischen dem oberen Ende des Kabels und dem genannten Teil des Bohrstrangs derart, daß das Kabel in axialer Richtung gespannt wird;

mehrere Bohrrohrabschnitte, die Ende an Ende miteinander verbunden sind und einen weiteren oberen Teil des Bohrstrangs bilden, wobei jeder Rohrabschnitt einen sich durch ihn hindurch erstreckenden isolierten elektrischen Leiter aufweist, der an beiden Enden mit elektrischen Kupplungseinrichtungen verbunden ist, welche es ermöglichen, Signale zu den elektrischen Kupplungseinrichtungen benachbarter Rohrabschnitte zu übertragen; sowie

eine elektrische Kupplungseinrichtung, die an das obere Ende des in dem Kabel enthaltenen Leiters angeschlossen ist und es ermöglicht, Signale zu bzw. von der elektrischen Kupplungseinrichtung des untersten der Rohrabschnitte zu übertragen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

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Fig. 1 einen axialen Schnitt eines Bohrstrangs, in den ein Kabel eingebaut ist;

Fig. 2 eine Seitenansicht eines vollständigen Bohrstrangs;

Fig. 3 einen vergrößerten axialen Schnitt eines Zwischenstücks zum Verankern des Kabels im unteren Teil des Bohrlochs;

Fig. 4 einen vergrößerten axialen Teilschnitt der Einrichtung zum Verankern des Kabels im oberen Teil des Bohrlochs ;

Fig. 5A und 5B jeweils einen axialen Teilschnitt der im unteren Teil des Bohrlochs anzuordnenden lösbaren Einrichtung zum Verankern des Kabels; und

Fig. 6 einen axialen Schnitt einer anderen Ausführungsform einer im unteren Teil des Bohrlochs anzuordnenden Einrichtung zum Verankern des Kabels.

In Fig. 1 und 2 ist ein Bohrstrang dargestellt, in dessen unteren Teil ein Kabel eingebaut ist, während beim oberen Teil Rohrabschnitte verwendet werden, von denen jeder so mit einem Leiter versehen ist, wie es z.B. in der US-PS 3 696 beschrieben ist. Fig. 2 zeigt einen Bohrstrang mit einem solchen unteren Teil 10 und einem oberen Teil 16, die durch ein im oberen Teil des Bohrlochs angeordnetes, zur Verankerung dienendes Zwischenstück 23 getrennt sind. Zu dem unteren Teil 10 können Schwerstangen gehören, mittels welcher das Bohrwerkzeug während der Drehbohrarbeiten belastet wird. Der obere Teil 16 des Bohrstrangs ist an seinem oberen Ende mit einer Schleifringanordnung 17 versehen, deren Schleifringe an eine an der Erdoberfläche angeordnete elektronische Einrichtung angeschlossen sind, die in Fig. 2 als Empfänger 18 dargestellt

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ist. Am unteren Ende des Bohrstrangs ist ein Instrumente enthaltendes Zwischenstück 11 angeordnet, zu dem verschiedene Meßgeräte gehören können, z.B. Geräte, die das Einströmen von Gas oder anderen Fluiden in das Bohrloch nachweisen, wie es in der US-PS 3 776 032 beschrieben ist. Ferner können Geräte vorhanden sein, die es ermöglichen, den Widerstand der betreffenden Formation oder die Neigung und den Azimut des Bohrlochs zu messen. Dieses Geratezwischenstück ist auf bekannte Weise mit Buchsen und Stiften versehen, so daß es sich am einen Ende mit dem Bohrwerkzeug 19 und am anderen Ende mit dem im unteren Ende des Bohrlochs angeordneten Verankerungszwischenstück 12 verbinden läßt. Das Zwischenstück 12 weist ebenfalls Buchsen und Stifte oder Zapfen auf, um mit der untersten Schwerstange und dem Gerätezwischenstück verbunden werden zu können. Die Abdichtungsschultern des Gerätezwischenstücks 11 und des Verankerungszwischenstück 12 sind an den Stirnflächen ihrer Gewindeabschnitte mit runden elektrischen Kontakten versehen. Eine elektrische Verbindung zu dem Verankerungszwischenstück 12 wird durch die im unteren Teil des Bohrlochs angeordnete lösbare Verankerungseinrichtung 13 hergestellt, die an ihrem oberen Ende mit mehreren Beschwerungsstangen 14 versehen ist. Wie nachstehend erläutert, werden diese Beschwerungsstangen benötigt, um die Belastung herbeizuführen, die erforderlich ist, um die Löseeinrichtung der Verbindungseinrichtung zu betätigen. Die Beschwerungsstangen sind mit dem Kabel 15 verbunden, das an seinem oberen Ende zusätzliche Abstandhalter 21 aufweist. Bei den Abstandhaltern 21 kann es sich um speziell konstruierte Beschwerungsstangen oder um kurze Kabelabschnitte handeln, die nicht nur eine elektrische Verbindung zwischen dem Kabel und dem im oberen Teil des Bohrlochs angeordneten Verbinder herstellen, sondern es auch ermöglichen, die Gesamtlänge des Kabels einzustellen. Gemäß Fig. 1 sind die stangenförmigen Abstandhalter 21 mit der im oberen Teil des Bohrlochs angeordneten Verankerungseinrichtung 22 verbunden, die ihrerseits in dem Verankerungszwischenstück 23 im oberen Teil des Bohrlochs untergebracht ist. Das obere Verankerungs-

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zwischenstück ist mit einer Aufnahmeöffnung versehen, in der ein ringförmiger elektrischer Kontakt angeordnet ist, der dazu dient, eine leitende Verbindung zu einem ringförmigen elektrischen Anschluß in der Dichtungsfläche des Zapfenendes desjenigen Bohrrohrabschnitts herzustellen, welcher an das obere Ende des Zwischenstücks 23 angeschraubt werden soll.

Das Kabel ist vorzugsweise als flexibles Drahtseil aus Stahl ausgebildet und mit einem einzigen isolierten elektrischen Leiter versehen. An den Enden eines solchen Kabels oder Seils lassen sich leicht Anschlußteile mit Gewinde anbringen. Diese Anschlußteile ermöglichen es, sowohl mechanische als auch elektrische Verbindungen zu benachbarten Teilen herzustellen. Die Beschwerungsstangen 14 sind mit einem zentral angeordneten elektrischen Leiter versehen und weisen an ihren Enden ein Gewinde auf, das zu den Anschlußteilen des Seils paßt. Ähnliche Beschwerungsstangen können als Abstandhalter 21 verwendet werden, doch wird die Verwendung kurzer Seilabschnitte bevorzugt.

Zum Gebrauch wird ein Teil des Bohrstrangs, der das Gerätezwischenstück 11 und das untere Verankerungszwischenstück 12 sowie am unteren Ende das Bohrwerkzeug 19 trägt, während am oberen Ende das obere Verankerungszwischenstück 23 befestigt ist, im Bohrloch abgesenkt. Dann wird das Seil aus der unteren Verankerungseinrichtung 13, den im unteren Teil des Bohrlochs angeordneten Beschwerungsstangen 14 und Abstandhaltern 21 in der erforderlichen Anzahl zusammengesetzt. Hierauf kann man das Seil in den Teil des Bohrstrangs hinein absenken, der im Bohrloch aufgehängt ist, woraufhin die untere Verankerungseinrichtung 13 in Eingriff mit dem unteren Verankerungszwischenstück 12 gebracht wird. Nach dem Herstellen dieser unteren Verbindung kann man das Seil dadurch spannen, daß man die obere Verankerungseinrichtung 22 mit dem oberen Verankerungszwischenstück 23 verbindet. Erweist sich das Seil 15 als

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so lang, daß es unmöglich ist, es in der gewünschten ¥eise zu spannen, kann man einige der Abstandhalter 21 entfernen; ist das Seil zu kurz, kann man weitere Abstandhalter bzw. Verlängerungsstücke einbauen. Somit ist es möglich, dem Seil 15 eine solche Länge zu geben, daß auf das Seil die gewünschte Spannung aufgebracht werden kann, um die obere Verankerungseinrichtung 22 festzulegen. Schließlich wird die elektrische Leitung 24 durch eine Steckverbindung mit dem oberen Verankerungszwischenstück 23 verbunden. Nach dem Abschluß dieser Arbeiten werden Bohrrohrabschnitte, die den oberen Teil 16 des Bohrstrangs bilden, an den unteren Teil 10 angesetzt. Jeder dieser Rohrabschnitte trägt einen isolierten elektrischen Leiter, der an seinen Enden mit elektrischen Kupplungseinrichtungen versehen ist, die so ausgebildet sind, daß sich benachbarte Abschnitte miteinander verbinden lassen, um die Übertragung von Signalen zu ermöglichen. Solche Rohrabschnitte sind z.B. in der US-PS 3 696 332 beschrieben. Nach dem Zusammensetzen des in Fig. 2 dargestellten Bohrstrangs kann die Tiefbohrung gebohrt werden, wobei ständig Informationen bzw. Meßwerte vom unteren Ende des Bohrlochs aus zur Erdoberfläche übertragen werden können. Das Seil 15 überbrückt vorzugsweise einen eine gewünschte Länge aufweisenden Teil des in das Bohrloch hineinragenden Bohrstrangs. Normalerweise wird im Bohrloch ein Bohrrohr abgesenkt, das eine solche Länge hat, daß es sich von der Erdoberfläche aus bis in die Nähe des Bodens des Bohrlochs erstreckt, und das Seil dient dazu, die gesamte Länge des Bohrrohrs zu überbrücken. Nur der obere Teil des Bohrstrangs ist mit Rohrabschnitten versehen, die isolierte elektrische Leiter aufweisen, welche sich bei jedem Abschnitt zwischen zwei elektrischen Kupplungseinrichtungen erstrecken.

In Fig. 3 ist in einem vergrößerten axialen Schnitt das untere Verankerungszwisehenstück 12 dargestellt, das ein mit Außengewinde versehenes Ende 47 und ein mit Innengewinde versehenes Ende 46 aufweist, so daß es sich nach Bedarf unmittelbar mit den Schwerstangen oder den Bohrrohrabschnitten ver-

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binden läßt. Die Abdichtungsschalter des unteren Endes 47 ist mit einer Ringnut 30 versehen, die ein Isoliermaterial enthält, in welches ein Kontaktring 3OA eingebaut ist. Das Zwischenstück 12 ist mit einem Kanal 31 versehen, so daß man den Kontaktring 3OA mit Hilfe einer nicht dargestellten Drahtleitung mit einem elektrischen Stecker 40 verbinden kann, der sich längs der Achse eines Gehäuses 33 erstreckt. Bei dem Gehäuse 33 handelt es sich im wesentlichen um ein stehend angeordnetes zylindrisches Bauteil, das gleichachsig mit dem Zwischenstück 12 angeordnet ist und zwei Ansätze 34 und 48 aufweist, die sich im rechten Winkel zur Längsachse des Gehäuses 33 erstrecken. Das Gehäuse 33 ist an der Innenwand des Zwischenstücks 12 mit Hilfe von Kopfschrauben 37 und 43 befestigt, die von außen her in die beiden Ansätze 34 und 48 eingeschraubt sind. Der untere Ansatz 34 weist eine Bohrung 36 auf, die in Verbindung mit dem Kanal 31 steht, so daß es möglich ist, eine nicht dargestellte Drahtleitung einzubauen, um den Kontaktring 30A in der Ringnut 30 mit dem Stecker 40 zu verbinden. Ferner ist der Ansatz 34 mit einem O-Ring 35 versehen, der zwischen dem Ansatz und dem Zwischenstück 12 angeordnet ist, um eine Abdichtung zu bewirken; ein weiterer 0-Ring 38 dichtet die Kopfschraube 37 gegenüber der Außenfläche des Zwischenstücks 12 ab. Der sich senkrecht erstreckende Teil des Gehäuses 33 weist einen senkrechten Kanal 47 auf, so daß man die nicht dargestellte elektrische Drahtleitung nach oben führen kann, um sie mit dem unteren Ende 41 des Steckers 40 zu verbinden. Zur Vervollständigung ist das untere Verankerungszwischenstück 12 mit einem Schutzbund oder Fangkranz 44 versehen, der an seinem oberen Ende eine konische Fläche 45 aufweist, damit der lösbare Aufnahmeteil des Verbinders gegenüber dem Stecker 40 zentriert wird. Bei dem Stecker 40 kann es sich um die eine Hälfte eines elektrischen Verbinders handeln, der von der Keystone Engineering Company, Houston, Texas, hergestellt und unter der gesetzlich geschützten Bezeichnung "Kemlon¹¹ auf den Markt gebracht wird. Solche Verbinder werden in der Erdölindustrie verwendet, um Drahtseile bekannter Art mit Werkzeugen zu verbinden, die zur Durchführung laufender Untersuchungen in Tiefbohrungen

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abgesenkt werden.

In Fig. 4 ist das im oberen Teil des Bohrlochs angeordnete Verankerungszwischenstück 23 dargestellt, zu dem eine Verankerungseinrichtung 22 gehört, die dazu dient, das obere Ende des Seils 15 festzulegen und eine elektrische Verbindung zwischen dem Leiter des Seils und dem Bohrrohrabschnitt des oberen Teils 16 des Bohrstrangs nach Fig. 2 herzustellen. Gemäß dem unteren Teil von Fig. 4 läßt sich der Abstandhalter 21 in das untere Ende der Verankerungseinrichtung 22 einschrauben, um eine feste Verbindung zwischen dem oberen Ende des Seils und der Verankerungseinrichtung 22 herzustellen, so daß auf die Verankerungseinrichtung eine Zugkraft aufgebracht werden kann, um das Seil 15 zu spannen. Zu der Verankerungseinrichtung 22 gehört ein zentral angeordnetes Bauteil 81 mit einer axialen Bohrung 80, so daß man einen nicht dargestellten isolierten elektrischen Leiter einbauen kann, um den elektrischen Leiter des Seils 15 mit der unteren Hälfte eines elektrischen Verbinders 93 zu verbinden. Das Bauteil 81 ist an mehreren radialen Rippen 82 befestigt, durch die das Bauteil gegenüber dem zylindrischen Bauteil 83 nach Fig. 4 in seiner damit gleichachsigen Lage gehalten wird. Das zylindrische Bauteil 83 wird seinerseits von Rippen 84 getragen, die es mit einem äußeren zylindrischen Bauteil bzw. Verbindergehäuse 85 verbinden. Das zylindrische Bauteil 83 könnte auch durch mehrere Kopfschrauben in seiner Lage gehalten werden, d.h. mittels einer Anordnung, die der in Fig. 3 dargestellten zum Unterstützen des Gehäuses 33 ähnelt. Das äußere zylindrische Bauteil 85 stützt sich an einer Ringschulter 86 auf der Innenseite des oberen VerankerungsZwischenstücks 23 ab.

Das obere Ende des zentral angeordneten Bauteils 81 ist gemäß Fig. 4 mit mehreren - z.B. zwei - schwenkbaren Fingern 90 versehen, die jeweils am unteren Ende einen Ausschnitt aufweisen, um mit dem oberen Rand 92 des zylindrischen Bau-

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teils 83 zusammenarbeiten zu können. Die Finger 90 sind in Richtung auf ihre innere Ruhestellung durch mehrere Blattfedern 94 vorgespannt. Wird das zentral angeordnete Bauteil 81 z.B. mit Hilfe eines nicht dargestellten Fangwerkzeugs, das mit dem Fangkopf 89 zusammenarbeitet, angehoben, werden die nach außen aufgespreizten Finger 90 in Richtung auf das Bauteil 81 nach innen geschwenkt, so daß sich das Bauteil 81 in der Längsbohrung des zylindrischen Bauteils 83 nach unten bewegen läßt. Gegebenenfalls kann man eine zusätzliche Einrichtung benutzen, um die Finger 90 zwangsläufig nach innen zu schwenken und die Gefahr eines Verklemmens der Finger in ihrer äußeren Stellung zu verringern. Die Abwärtsbewegung des Bauteils 21 ist erforderlich, um die untere Verankerungseinrichtung 13 auf eine noch zu erläuternde Weise zu lösen. Auf entsprechende Weise läßt sich das Bauteil 81 nach oben bewegen, um das Seil 15 zu spannen; hierbei kann man ein nicht dargestelltes Einstellwerkzeug benutzen, um die Finger 90 nach außen zu schwenken und das Gehäuse 81 am oberen Ende des Bauteils 83 zu verankern. Die erforderliche Bewegung der Finger 90 läßt sich auf relativ einfache Weise herbeiführen, da das Bauteil 83 eingebaut wird, während sich das obere Verankerungszwischenstück 23 auf gleicher Höhe mit dem Boden der Bohrplattform befindet. Die obere Hälfte des elektrischen Verbinders 93 wird durch ein kurzes Kabel 24 mit einer Hälfte eines weiteren elektrischen Verbinders 95 verbunden. Die Wand des VerankerungsZwischenstücks 23 ist mit einem Kanal 98 versehen, so daß man einen nicht dargestellten isolierten elektrischen Leiter einbauen kann, um die zweite Hälfte des elektrischen Verbinders 95 über einen Kanal 96 mit einem elektrischen Kontaktring 99 zu verbinden, der in einer Ringnut 99B am oberen Ende des Zwischenstücks 23 in ein Isoliermaterial 99A eingebettet ist. Diese Anordnung ermöglicht es, den Bohrrohrabschnitt des oberen Teils 16 des Bohrstrangs direkt mit dem oberen Verankerungszwischenstück 23 zu verbinden und eine elektrische Leitungsverbindung zwischen den elektrischen Kupplungseinrichtungen herzustellen, die an den Dichtungs-

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schultern benachbarter Abschnitte vorhanden sind.

Fig. 5A und 5B zeigen in einem vergrößerten Axialschnitt die untere Verankerungseinrichtung 13 nach Fig. 1. Hierbei handelt es sich um eine abgeänderte Ausführungsform eines mit einem Drahtseil zusammenarbeitenden einschiebbaren Werkzeugs, das von der Taylor Made Oil Tools Company, 4430, Steifani Lane, Houston, Texas, hergestellt wird. Dieses Werkzeug ist so abgeändert, daß es möglich ist, einen einzelnen elektrischen Leiter so anzuordnen, daß er sich längs der Achse des Werkzeugs nach unten erstreckt; gemäß Fig. 5B ist am unteren Ende des Werkzeugs ein Anschlußbuchsenteil 67 angeordnet, mittels dessen eine Verbindung zu dem in Fig. 3 dargestellten Stecker 40 des unteren Verankerungszwischenstücks 12 hergestellt werden kann. Zu der unteren Verankerungseinrichtung gehört ein äußeres Gehäuse 49, das sich aus mehreren Teilen zusammensetzt, zwischen denen gemäß Fig. 5A und 5B Gewindeverbindungen vorhanden sind. Das Gehäuse 49 ist an seinem oberen Ende 50 mit Innengewinde versehen, in das gemäß Fig. 1 die Beschwerungsstangen 14 eingeschraubt werden können, um das Seil 15 mit der unteren Verankerungseinrichtung 13 zu verbinden. Gemäß Fig. 5A ist eine Kontaktspitze 51 vorhanden, die nach oben durch eine Feder 52 vorgespannt ist, welche in einem isolierenden Gehäuse 60 angeordnet ist; die Kontaktspitze 51 wird durch eine isolierende Scheibe 57 und einen Sprengring 57A in ihrer Lage gehalten. Die Feder 52 stellt gleichzeitig eine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktspitze 51 und einer Flachkopfschraube 53 her, die in das obere Ende eines rohrförmigen Leiters 54 eingeschraubt ist, welcher von einer isolierenden Hülse 61 umschlossen ist. In dem rohrförmigen Leiter 54 ist ein stabförmiger Leiter 55 gleitend geführt, und der rohrförmige Leiter ist nahe seinem oberen Ende mit Längsschlitzen 56 versehen, so daß eine leitende Verbindung zu einer massiven Stange 62 vorhanden ist, die sich längs des verbleibenden Teils des Werkzeugs erstreckt und ge-

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maß Fig. 5B an ihrem unteren Ende mit einem zweiten rohrförmigen Leiter 64 verbunden ist. Gemäß Fig. 5A und 5B sind isolierende Scheiben 63 und 68 vorhanden, die verhindern, daß die leitfähige Stange 62 einen Kurzschluß gegenüber dem Metallgehäuse der Verankerungseinrichtung herbeiführt. Die Stange 62 ist mit einem überzug aus Kunststoff versehen. Zur Vervollständigung des Stromkreises dient gemäß Fig. 5B ein Stangenteil 65, das in den rohrförmigen Leiter 64 eingreift und eine Verbindung zu der Anschlußbuchse 67 herstellt. Anstelle der soeben beschriebenen teleskopartigen Anordnung von Leitern könnte man auch ein flexibles elektrisches Kabel verwenden. Das Kabel kann am oberen Ende mit einer Verlängerung des rohrförmigen Leiters 54 und am unteren Ende mit einer Verlängerung des rohrförmigen Leiters 64 verbunden werden.

Zu der Verankerungseinrichtung 13 gehört eine Schraubenfeder 70, die dazu dient, mehrere Spannzangenfinger 75 nach unten vorzuspannen. Die nach unten gerichtete Kraft der Feder 70 hält Rampenflächen 74 der Spannzangenfinger in Anlage an einer Rampenfläche 73 auf der Innenseite des Gehäuses 49 der Verankerungseinrichtung 13· Wird auf das Seil 15, das mit dem oberen Ende 50 der Verankerungseinrichtung 13 verbunden ist, eine nach oben gerichtete Zugkraft aufgebracht, wird das Gehäuse 49 nach oben gezogen, so daß die Rampenfläche 73 am unteren Ende die Spannzangenfinger 75 nach innen drückt, damit der Fangkopf 44 des unteren Verankerungszwischenstücks 12 nach Fig. 3 erfaßt wird. Soll die Verankerung gelöst werden, wird das Seil 15 entspannt, so daß die Beschwerungsstangen das Gehäuse 49 nach unten drücken, damit sich die Spannzangenfinger 75 nach außen bewegen können, um den Fangkopf 44 freizugeben. Es ist eine Nockenanordnung vorhanden, die während des Hochziehens verhindert, daß das Gehäuse 49 gegenüber den Spannzangenfingern 75 nach oben bewegt wird, damit die Spannzangenfinger nicht erneut in ihre Verankerungsstellung gebracht werden. Zu dieser Nockenanordnung gehören gemäß Fig. 5B Nocken-

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stifte 71 und Nockenschlitze 72, mit denen ein inneres Bauteil des Werkzeugs versehen ist. Das Gehäuse 49 des Werkzeugs weist Entlüftungsöffnungen 76 auf, die in Verbindung mit dem Innenraum des Werkzeugs stehen und zum Druckausgleich dienen. Eine eingehendere Beschreibung und Darstellung der Verriegelungs- und Löseeinrichtung des Werkzeugs ist in einer Druckschrift der Herstellerfirma Taylor Made Oil Tools Company zu finden; dieses Werkzeug ist in der vorstehend beschriebenen Weise zu der unteren Verankerungseinrichtung 13 umgearbeitet.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung kann man die Verankerungseinrichtung 13 in dem Bohrloch absenken, bis die Spannzangenfinger 75 den Fangkopf 44 des unteren VerankerungsZwischenstücks 12 nach Fig. 3 übergreifen und die Anschlußbuchse 67 auf den Stecker 40 aufgeschoben worden ist. Sobald dies geschehen ist, kann man das Seil 15 hochziehen, um das Seil zu spannen und die Verankerungseinrichtung 13 in ihre Verriegelungsstellung zu bringen. Soll die Verankerungseinrichtung 13 von dem Verankerungszwischenstück 12 gelöst werden, kann man das Seil 15 entspannen, damit die Verankerungseinrichtung die Spannzangenfinger 75 freigibt. Hierauf kann man die Verankerungseinrichtung 13 aus dem Bohrstrang herausziehen. Somit ist es möglich, die Verankerungseinrichtung 13 in bzw. außer Eingriff zu bringen, ohne daß eine Zugkraft aufgebracht zu werden braucht. Hierdurch wird die Gefahr vermieden, daß die Verankerungseinrichtung 13 innerhalb des Bohrstrangs zurückprallt, wenn eine plötzliche Entlastung des Seils 15 erfolgt. Ein solches Zurückprallen der unteren Verankerungseinrichtung 13 könnte dazu führen, daß sich das Seil 15 in dem Bohrstrang so verfängt, daß es sich nicht mehr hochziehen läßt.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer im unteren Teil eines Bohrlochs anzuordnenden Verankerungseinrichtung 13,

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bei der es sich um eine abgeänderte Ausführungsform eines Seilkopfes handelt, der von der Otis Engineering Corporation, Dallas, Texas, hergestellt wird. In diesem Fall ist die Verankerungseinrichtung 13 mit einer elektrischen Anschlußbuchse 113 versehen, die zu dem Stecker 40 des Verankerungszwischenstücks 12 nach Fig. 3 paßt. Die Anschlußbuchse 113 steht in leitender Verbindung mit der ersten Beschwerungsstange 14 nach Fig. 1, die in das mit Innengewinde versehene obere Ende 112 der Verankerungseinrichtung 13 eingeschraubt wird. Zu dieser elektrischen Verbindung gehört ein nicht dargestelltes flexibles Kabel, das sich durch einen Längskanal 114 erstreckt.

Die Verankerungseinrichtung 13 nach Fig. 6 weist mehrere flexible Finger 100 auf, die mit einem Flansch 101 des Fangkopfes 44 des Verankerungszwischenstücks 12 zusammenarbeiten. Die Finger 100 werden durch geneigte Flächen 102 am unteren Ende eines zylindrischen äußeren Bauteils 103 der Verankerungseinrichtung 13 in Eingriff mit dem Flansch 101 gebracht, wenn die Verankerungseinrichtung durch Aufbringen einer Zugkraft auf das Seil 15 nach oben bewegt wird. Die Finger 100 sind in Längsschlitzen des äußeren Bauteils 103 angeordnet und können Schwenkbewegungen gegenüber einem ringförmigen Abschnitt 108 des äußeren Bauteils 103 ausführen.

Um die Verankerungseinrichtung 13 nach Fig. 6 zu lösen, kann man auf das Seil 15 eine Zugkraft aufbringen, die genügt, um einen Scherstift 104 zu zerstören. Um ein einwandfreies Arbeiten des Scherstiftes zu gewährleisten, ist der Scherstift nahe beiden Enden mit Sollbruchstellen in Form von Nuten 105 versehen. Sobald der Scherstift zerstört worden ist, kann eine Feder 106 das zylindrische Bauteil 103 gegenüber den Fingern

100 nach unten bewegen. Danach wird das Seil 15 entspannt, woraufhin die flexiblen Finger 101 außer Eingriff mit dem Flansch

101 kommen. Nach dem Lösen der Finger kann man das Seil nach

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oben aus dem Bohrstrang herausziehen.

Man kann die Abmessungen des Scherstiftes 104 so wählen, daß die untere Verankerungseinrichtung 13 beim Aufbringen einer Zugkraft betätigt wird, die geringer ist als die Bruchlast des Seils, jedoch größer als die normale Spannung des Seils.

Bei dem erfindungsgemäßen Fernmeßsystem lassen sich die verschiedensten Abänderungen vorsehen. Beispielsweise kann man in den Bohrstrang einen Satz von übereinander angeordneten Seilen einbauen. Hierbei soll das unterste Seil der höchsten Spannung ausgesetzt sein, und bei jedem weiteren Seil soll eine geringere Spannung vorhanden sein, um zu gewährleisten, daß man die oberen Seile zuerst und dann die übrigen Seile in absteigender Reihenfolge ausbauen kann. Die Verwendung mehrerer einzelner Seile erweist sich insbesondere bei Bohrlöchern von großer Tiefe als vorteilhaft. Sind mehrere Seile vorhanden, wird jedes einzelne Seil für sich unterstützt. Auf diese Weise wird die Belastung des Seils auf mehrere Verankerungspunkte verteilt.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn man das untere Verankerungszwischenstück mit dem Gerätezwischenstück zu einem einzigen Element vereinigt, denn in diesem Fall kann man das Seil direkt an dem Geratezwischenstück verankern.

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Le e rs ei te

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Herstellen einer Tiefbohrung und zum gleichzeitigen Übertragen elektrischer Signale zwischen einem Punkt innerhalb des Bohrlochs und der Erdoberfläche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Absenken eines Teils eines Bohrstrangs in das Bohrloch, wobei zu diesem Teil mehrere Ende an Ende miteinander verbundene Bohrrohrabschnitte gehören, im Inneren des genannten Teils des Bohrstrangs erfolgendes Absenken eines Seils mit einem isolierten elektrischen Leiter zum Übertragen elektrischer Signale, wobei der Leiter an beiden Enden elektrische Verbinder aufweist, Herstellen einer lösbaren Verbindung zwischen dem unteren elektrischen Verbinder des Leiters mit einem in dem Bohrstrang angeordneten elektrischen Verbinder und Herstellen einer lösbaren Verankerung zwischen dem unteren Ende des Seils und dem Bohrstrang, Herstellen einer lösbaren Verankerung zwischen dem oberen Ende des Seils und dem oberen Ende des genannten Teils des Bohrstrangs derart, daß das Seil gespannt gehalten wird, und daß der obere elektrische Verbinder des Seils zur Übertragung von Signalen mit einer elektrischen Kupplungseinrichtung eines Bohrrohrabschnitts verbunden wird, der an das obere Ende des genannten Teils des Bohrstrangs angesetzt wird, Ansetzen von Bohrrohrabschnitten Ende an Ende an den genannten Teil des Bohrstrangs, während der Bohrstrang in dem Bohrloch abgesenkt wird, wobei jeder dieser Abschnitte einen isolierten elektrischen Leiter enthält, der an jedem Ende des betreffenden Abschnitts mit einer elektrischen Kupplungseinrichtung versehen ist, die es ermöglicht, Signale zu den elektrischen Kupplungseinrichtungen benachbarter Abschnitte

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zu übertragen, sowie Übertragen elektrischer Signale durch den längs des Bohrstrangs hergestellten Stromkreis.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerung des unteren Endes des Seils dadurch gelöst wird, daß die auf das Seil aufgebrachte Zugspannung auf einen Wert erhöht wird, der geringer ist als die Bruchspannung, und daß danach die Zugspannung auf einen Wert verringert wird, der nahe dem unteren Ende des Seils nahezu gleich Null ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil im Wege der Fernbetätigung von dem genannten Teil des Bohrstrangs getrennt wird, bevor der Bohrstrang aus dem Bohrloch herausgezogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ansetzen weiterer Bohrrohrabschnitte und nach den Schraten zum Absenken, Spannen und Verankern des Seils im unteren Teil des Bohrstrangs ein weiterer Teil des Bohrstrangs angesetzt und in dem Bohrloch abgesenkt wird, woraufhin ein zweites Seil herabgelassen, gespannt und an dem zusätzlichen Teil des Bohrstrangs verankert wird, und daß einander benachbarte Enden der zu den beiden Seilen gehörenden Leiter lösbar elektrisch miteinander verbunden werden.

5. Verfahren nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Lösen der unteren Verankerung des oberen Seils aufzubringende Zugspannung geringer ist als die zum Lösen der unteren Verankerung des unteren Seils erforderliche Zugspannung.

6. Vorrichtung zum Übertragen von Informationen von einer Geräteanordnung aus, die in einem Gerätezwischenstück untergebracht ist, welches sich in einem Bohrloch befindet, während

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in dem Bohrloch Bohrarbeiten unter Benutzung eines Bohrstrangs durchgeführt werden, zu dem das Gerätezwischenstück gehört, und der ein Bohrwerkzeug trägt, gekennzeichnet durch ein mindestens einen elektrischen Leiter (24)enthaltendes Seil (15), das sich durch das Innere eines unteren Teils (10) des Bohrstrangs erstreckt, einen im Inneren des genannten Teils des Bohrstrangs angeordneten und daran befestigten unteren elektrischen Verbinder (40), einen mit dem unteren Ende des in dem Seil enthaltenen Leiters elektrisch verbundenen Verbinder (67), der sich lösbar in Eingriff mit dem unteren elektrischen Verbinder bringen läßt, um die übertragung von Signalen zu ermöglichen, eine Verankerungseinrichtung (73» 74, 75) zum lösbaren Befestigen des unteren Endes des Seils an dem genannten Teil des Bohrstrangs derart, daß es möglich ist, das Seil axial zu spannen, eine Verankerungseinrichtung (22) zum lösbaren Befestigen des oberen Endes des Seils an dem genannten Teil des Bohrstrangs derart, daß sich das Seil axial spannen läßt, mehrere Ende an Ende miteinander verbundene Bohrrohrabschnitte, die den anderen oberen Teil (16) des Bohrstrangs bilden, wobei jeder Rohrabschnitt einen isolierten elektrischen Leiter aufweist, der sich durch den Abschnitt hindurch erstreckt und an beiden Enden desselben in elektrischer Verbindung mit elektrischen Kupplungseinrichtungen (99) steht, welche so eingerichtet sind, daß sie die übertragung von Signalen zu elektrischen Kupplungseinrichtungen benachbarter Rohrabschnitte ermöglichen, sowie eine elektrische Kupplungseinrichtung (93), die leitend mit dem oberen Ende des Leiters in dem Seil verbunden ist und die Übertragung von Signalen von der elektrischen Kupplungseinrichtung von dem untersten der genannten Rohrabschnitte aus ermöglicht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Geratezwischenstück (11) ein rohrförmiges Bauteil gehört, das geeignet ist, als Abschnitt des Bohrstrangs verwendet zu werden, ferner eine im unteren Teil des Bohrlochs

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anzuordnende Verankerungseinrichtung (13) mit einem gleichachsig mit dem rohrförmigen Bauteil angeordneten zylindrischen Bauteil sowie einen im unteren Teil des Bohrlochs anzuordnenden elektrischen Verbinder mit einem nach oben ragenden elektrischen Anschlußstift (51), der so angeordnet ist, daß er sich lösbar in Singriff mit dem elektrischen Verbinder bringen läßt, der leitend mit dem unteren Ende des Leiters (24) in dem Seil (15) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der untere elektrische Verbinder in einem gesonderten Zwischenstück angeordnet ist, das sich als Abschnitt des Bohrstrangs verwenden läßt, und daß das gesonderte Zwischenstück eine elektrische Kupplungseinrichtung aufweist, die die Übertragung von Signalen von einer elektrischen Kupplungseinrichtung des Gerätezwischenstücks (11) aus ermöglicht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verankern des oberen Endes des Seils (15) ein Verankerungszwischenstück (23) zur Verwendung als Bestandteil des Bohrstrangs aufweist, ferner ein gleichachsig mit dem Verankerungszwischenstück angeordnetes zylindrisches Unterstützungsteil (83), ein Seilverbindungs- und -anschlußteil zum Aufnehmen eines Anschlußteils an dem genannten Ende des Seils (15), mehrere auf dem oberen Ende des Seilverbindungs- und -anschiußteils schwenkbar gelagerte Finger (90) sowie Vorspanneinrichtungen (94), die auf dem Verbindungs- und Anschlußteil so angeordnet sind, daß sie die Finger in Richtung auf eine Ruhestellung vorspannen, bei der sich das Verbindungs- und Anschlußteil durch das zylindrische Unterstützungsteil hindurchbewegen läßt, wobei es möglich ist, die Finger in eine Arbeitsstellung zu bewegen, in der sie mit dem oberen Ende des zylindrischen Bauteils zusammenarbeiten, um zu verhindern, daß das Verbindungs- und Anschlußteil nach unten durch das zylindrische Unterstützungsteil hindurch bewegt wird.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungszwischenstück (23) an seinem oberen Ende einen elektrischen Verbinder (93) aufweist, und daß eine Einrichtung vorhanden ist, die es ermöglicht, eine elektrische Verbindung zu einer elektrischen Kupplungseinrichtung herzustellen, die am unteren Ende des untersten der genannten Rohrabschnitte angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungs- und Anschlußteil (81) einen zentralen Kanal (80) zum Aufnehmen eines elektrischen Leiters aufweist, wobei dieser Leiter dazu dient, den elektrischen Leiter (24) in dem Seil (15) mit dem in dem Zwischenstück angeordneten elektrischen Verbinder (93) zu verbinden.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Abstandhalter (21) zwischen dem oberen Ende des Seils (15) und der oberen Verankerungseinrichtung (22) angeordnet ist, um die Länge des Seils einzustellen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Beahwerungsteil (14) zwischen dem unteren Ende des Seils (15) und der unteren Verankerungseinrichtung (13) angeordnet ist.

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