DE2804512C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Fernübertragung von Informationen aus einem Bohrloch - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fernübertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberfläche nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Bei der Suche nach Rohöl und Erdgas bohrt man mit Hilfe eines sogenannten Rotary-Bohrers Bohrlöcher in die Erde. Die Bohrmaschine besteht aus einer Antriebsvorrichtung für ein Bohrgestänge, das aus einer Anzahl hohler Bohrstangen besteht, an deren unterem Ende sich ein Bohrmeißel befindet, wobei die auf den Bohrmeißel ausgeübte Axialkrait sorgfältig gesteuert wird.

Während des Bohrvorganges wird ständig eine Spülflüssigkeit durch das hohle Bohrgestänge nach unten gepumpt. Sie tritt durch Düsen im Bohrmeißel aus

■*5 und kehrt durch den Mantel zwischen Bohrloch und Bohrgestänge zur Erdoberfläche zurück. Auf der Erdoberfläche läßt man dann die Spülflüssigkeit, die die vom Bohrmeißel zerriebenen Gesteinsbrocken enthält, durch ein Sieb in eine Reihe von Behältern fließen, aus denen sie wieder i/i das Bohrloch geleitet wird. Die Spülflüssigkeit nimmt nicht nur die Bohrabfälle mit, sondern wirkt auch als Kühl- und Schmiermittel für den Bohrmeißel und die Außenseite des Bohrgestänges. Ferner erzeugt sie einen gewissen Überdruck im Bohrloch, wodurch während des Bohrvorganges angeschnittenes Erdgas mehr oder weniger zurückgehalten wird.

Damit die Spülflüssigkeit die gewünschte Reinigungsund Kühlwirkung in bezug auf den Bohrmeißel ausüben kann, ist letzterer mit einigen Düsen (vorzugsweise drei Düsen) versehen durch welche die Spülflüssigkeit unter verhältnismäßig hohen Drücken ausgestoßen wird. Um solche Drücke bereitzustellen, sind entsprechende Pumpen, Rohre und die erforderliche Drehkupplung vorgesehen, damit die Flüssigkeit in das sich drehende Bohrgestänge eintreten kann.

Um die scharf ansteigenden Bohrkosten herabzudrücken, muß die Effizienz der Bohrvorgänge gesteigert

werden. Teilweise rühreii üie erhöhter· Kosten von der Forderung her, Gebiete der Erde zu untersuchen, die immer weiter entfernt von den Märkten für Petroleumerzeugnisse sind.

Die Effizienz könnte merklich verbessert werden, wenn man ein Mittel finden könnte, das während des BohrvorgdP.ge^r Auskünfte über den Zustand am Grund des Bohrloches geben würde. Beispielsweise kann es vorkommen, daß der Bohrmeißel auf eine geneigte (einfallende) geologische Formation stößt, durch die der Bohrmeißel von der Vertikalen seitlich abgedrängt wird und se bcg-ⁿⁱ'H unter einem Winkel weiter zu bohren. Wenn unbeabsichtigt eine zu große Last auf den Bohrmeißel aufgebracht wird, biegt sich das Bohrgestänge und verursacht ebenfalls eine Abweichung des Bohrloches von der Vertikalen. Wenn man dem Bohrloch den Fortschritt in einem Winkel gegen die Vertikale erlaubt, kann die angesteuerte Zielzone ganz verfehlt werden und das Bohrgestänge wird durch die tangentiale Reibungswirkung an der Stelle der Lochkrümmung übermäßig abgenutzt

Um festzustellen, ob das Bohrloch von der Vertikale abgewichen ist, geht man gegenwärtig so vor, 'aß in gewissen Abständen die Bohrung unterbrochen wird, um eine Nachprüfung durchzuführen. Die Nachprüfung geschieht dadurch, daß ein registrierender Neigungsmesser (z. B. einer mit Fotografie der Lage eines Pendels) an elektrisch leitenden Drähten in das Innere des Bohrgestänges herabgelassen wird.

Ein anderer Weg besteht darin, daß man einen Neigungsmesser, der von einem Uhrwerk ausgelöst wird, in das Bohrgestänge fallen läßt und später herausholt. Das erstere Verfahren ist teuer und zeitraubend und erfordert die Unterbrechung des Flüssigkeitsumlaufs, wodurch das Bohrgestänge im Bohrloch steckenbleiben kann. Das zweite Verfahren liefert erst erhebliche Zeit nach der Messung die gewünschte Information und wenn das Meßinstrument an einem Hindernis hängengeblieben ist, kann das Uhrwerk zu früh ausgelöst haben und so zu ernstlich irreführenden In'ormationen Anlaß geben.

Um die Erforschung der Tiefbohrvorgänge weiter zu erleichtern, wäre es nützlich, weitere Informationen über Temperatur, Druck, Belastung des Bohrmeißels usw. während des Bohrvorganges vom Boden des *5 Bohrlochs nach oben zu geben. Diese Informationen könnten verwe idet we/den. um die Leitung verschiedener Meißeltypen, die Wahrscheinlichkeit, eine gasführende Schicht anzuschneiden, die beste Bohrtischdrehzahl und Belastung des Bohrmeißels für die maximale ^Μ Eindringgeschwindigkeit, dab zu verwendende Flüssigkeitsgemisch u. dgl. vorherzusagen. Ein Meßgerät, das ohne die Ve;"wendung elektrischer Drahtleitungen zuverlässig Bohrlochinformationen zur Erdoberfläche übertragen würde, könnte offenbar die Bohrfachleute befähigen, die Effizienz ihrer Handlungen wesentlich zu verbessern.

Es sind zahlreiche Versuche gemacht worden, eine Vorrichtung zu konstruieren, die eine drahtlose Übertragung von Meßwerten aus einem Bonrloch zur Erdoberfläche ermöglicht. Beispielsweise sind verschiedene Verfahren beschrieben worden, die auf der Übertragung von Schallwellen durch das stählerne Bohrgestänge oder durch die Spülflüssigkeit beruhen. Diese Versuche waren aber bisher aus verschiedenen Gründen zum Scheitern verurteilt, insbesondere wegen der Dämpfung der Signale durch das in die Spülflüssigkeit eintauchende Bohrgestänge, Blasen in der Spülflüssigkeit, den L3rm der Antriebsmaschine, die rauhen Arbeitsbedingungen (Temperatur, Druck und Schwingungen), den Energieübergui-s von den dektrui echanischen Wandlern in das Übertragungsmedium, der Bcüarf an verhältnismäßig großen Mengen elektrischer Energie in dem Gerät am Grund des Bohrlochs und der criorueilichea Robustheit aller Geräte auf dem Arbeitsplatz.

Ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art sind aus der US-PS 39 49 354 bekannt Aus dieser Druckschrift geht eine Vorrichtung zur Übertragung von Bohrlochdaten hervor, bei der Meßgeräte in einem Bohrwerkzeug angeordnet und mit einer elektrischen Schaltung verbunden sind, die digital-codierte elektrische Signale erzeugt die für die Meßwerte repräsentativ sind Durch einen akustischen Signalgeber wird der durch das Bohrgestänge fließende Bohrschlamm rhythmisch unterbrochen, um digital-codierte akustische Signale oder Druckimpulse mit einer entsprechenden Impulsrate zu erzeugen. Wenn diese codierten Signale die Oberfläche erreichen, werden sie sequentiell decodiert und in Analogsignale umgesetzt Zur rhythmischen Unterbrechung des Bohrschlammstromes ist ein Absperrorgan vorgesehen, das vor einer Turbine gelegene Eintrittsöffnungen verschließen kam. Diese bekannte Vorrichtung weist den Nachteil auf, daß bei de. Signalabgabe, also bei Verschließen eines Teils der Bohrschlammdurchtrittsöffnungen, der Bohrmeißel nicht ausreichend umspült wird. Nachteilig ist ferner, daß beim Schließen der Bohrschlammdurchtrittsöffnungen Druckspitzen entstehen, die sich schädlich auf die Meßgeräte über Tage auswirken können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei denen sichergestellt ist daß der Bohrmeißel ausreichend umspüii ist und die Entstehung von Druckspitzen wirksam vermieden ist

Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 2 angegeben.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels ^ines im Bohrloch befindlichen Absperrorgans ermöglicht, das den Austritt der Spülflussigkeit aus dem Bohrgestänge in den Bohrmantel in Abhängigkeit von einem Meßwert derart steuert, daß der vo:. der Bohrlochpumpe auf die Spülflussigkeit ausgeübte Druck jedesmal, wenn das Absperrorgan sich öffnet deutlich «ibsinkt. Durch rhythmisches Öffnen und Schließen des Absperrorgans in einem passenden Pulscode lassen sich dann die gewünschten Informationen auf digitalem Wege in Form von Druckschwankungen der Spülflussigkeit zum Erdboden übertragen. Dort können die Druckschwankungen in bekannter Weise wieder in elektrische Signale umgewandelt und zur Anzeige und Auswjrtu.ig der entsprechenden Informationen verwendet werden.

Aus der US-PS 34 0/ 886 ist zwar die Verwendung eines Drei-Wege-Ventils in einem Bohrmeißelkopf bekannt. Die Verwendung des Drei-Wege-Ventils dient jedoch für die Änderung des Bohrmeißelkopfgewichtes. Durch die Verwendung des Drei-Wege-Ventils werden in keiner Weise Dfuckimpülse erzeugt. Zum einen lenkt das Ventil die Flüssigkeit aus dem Inneren der Bohrstange zu einem Kolben, wodurch die Lage einer Druckfeder geändert wird. Zum anderen wird durch die Druckwirkung der Fedf- die gespeicherte Flüssigkeit zum Austreten durch das Drei-Wege-Ventil gebracht. Durch diese Änderung der Federlage wird das

scheinbare Gewicht der Einheit geändert.

Aus der US-PS 33 02 457 ist eine Analogmeßtechnik bekannt, bei der die Vorrichtung zur Erzeugung von Bohrlochimpulsen nur zum Zwecke der Erläuterung beschrieben ist. Im Rahmen dieser Erläuterung ist ; jedoch nicht ein Negativ-Druckimpulssystem, also ein Impulssystem, bei dem der Druck bei Abgabe eines Signals abfällt, erläutert. Vielmehr wird durch ein Drei-Wege-Ventil die Bohrflüssigkeit in eine aufblasbare Tasche geleitet, die wiederum die Strömung der Bohrflüssigkeit begrenzt, wodurch ein positiver Druckimpuls über Tage erzeugt wird. Durch das Ablassen des Druckes aus der Tasche kehrt der Bohrschlammdruck über Tage wieder auf seinen Normalwert. Da durch die Anwesenheit der Öffnung für die aufblasbare Tasche nicht der Strömungswiderstand verringert wird, liegt auch kein System vor. das mit negativen Druckimpulsen arbeitet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. I eine schematische Darstellung der für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Teile eines Tiefbohrgerätes, einschließlich der Untergrundvorrichtungen zur Informationsübertragung,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der an der Erdoberfläche befindlichen elektronischen Einrichtungen.

F i g. 3 eine schematische Seitenansicht des Bohrgestänges in Höhe des Druckgebers.

F i g. 4 ein Querschnitt längs der Linie 4-4 in F i g. 3. F i g. 5 ein schematischer Längsschnitt längs der Linie 5-5 in F1 g. 3 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 6 ein Diagramm des an der Erdoberfläche aufgenommenen Analogwerts der von der Spannung herrührenden Druckschwankungen in Abhängigkeit von der Zeit bei geschlossenem Absperrorgan und

Fig. 7 ein entsprechendes Diagramm bei abwechselnd geschlossenem und geöffnetem Absperrorgan.

Bei dem in F i g. 1 vereinfacht dargestellten Bohrgerät besteht das Bohrgestänge 10 aus einem am unteren Ende befestigten Bohrmeißel 11, ein oder mehreren Schwergewichtsrohren 12 mit größerem mittlerem Durchmesser als die Gestängerohrabschnitte 13 und einem Profilrohr 14 mit unrundem Querschnitt. Auf letzterem sitzt lose ein Bohrtisch 15 mit entsprechend *5 gestaltetem Mitielloch, so daß die Drehbewegung des Bohrtisches 15 den Antrieb des Profilrohres 14 und damit des ganzen Bohrgestänges 10 bewirkt. Die Schwergewichtsrohre 12 dienen zur Gewichtserhöhung des Bohrgestänges, damit der Schwerpunkt des ganzen Bohrgestänges am unteren Ende desselben liegt.

Das obere Ende des Profilrohres 14 ist mit einer Drehkupplung 16 verbunden, die ihrerseits an einem Haken 17 aufgehängt ist Der Haken ist an einem Flaschenzug befestigt mittels dessen das Bohrgestänge mit Hilfe einer Winde gehoben und gesenkt werden kann. Die Drehkupplung 16 ermöglicht die Drehung des Bohrgestänges, während der Haken 17 stehenbleibt; sie ermöglicht auch die Einleitung der Spülflüssigkeit in das Innere des Bohrgestänges aus einem Standschlauch 18.

Das Umlaufsystem für die Spülflüssigkeit besteht aus einer oder mehreren nicht dargestellten Pumpen, die die Flüssigkeit durch den Standschlauch 18 in das Innere des Bohrgestänges 10 drücken. Von dort gelangt sie durch die eine Drosselwirkung ausübenden Düsen 1 \A zu dem Bohrmeißel 11, dann durch den Ringraum 19 zurück rar Erdoberfläche und schließlich durch eine Abflußleitung in eine Reihe nicht dargestellter Behälter. Die Ansaugleitung der Pumpe taucht in einen der Flüssigkeilsbehälter (nicht dargestellt) und schließt so den Flüssigkeitskreislauf. All das ist bekannt.

Die nachstehend zu beschreibenden elektronischen, elektrischen und mechanischen Einrichtungen sind beispielsweise in dem untersten .Schwergewichtsrohr 21 oberhalb des Bohrmeißels 11 untergebracht. Sie haben keine direkte Verbindung mit der in F i g. 2 schematisch dargestellten oberirdischen elektronischen Einrichtung, die an irgendeiner bequemen Stelle untergebracht sein kann. Sie empfängt, decodiert und verwertet die Information, die von der unterirdischen Stelle fernübertragen wird. Außerdem enthält die oberirdische Anlage einen Wandler, der die Schwankungen des Pumpendrucks elektronisch interpretiert und so die Abfragung der unterirdischen Meßvorrichtung ermöglicht.

Im einzelnen ist in dem Druckleitungsabschnitt 184 ein Druck/Spannungswandler bekannter Art eingebaut, der eine Ausgangsspannung in einer Höhe erzeugt, die einen definierten Zusammenhang mit dem Druck der Spülflüssigkeit in der Druckleitung zwischen der Pumpe und der Drehkupplung 16 besitzt. Das dem Pumpendruck zugeordnete Analogsignal wird in der Verarbeitungsstufe 22ß so verarbeitet, daß es in einer Aujwertstufe bzw. einem Empfänger 22C empfangen und decodiert werden kann und in Analog- und/oder Digitaldarstellung in einer registrierenden oder optischen Anzeigevorrichtung 22D ausgewertet werden kann. Die Abfragevorrichtung 22£ befindet sich vorzugsweise im Sichtfeld des Bohrmeisters. Diese Vorrichtung zeigt dem Bohrmeister an, wie er die Pumpe ein- und auszuschalten hat, um die unterirdischen Meßgeräte abzufragen. Beispielsweise enthält die Abfragevorrichtung 22£ sechs Lampen (nicht dargestellt), von denen die erste aufleuchtet, wenn der Pumpendruck um einen Retrag absinkt, der der Empfindlichkeit des Meßgeräts im Bohrloch entspricht. Wenn der Bohrmeister sieht, daß die erste Lampe aufleuchtet, gibt er mehr Kraft auf den Antriebsmotor der Pumpe, und der entsprechende Druckanstieg wird vom Wandler 22A festgestellt. Wenn der Druck um einen Betrag ansteigt, der dem oberen Ansprechwert der unterirdischen Vorrichtung entspricht, leuchtet selbsttätig die zweite Lampe in der Abfragevorrichtung auf und zeigt dem Bohrmeister an, daß er die Befragung fortsetzen muß, indem er wieder den Druck durch Drosselung der Pumpe verringert. Durch Antwort auf die Ein- und Ausschaltbefehle der Lampen innerhalb einer vorgeschriebenen Periode (z. B. 30 Sekunden) hat der Bohrmeister eine Reihe von Druckschwankungen oder Impulsen erzeugt, auf welche die Instrumente im Bohrloch ansprechen können. Dies stellt eine Ferneingabevorrichtung dar, die derart mit dem Spülflüssigkeitsumlauf verknüpft ist daß der Pumpendruck in einer Reihenfolge verringert und dann erhöht wird, auf welche das Absperrorgan mit Öffnung und Schließung reagiert Das Ergebnis dieser Abfrage besteht in der Aktivierung eines im Bohrloch befindlichen Gebers derart, daß die Größe des gewählten Meßwertes zur Erdoberfläche übertragen wi'J. Da solche Lampenfelder bekannt sind, erscheint die Beschreibung der betreffenden Schaltung nicht erforderlich.

F i g. 3 zeigt die Ansicht des im Bohrloch befindlichen, in das Bohrgestänge einbezogenen Meßteils 21, während F i g. 5 einen Längsschnitt desselben darstellt Wie F i g. 5 zeigt, strömt die Spülflüssigkeit durch das Waschrohr 23 nach unten. Dieses hat einen seitlich versetzten Abschnitt 23Λ um Platz für die elektrome-

chanischen Geräte zu bieten.

Die Geräte im Bohrloch sind im Ruhezustand, bis sie durch einen Befehl von der Erdoberfläche aktiviert werden, wie oben beschrieben wurde. Zur Einschaltung durch die als Befehl benutzten Druckschwan- > klingen dient ein Druckänderungsschalter

(( —!-Schalter) 24, der sich in dem durch die Verle-VV dr/ /

gung ^es Waschrohres 23 freigehaltenen Raum 30 befindet, wobei weitere elektronische Bauteile in einem ringförmigen Raum 25 untergebracht sein können. Der i-pJ-Schalter spricht auf die zeitliche Druckänderung der Spiilflüssigkeit an. Er wird dann und nur dann betätigt, wenn der Druck der Spülflüssigkeit sich in \=> einem festen Zeitintervall mindestens um einen bestimmten Wert ändert.

Nach Aktivierung durch den Befehl von der Erdoberfläche führt die im Bohrloch befindliche rvießvorricniUMg automatisch folgende Arbeitsgänge aus:

a) Erregung eines Wandlers (z. B. Temperatur-Spannungswandler), der sich im Wandlergehäuse 26 befindet. 2>

b) Umwandlung der von dem Wandler abgegebenen Analogspannung in ein Digitalwort, bei dem binäre Einsen und Nullen durch verschiedene Spannungsniveaus ausgedrückt sind. Dieses Digitalwort wird dann vorübergehend in einem nicht dargestellten Schieberegister gespeichert, das in dem Ringraum £i untergebracht ist.

c) Mit einer passenden Geschwindigkeit das Digitalwort durch Anlagen von Taktimpulsen an das Schieberegister seriell auslesen. ^J5

d) Mit Hilfe von Puffer- und Kraftverstärkern (nicht dargestellt) das serielle Digitalwort zur Aktivierung des Antriebsmotors eines Motorventils 27 verwenden, wodurch ein Teil der Spülflüssigkeit aus dem Waschrohr 23 austreten und in den Ringraum 19 gelangen kann, ohne durch die Düsen WA im Bohrmeißel 11 zu gehen. Da das Ventil 27 von dem Digitalwort betätigt wird, das von dem Wandler 24 abgeleitet ist, erfolgt der Auslaß der Spülflüssigkeit aus dem Waschrohr in den Bohrmantel in einer Folge von Öffnungs- und Schließvorgängen, die eine Darstellung des physikalischen Meßergebnisses des Wandlers bedeutet.

Die zur Ausführung der vorstehenden Operationen erforderliche elektrische Energie wird z. B. von einer Trockenbatterie geliefert, die sich in dem Hohlraum 28 befindet. Eine Verdrahtung 29 dient zur gegenseitigen Verbindung der verschiedenen Bauteile der Meßvorrichtung. Die drei Instrumentenräume 25,28 und 30 sind durch Dichtungen 31 und 32 getrennt Sie könnten auch aus beiderseits geschlossenen Bauteilen bestehen, die zur Bildung des vollständigen Einsatzes 21 zusammengeschraubt sind, um die verschiedenen Hohlräume voneinander zu trennen, falls eine der Dichtungen 31 beschädigt werden sollte, denn die Spülflüssigkeit würde die empfindlichen elektronischen Bauelemente zerstören.

In dem Falle, daß verschiedene Messungen im Bohrloch vorgenommen werden sollen, läßt sich das Gerät durch Abtast- und Multiplexstufen bekannter Art ausbauen, so daß eine Reihe identifizierbarer Digitalworte, die je einem bestimmten Meßwandler zugeordnet sind, zur Betätigung des Ventils 27 in bestimmten Rh\ thmus verwendet werden kann.

Nach der Beschreibung der rhythmischen Abgabe gewisser Mengen der Bohrflüssigkeit aus dem Bohrgestänge 10 in den Ringraum 19 entsprechend dem Meßergebnis bestimmter physikalischer Größen soll nun beschrieben werden, wie die digitale Information zur Erdoberfläche übertragen, dort empfangen und ausgewertet wird.

Fig. 6 zeigt ein typisches Diagramm des Pumpendrucks in Abhängigkeit von der Zeit in bezug auf normale Bohrvorgänge. Der mittlere Pumpendruck beträgt 70 bar und schwankt periodisch beiderseits dieses Wertes infolge der hin- und hergehenden Bewegung des Pumpenkolbens. Dieser Druck wird, wie erwähnt, ausgeübt, um den Widerstand der Austrittsdüsen im Bohrmeißel 11 zu überwinden.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm der Reaktion des Pumpendrucks, wenn das zusätzliche Ventil 27 geöffnet und geschlossen wird. Wenn /..B. üiei Düsen HA gleicher Größe im Bohrmeißel 11 vorgesehen sind und der Durchgangswiderstand des Ventils 27 für die Spülflüssigkeit vom Waschrohr 23 zum Bohrmantel 19 demjenigen eintr Düse im Bohrmeißel entspricht, so ergibt die öffnung des Ventils 27 im Endeffekt einen Abfall des Pumpendrucks um 25%. In F i g. 7 beginnt die Öffnung des Ventils bei f=5 Sekunden und benötigt etwa 1 Sekunde zur vollen öffnung. Dann ist von / = 6 Sekunden an der mittlere Pumpendruck, wie man sieht, nur noch 52,5 bar. Bei f=8 Sekunden beginnt das Ventil sich zu schließen und ist bei r=9 Sekunden vollständig geschlossen; in diesem Zeitpunkt kehrt der Pumpendruck auf seinen ursprünglichen Durchschnittswert von 70 bar zurück. Bei f=12 Sekunden wiederholt sich dieser Ablauf. In beiden Fällen ist das Ventil für insgesamt 2 Sekunden ganz offen.

Die Zeitfolge der öffnungs- und Schließvorgänge wird von verschiedenen Faktoren beeinflußt und läßt sich deshalb in der beschriebenen Vorrichtung individuell wählen. So ist z. B. häufig ein Druckstoßdämpfer im Umlaufsystem der Spüiflüssigkeit vorgesehen. Er besteht aus einem Druckluftbehälter und hat die Tendenz, die Druckwellen, die hier als Informationsträger dienen, zu integrieren. Um diese Integrationswirkung zu umgehen, läßt man das Entlastungsventil 27 so lange offen, bis die Zeitkonstante des integrierenden Druckstoßdämpfers ausgeglichen ist; dies kann eine etwas längere Zeit für die Übertragung eines bestimmten Digitalwortes erfordern.

Zur Abnahme der informationstragenden Druckschwankungen ist, wie erwähnt, ein Druck-Spannungswandler 22-4 in das Rohr 18/4 zwischen der Pumpe und dem Standschlauch 18 eingebaut. Dieser Druckwandler hat die Aufgabe, kontinuierlich eine Spannung zu liefern, die analog zu dem Druck ist, welcher durch die Bohrmaschinenpumpe auf die Spülflüssigkeit ausgeübt wird. Die Ausgangsspannung dieses Wandlers wird selbsttätig durch die elektronische Auswertstufe 22B überwacht, so daß merkliche Druckabfälle, die durch die Öffnung des Entlastungsventils 27 verursacht sind, festgestellt werden.

Mit dem Wandler und seiner Auswertstufe arbeitet ein an der Erdoberfläche aufgestellter Empfänger 22C zusammen. Dieser Empfänger enthält eine elektronische Schaltung, die mittels Taktimpulsen die Gültigkeit der vom Druckwandler 22.4 gemeldeten Information feststellt Wenn die Information gültig ist wird sie vom Empfänger 22C angenommen und nach gehöriger

Verarbeitung der Anzeigestufe 22D in einer Darstellung zugeführt, die vom Bedienungsmann begriffen werden kann.

Zusammenfassend besteht das beschriebene Verfahren darin, daß ein oder mehrere Parameter innerhalb des Bohrlochs gemessen und in Digitalform umgesetzt werden; das Digitalwort wird verwendet, um die

ίο

Spülflüssigkeit aus dem Inneren des Bohrgestänges in den Bohrmantel in einem Rhythmus auszulassen, der dem Di₆;;alwoi ι entspricht: die entsprechende Schwankung des Pumpendrucks wird an der Erdoberfläche aufgefangen und dem Bedienungsmann der Bohrmaschine in verständlicher Weise mitgeteilt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnuneen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Fernübertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberfläche unter Verwendung des Druckes der Spülflüssigkeit, wobei über Austrittsöffnungen im Drehbohrmeißel die vor Ort gemessene Information in digitale Signale umgesetzt wird, der Pumpendruck durch rhythmisches Ausstoßen der Spülflüssigkeit aus dem Bohrgestänge im Takt der digitalen Signale in Pulscodemodulation abwechselnd erniedrigt und erhöht wird und die digitalen Schwankungen des Pumpendruckes an der Erdoberfläche ferngemessen und in die gesuchte analoge Information umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen eines Signals der Pumpendruck durch öffnen einer die Austrittsöffnungen am Bohrmeißel umgehenden Entlastungsleitung für die Spülflüssigkeit erniedrigt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ■ach Anspruch 1 bei einer Tiefbohranlage mit einem Bohrgestänge, das zwischen sich und dem Bohrloch einen Ringraum bildet, einem Drehbohrmeißel am unteren Ende des Bohrgestänges, Auslaßöffnungen IDr die Spülflüssigkeit in dem Drehbohrmeißel, einem Umlaufsystem für die Spülflüssigkeit und einer Pumpe, die mit einem Vorratsbehälter und dem Inneren des hohlen Bohrgestänges verbunden ist, mit einer in das Bohrgestänge einbezogenen Meßend Gebereinheit, die von der Spülflüssigkeit durchflossen wird, ein Absperrorgan enthält und einen elektrischen Wandler für die Information aufweist, der über eint, elektronische Auswerteeinheit mit dem Absperrorgan verbunden ist, wobei die von dem Wandler im Bohrkv ι aufgenommenen Meßwerte in digital codierter Darstellung zum öffnen und Schließen des Absperrorgans und zum Absenken und Anheben des Spülflüssigkeitsdruckes in vorbestimmter Reihenfolge vorgesehen sind, mit an der Erdoberfläche angeordneten Vorrichtungen tür Feststellung der Druckschwankungen der Spülflüssigkeit und weiteren Vorrichtungen zur Decodierung und Anzeige der Druckschwankungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan (27) in einer die Spülflüssigkeitsleitung (ZiA) mit dem Ringraum (19) verbindenden Entlastungsleitung »egt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennleichnet. daß das Absperrorgan (27) als Motorventil ausgebildet ist. das sich in Abhängigkeit von digitalen Signalen, die die elektronische Auswerteinheit (25) aus dem Meßwerten bildet, schließt und «ffnet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder J, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsvorrichtung an der Erdoberfläche einen im Zuge der Zuleitung [\%A) zwischen Pumpe und Bohrgestänge (13) Kegenden Druck-Spannungswandler (22A), eines an den Dmck-Spannungswandler angeschlossene Empfangs/Decodierelektronik (22C) und eine mit ihr verbundene Anzeigestufe (22D,)enthält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine mit dem Umlaufsystem der Spülflüssigkeit verbundene Abfragevorrichtung (22E), die zum Absenken und Anheben des Pumpendrucks in einem Rhythmus eingerichtet ist, auf welchen eine Einschaltvorrichtung (24) für das

Absperrorgan (27) anspricht, wobei die Betätigung des Absperrorgans durch eine von dem Meßwert abgeleitete Signalinformation einleitbar ist

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch einen mit dem Motorventil (27) verbundenen Druckänderungsschalter (24), der das Motorventil nur dann für Druckschwankungen empfindlich macht, wenn der Spülflüssigkeitsdruck sich in einer bestimmten Zeitspanne um mehr als einen festgelegten Wert ändert

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Bohrgestänge einbezogene Meßeinheit (21) ein zylindrisches Gehäuse, eine durchs Gehäuse verlaufende, teilweise gegen dessen Mittelaohse versetzte Spülflüssigkeitsleitung (234), einen zwischen der Spülflüssigkeitsleitung und dem Gehäuse ausgesparten Ringraum (30) zur Unterbringung des Absperrorgans, einen in einem benachbarten Ringraum (25) untergebrachten elektromechanischen Teil, eine in einem weiteren benachbarten Ringraum (28) untergebrachte Energiequelle und Dichtungen (31, 32) zwischen den verschiedenen Ringräumen aufweist