DE2841329A1

DE2841329A1 - Vorrichtung und verfahren zur erstellung eines bohrberichts einer erdbohrung

Info

Publication number: DE2841329A1
Application number: DE19782841329
Authority: DE
Inventors: Arthur Homer Youmans
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1977-10-03
Filing date: 1978-09-20
Publication date: 1979-04-12
Also published as: DK421178A; NO783324L; GB2005865B; GB2005865A; NL7808694A; CA1108435A

Description

Vorrichtungen und Verfahren zur Erstellung eines Bohrberichts einer Erdbohrung

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur Erstellung eines Bohrberichts der eine Erdbohrung umgebenden Formationen, wobei insbesondere zusätzlich zur Schwerkraft oder zu deren Unterstützung Einrichtungen zur Anwendung kommen, um mit Bohrloch-Meßsonden unter größeren Winkeln verlaufende Bohrungen durchfahren zu können.

In den letzten Jahren ist es ziemlich üblich geworden, bei der Suche nach Öl, Gas u. dgl. Erdbohrlöcher niederzubringen, bei denen ein Teil der Bohrung von der üblichen lotrechten Richtung abweicht. Diese Abweichung oder Neigung kann auf einer beträchtlichen Strecke Winkel bis zu 70 erreichen, wobei manchmal auch zur üblichen lotrechten Ausrichtung zurückgekehrt wird. In manchen Fällen können solche Bohrungen auch über einen 90°-Winkel von der Lotrechten hinaus verlaufen und sich tatsächlich für eine gewisse Strecke in einer Aufwärtsrichtung hinziehen.

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Xn der Erdbohrtechnik 1st es bekannt, Meßwerte über die die
Bohrlöcher umgebenden Formationen mit Meßgeräten zu erfassen
oder Protokolle (Berichte) über diese Formationen mit Geräten zu erstellen, die an einem Seil oder Kabel in das Bohrloch eingefahren werden, um die verschiedensten Arbeitsvorgänge auszuführen. Solche Gei^äte sind gewöhnlich von der Schwerkraft abhängig, um sie an der gewünschten Erdforination im Bohrloch in Stellung zu bringen.

Es ist augenscheinlich, daß der relativ stark der Horizontalen angenäherte Winkel des von der Lotrechten abweichenden Teils der Erdbohrung eine Bewegung der von einem Kabel oder Seil betätigten Geräte in den tiefer liegenden Teil der Bohrung nicht zuläßt, da die li_eibung des Geräts im abgewinkelten Teil gegen die Schwerkraft arbeitet. Insofern ist es notwendig geworden, Mittel und Wege zu finden, um das Bohrlochmeßgerät durch den abgewinkelten Teil dei~ Bohrung zu bringen.

Ein anderes, bei solchen Bohrungen auftretendes Problem liegt in der Instabilität mancher von der Bohrung durchsetzten Erdformationen, was zu Änderungen im Bohrlochdurchmesser führt,
die manchmal sehr plötzlich auftreten. Es werden Absätze gebildet, gegen die das Bohrlochmeßgerät sich anlegt.

Ein weiteres Problem liegt darin, daß die das Kabel oder Seil aufnehmende l/ickeltrommel in ihrer Drehung fortfährt, nachdem das Bohrlochmeßgerät langsamer geworden ist oder manchmal auch vollständig zur Ruhe gekommen ist, wobei dann zuviel Kabel ausgegeben, d.h. abgerollt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Verfahren und Vorrichtungen anzugeben, womit es möglich ist, auch bei von der
Lotrechten abweichenden Erdbohrungen, die dem Durchfahren mit M-eßgeräten Schwierigkeiten entgegensetzen, Bohrberichte der
Erdformationen zu erstellen.

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Diese Aufgabe wird mit den in den Ansprüchen angegebenen Mitteln und Maßnahmen gelöst. Hiernach werden - grob gesagt - die Geschwindigkeit des Meßkabels an der Erdoberfläche und die Geschwindigkeit des Bohrlochmeßgeräts selbst überwacht, und in Abhängigkeit von einem Vergleich der beiden Geschwindigkeiten kann die Geschwindigkeit des Meßkabels an der Erdoberfläche gesteuert werden oder es werden zusätzliche Einrichtungen betätigt, die die Bewegung des Meßgeräts durch das Bohrloch unterstützen.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Ausbildung einer abgewinkelten Tiefbohrung von einer Offshore-Plattform aus;

Fig. 2 eine schematische Darstellung über das Niederbringen eines Bohrlochmeßgeräts nach dem Stand der Technik, wobei einige Probleme durch die Abwinklung des Bohrlochs auftreten;

Fig. 3 schematisch ein System zur Bohrloch-Meßwertorfassung nach dem Stand der Technik, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, um die in Fig. 2 skizzierten Probleme zu überwinden;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Systems zur Bohrloch-Meßwerterfassung nach der Erfindung;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer Bohrloch-Meßsonde gemäß der Erfindung;

Fig. 6 eine vergrößerte Schnittdarstellung des umkehrbaren Mechanismus zur Änderung der Neigung der Flügel einer Sonde, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist;

Fig. 7 den Schnitt nach der Linie 7 - 7 in der Fig. b;

Fig. 8 teils eine Ansicht, teils einen Schnitt einer abgewandelten Ausführungsform für eine Meßsonde gemäß der Erfindung;

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Pi«?. 9 eine schematische Darstellung eines Systems zur Bohrloch-Meßwerterfassung mit einer Sonde nach Fig. 8;

Fig. JLo ein illockdiagramm für die von dem System nach Fig. 9 ausgeführten Funktionen;

Fig. 11 ein weiteres Diagramm für eine andere Ausführungsform eines MeßxTerterfassungssysterns gemäß der Erfindung;

Fig. 12 ein Diagramm einer weiteren Ausführungsform eines Meßwerterfassungssystems gemäß der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt schematisch ein übliches System zur Herstellung eines Erdbohrlochs mit einer erheblichen Abweichung von der wahren Lotrechten. Es ist bekannt, daß nach gewöhnlicher Praxis derartige geneigte Bohrungen von Offshore-Plattforraen, d.h. von Bohrinseln, aus hergestellt werden. Von einer Bohrinsel Io mit einer Mehrzahl von Beinen 11, die am Meeresboden 12 verankert Sind, ist ein Bohrloch 13 ausgebildet worden, in dem sich ein Bohrgestänge lk befindet, an dessen unterem Ende ein Bohrmeißel 15 befestigt ist. Eine Oberflachenverrohrung 25 sorgt, wie bekannt ist, für die Integrität des Bohrlochs 13· Auf der Bohrinsel Io ist ein Bohrturm 16 mit seinem üblichen Hebewerk 17 gelagert. Das Bohrgestänge l4 besteht aus einer Anzahl von miteinander verbundenen Rohrabschnitten, die an ihrem oberen Ende in einer Mitnehmerstange l8 auslaufen, auf die ein Spülkopf 191 ein Haken 2o und ein Flaschenzug-Unterblock 21 folgen, der an einem Bohrseil 22 vom Flaschenzug-Oberblock 23 herabhängt. Das Hebewerk 1? treibt auch einen Drehtisch24, der wiederum die Mitnehmerstange 18 antreibt. Ein Ende des Bohrseils 22 - das"schnelle Seil" 22A - ist mit dem Hebewerk 1? verbunden, das einen Motor oder deren mehrere zur Betätigung des Bohrgestänges aufweist. Das andere Ende des Bohrseils 22 ist an einem Anker an der Plattform befestigt, was nicht dargestellt ist, und dieser vom Flaschenzug-Oberblock zum Anker sich erstreckende Teil des Seils wird im allgemeinen als totes Seil bezeichnet. Ein derartiger Anker kann normalerweise eine Aufwickeltrommel einschließen und kann, wenn es gewünscht wird, auch einen Tot-

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seilfühler zur Überwachung des Gewichts am Meißel aufweisen, wie das z.B. die ÜS-PS 3 46l 9/8 zeigt.

Bei der Ausbildung von Bohrlöchern von derartigen Bohrinseln aus ist es durchaus üblich, den ersten Teil des Bohrlochs im wesentlichen lotrecht zur Plattform zu bohren und im v/eiteren Verlauf die Bohrung dann abzuwinkein. Nach der Abwinklung haben solche Bohrlöcher oftmals eine Neigung von 60 bis 70 gegenüber der Lotrechten. Bei dieser Art von Bohrungen stellt sich das Problem, ein Bohrprotokoll bzw. Daten über die die Bohrung umgebenden Erdschichten zu erhalten, von selbst.

Die Fig. 2 zeigt schematisch den Vorgang zum Erstellen eines Bohrberichts bzw. zum Ermitteln von Meßwerten einer Tiefbohrung nach dem Stand der Technik, wobei ein Teil der Erdoberfläche 12 im lotrechten Schnitt darstellt ist. Ein Bohrloch 13, das, wie in Fig. 1 gezeigt wurde, ausgebildet worden ist, zieht sich durch die Erdoberfläche in tiefere Schichten. Im Bohrloch befindet sich das Untergrund-Bohrloch-Formationsmeßgerät (Meßsonde) 3o des Systems zur Meßwertermittlung und zum Erstellen des Bohrberichts. Diese Meßsonde 3o kann von üblicher Art und dazu ausgebildet sein, einen induktiven, elektrischen, akustischen oder sonst üblichen, in der einschlägigen Technik bekannten Bohrb-ericht zu übertragen. Es ist jedoch klar, daß die spezielle Ausbildung der Meßsonde 3o nicht Gegenstand der Erfindung ist.

Ein Kabel 32 hält die Meßsonde 3o hängend im Bohrloch und enthält die notwendigen Leiter für den elektrischen Anschluß der Sonde 3o an die Oberflächenelektronik 36. Zum Durchfahren des Bohrlochs wird die Meßsonde 3o angehoben oder abgesenkt, wobei das Kabel auf eine Trommel 33 auf- oder von dieser abgewickelt wird. Während des Durchfahrens des Bohrlochs werden die Signale von der Meßsonde 3o über das Kabel 32 zur Erdoberfläche übertragen. Über an einem Ende der Trommel 33 befindliche Schleifringe und Bürsten 3^ werden die Signale den zur Oberflächenelektronik 36

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führenden Leitern 35 zugeführt. Ein mit der Oberflächenelektronik 36 verbundenes Aufzeichnungsgerät 37 wird über einen Antrieb 33 von der Meßrolle 39 > über die das Kabel 32 gezogen wird, getrieben, so daß das der Oberflächenelektronik 36 zugeordnete Aufzeichnungsgerät 37 in Wechselbeziehung mit der Tiefe der Sonde 30 bei ihrem Durchfahren des Bohrlochs läuft. Es ist klar, daß Meßgeräte wie die Sonde 30 im allgemeinen so gebaut sind, daß sie den Drücken und mechanischen sowie thermischen Belastungen, die beim Ausmessen einer Tiefbohrung auftreten, standhalten.

Beim Arbeiten mit dem System nach Fig. 2 berührt das Kabel einen Vorsprung oder Absatz k2 der Erdformation, und die Meßsonde 30 kommt an einem weiteren solchen Vorsprung 43 zur Ruhe, was es überaus schwierig, wenn nicht unmöglich macht, die Sonde 30 weiter im Bohrloch durch ihr Eigengewicht aufgrund der Schwerkraft abwärts zu führen.

Die Fig. 3 zeigt schematisch den Vorgang zum Erstellen eines Bohrberichts gemäß dem Stand der Technik, wobei eine stark abgewinkelte Bohrung 13 in dem im Schnitt dargestellten Erdreich unterhalb der Erdoberfläche von der Meßsonde 3o zu durchfahren ist. Diese Sonde 3o enthält einen Meßmodul (Meßelement) von üblicher Bauart zur Erstellung eines induktiven, elektrischen, akustischen oder sonst üblichen Bohrberichts. Die Sonde 30 hängt am Kabel 32, das die erforderlichen Leiter zur elektrischen Verbindung der Sonde 3o mit den oberirdischen Geräten enthält, in der Bohrung. Zum Aufziehen oder Absenken der Sonde 3o beim Durchfahren der Bohrung wird das Kabel

32 auf eine Trommel 33 auf- bzw. von dieser abgewickelt, und beim Durchfahren der Bohrung gelangen die Signale vom Meßmodul 31 über das Kabel 32 nach oben. Über am einen Ende der Trommel

33 angeordnete Schleifringe und Bürsten 3^ und über die Leitungen 35 gelangen die Signale zur Oberflächenelektronik 36. Ein (nicht dargrrestelltes) Aufzeichnungsgerät innerhalb der

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Oberflächenelektronik 36 wird von der Meßrolle 39 ₅ über die das Kabel 3^ läuft, dem Antrieb 38 und der Übersetzung 29 getrieben, so daß das Aufzeichnungsgerät in Wechselbeziehung mit der Tiefe beim Durchfahren der Bohrung mit der* Sonde 3o betätigt wird.

Der Fig. 3 ist zu entnehmen, daß die Sonde 3o eine A^ielzahl von schräg aufwärts gerichteten, flexiblen Rippen oder Flügeln 4o hat, die, wie noch erläutert werden wird, dazu dienen, die Sonde 3o in ein stark abgeknicktes Bohrloch abzusenken.

Es ist darauf hinzuweisen, daß das Kabel '$2 gegen einen Vorsprung 42 anliegt, der ebenfalls ein Absenken der Sonde po im Ei~dbohrloch allein aufgrund der Schwerkraft ver- oder behindert.

Die Fig. 4 zeigt schematisch einen Vorgang zur Erstellung eines Bohrprotokolls gemäß der Erfindung, wobei eine Bohrlochmeßsonde 30· zur Anwendung kommt, die im wesentlichen wie die Meßsonde 3o von Fig. 3 gebaut ist, jedoch auch einen Beschleunigungsmesser 47 enthält, der die Beschleunigung der Sonde 30' mißt. Zusätzlich ist Teil der Oberflächenelektronik 36 eine Geschwindigkeitsanzeigeschaltung 46, die entweder die Geschwindigkeit der Trommel 33 oder des Kabels 52 mittels eines Fühlers 44 mißt, welcher über den Leiter 4p mit der Geschwindigkeitsanzeigeschaltung 46 verbunden ist, was im einzelnen noch erläutert werden liird.

Die Fig. 5 zeigt die Meßsonde 3o' im einzelnen. Sie enthält eine Mehrzahl von impulsgesteuerten Elektromagneten 5°i die fest am tragenden, spindelartigen Gehäuse der Sonde über ein Abstandsglied 51 und über ein ähnliches Abstandsglied 52 zwischen jedem der Elektromagnete 5o angebracht sind. Eine aus hartem Kunststoff oder irgendeinem anderen Material, das keinen wesentlichen Einfluß auf die magnetischen Kennwerte der Elektromagneten und der Permanent-Ringmagnete 54, die in dem Material eingebettet sind, hat, bestehende, schwimmend gelagerte Hülse 53 ist, die

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die Älektromagnetc enthaltende Spindel umgebend, auf und ab verschiebbar.

Das Abstandsglied 51 ist an einer Stirnplatte 60 fest angebracht, die ihrerseits an einer gegen eine weitere Stirnplafe· te 62 drückende Feder öl befestigt ist.

In gleichartiger Weise ist das Abstandsglied 52 am unteren Ende der Spindel an einer Stirnplatte 63 befestigt, gegen die die an einer weiteren Stirnplatte (>5 angebrachte Feder 64 anliegt. Durch die Mitten der einzelnen Stirnplatten und der Elektromagnete zieht sich ein Elektrokabel 66, das mit dem Kabel 32 und dem I-Ießiiiodul 31 verbunden ist. Elektrische Leiter sind auch zwischen die verschiedenen Elektromagneten und die im Meßmodul 3I enthaltene Steuerelektronik zur Impulssteuerung der Elektromagnete geschaltet. Diese Steuerung kann von der Erdoberfläche oder in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Ereignis, das ein Pulsen der Elektromagnete bewirkt, ausgelöst werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist das vorbestimmte Ereignis jedoch der gegensätzliche Vergleich der Sondengeschwindiglceit mit der Geschwindigkeit des Meßkabels 32 an der Erdoberflache. Die Messung der Sondangeschwindigkeit erfolgt mittels eines in der Sonde 3o' enthaltenen Beschleunigungsmessers 47·

Für den Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 5 ist davon auszugehen, daß sie in der Tat einen linearen, abwechselnd wirkenden Motor enthält, der die Hülse 53 antrijebt, an welcher die Flügel 4o mit einer besonderan !Neigung - in diesem Fall mit im Bohrloch aufwärts gerichteter Neigung - angebracht sind. Die Permanent-Uingmagriete sind alle in der gleichen Richtung orientiert. Bei dem abwechselnden Pulsen der Spulen werden die Magnete entweder abgestoßen oder angezogen, wodurch eine hin- und hergehende Bewegung erzeugt wird, die - auf die Flügel 4o übertragen die Sorrfe aufwärts oder abwärts führt, was von der Stellung des

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umkehrbaren Stellantriebs abhängt, der unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 noch erläutert werden wird.

Es ist augenscheinlich, daß die Hülse 53 tatsächlich schwimmend rund um die Elektromagnete liegt, was auf die an entgegengesetzten Enden der Vorrichtung befindlichen Federn öl, 6'i zurückzuführen ist. Jedoch ist auch ins Auge gefaßt, bei dem Erfindungsgegenstand keine der Federn 6l,64 anzuwenden, sondern mit einer wahrhaft schwimmenden Hülse zu arbeiten, wie auch daran gedacht ist, nur eine einzige Feder anzuwenden, gegen die der Motor in wechselnden Zyklen arbeitet.

Bei dem Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 5 werden sich aber in jedem Fall in Abhängigkeit von einem gegensätzlichen oder auch ungünstigen Vergleich der beiden Geschwindigkeiten die Flügel gegen den Filterkuchen oder gegen die Bohrlochwandung anlegen und auf diese Weise eine entgegen der Neigung der Flügel gerichtete Kraft erzeugen. Das wiederum bringt die Vorrichtung dazu, sich entlang stark abgeknickter Bohrlöcher zu bewegen.

In Fig. 6 ist schematisch gezeigt, daß der umkehrbare Stellantrieb einen Solenoid (Zylinderspule) 7o aufweist, durch das eine Stange 71 betätigt wird, deren unteres Ende mit einer an der Stirnplatte 63 (vgl. auch Fig. 5) befestigten Feder verbunden ist. Der umkehrbare Antrieb wird von der Hülse 53 getragen. Jeder der flexiblen Flügel 4o ist um Schwenkachsen 80, die fest an der verschiebbaren Hülse 53 angebracht sind, schwenkbar und hat einen Längsschlitz 8l, in dem Lagerzapfen 82 gleiten, welche an der Solenoidstange 7I befestigt sind.

Wenn im Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 6 gewünscht wird, das Meßgerät 3o· abwärts im Bohrloch zu führen, so wird das Solenoid 7o nicht betätigt, wodurch die Feder 72 die Stange 7I abwärts zieht und so bewirkt, daß die Flügel ko in der gezeigten Lage sind.

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Wenn gewünscht wird, die Sonde 3o' aus dem Bohrloch herauszubringen, dann wird das Solenoid - vorzugsweise von der Erdoberfläche aus - betätigt, wobei sich die Stange Yl entgegen der Feder 72 aufwärts bewegt. Dadurch werden die Flügel 4o um die Achsen 80 gedreht und ihre äußeren Enden schwenken, weil die Lagerzapfen 82 in den Schlitzen 8l gleiten, in die Abwärtsrichtung, um die Entfernung der Meßsonde 3o· aus dem Bohrloch zu unterstützen.

Der Horizontalschnitt von Fig. 7 zeigt, daß der Flügel ko um die Schwenkachse 80 gedreht werden kann und daß er durch den im Schlitz 81 (Fig. 6) gleitenden Lagerzapfen 82 an der SoIenoidstange ?t befestigt ist.

Nach Fig. 8 hängt eine Bohrlochmeßsonde 9o an einem Meßkabel 91 in einer Erdbohrung 98. Die Sonde 9o weist ein oberes Bohrloch-Meßinstrumentteil 02, das von üblicher x\rt sein kann, auf. Die Sonde enthält ferner einen Beschleunigungsmesser 93 und ein Ventilsteuerungs-Elektronikteil <)^li, das über einen Draht lo'i oder mehrere Drähte in einem Kanal loo mit einem Ventil 99 verbunden ist, welches innerhalb der Ausflußöffnung 97 im Körper 95 des unteren Teils der Bohrloch-Meßsonde 90 angeordnet ist. Die Sonde hat weiterhin eine Flüssiglceitskammer 9ü mit einem darin befindlichen reibungsmindernden Mittel. Die Kammer 96 enthält einen Kolben Io2 mit einer O-Ring- oder sonstigen Dichtung I03. DEr Kolben Io2 wird durch die Feder Io4 gegen die in der Kammer 96 enthaltene Flüssigkeit gedrückt. Eine Druckausgleichsöffnung Io5 hält den oberen Teil der Kammer 96 in Berührung mit der unter Druck stehenden Flüssigkeit im Bohrloch 98.

im Betrieb die Sonde von Fig. 8 die Erdbohrung 98 durchfährt, so wird auf Befehl vom Ventilsteuerungs-Elektronikteil 94 das Ventil 99 betätigt, und das in der Kammer 96 unter dem Kolben Io2 befindliche reibungsmindernde Mitel wird in das

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Bohrloch geleitet, um die ii_eibung rund um die Sonde 9o herabzusetzen. Die Arbeitsweise des Ventilsteuerungs-ßiektronikteils 94 wird anhand der Beschreibung zxx den Fig. 9 und io verständlich werden. Es ist jedoch klar, daß das reibungsinindernde Mittel in das Bohrloch durch das Ventil 99 lediglich aufgrund eines Befehls von dem elektronischen Steuerungsteil 94 eingeführt wird.

Nach Fig. 9 ist die Meßsonde 90 von Fig. 8 durch das von der Erdoberfläche ausgehende und über eine Meßrolle aur Trommel 53 laufende Meßkabel 91 hängend im Bohrloch gehalten. Zusätzlich zu der in Fig. 2 gezeigten Ausrüstung an der Erdoberfläche

weist diejenige von Fig. 9 jedoch einen Fühler 44 auf, der die Geschwindigkeit der Trommel 33 bei ihrer Drehung als Anzeige für die Geschwindigkeit des Meßkabels 9'1 überwacht. Das Signal vom Fühler 44 gelangt über einen Leiter 45 zu einer üblichen Geschwindigkeitsanzeigeschaltung 46. Wie schon die Fig. 8 gezeigt hat, enthält die Meßsonde 9o einen Beschleunigungsmesser 93 der zusammen mit dem Signal von der Geschwindigkeitsanzeigeschaltung 46 an der Oberfläche die Flüssigkeitsmerige regelt, die aus der Öffnung 97 im unteren Teil der Sonde 9° zum Austreten gebracht wird.

Das Blockdiagramm von Fig. Io zeigt die Funktion der in den Fig. 8 und 9 dargestellten Vorrichtung. Der Block Ho ist kennzeichnend für ein auf die Oberflächengeschwindigkeit des Bohrlochmeßkabels bezogenes Signal, das über einen Leiter 114 im Meßkabel einer im Ventilsteuerungs-Elektronikteil 94 der unterirdischen Meßsonde 90 befindlichen Vergleichsschaltung 112 zugeführt wird. Die Linie 113 ist funktionell auf die Trennung zwischen der Oberflächen- und der unterirdischen Elektronik bezogen. Der Aiisgang des Beschleunigungsmessers 93 wird einer üblichen Geschwindigkeitsschaltung 111 zugeführt, die das Beschleunigungssignal in an sich bekannter Weise in ein Geschwindigkeitssignal umwandelt. Das Signal von der unterirdischen Geschwindigkeitsschaltung 111 wird mit dem Oberflächen-Geschwindigkeitssignal von Ho in der Vergleichsschaltung 112 verglichen.

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Iv'ann inier ein Signal von vorbestimmter Größe durch die Vergleichsschaltung gegeben wird, so wird ein Signal an die Schaltung für den Stellantrieb, z.B. für das Ventil 99 in der öffnung ')'/, übertx*agen, um die in der Kammer <)b enthaltene Flüssigkeit in das Bohrloch au leiten.

Es ist klar, daß dann, wenn die Meßsonde 9o zum Durchfahren des üolirlochs mtttels des Kabels 91 gebracht wird, dieses Meßkabel an der Oberfläche nicht immer mit genau der gleichen Geschwindigkeit wie die Bohrloch-Meßsonde laufen wird. Das beruht auf verschiedenen Gründen, wie der elastischen Dehnung des Meßkabels oder dem Auftreffen der Meßsonde an Vorsprüngen und anderen ablenkenden bzw. hindernden Teilen in der Erdbohrung. Es mag jedoch nicht erwünscht sein, das Ventil 99 bei jedem geringen, von der Vergleichsschaltung 112 angezeigten Unterschied zu betätigen. Deshalb kann die Vergleichsschaltung 112 durch an sich bekannte Mittel so eingestellt werden, daß sie für das Ventil oder den Stellantrieb 99 ein Signal dann erzeugt, wenn die Differenz zwischen den beiden Geschwindigkeitssignalen eine vorb-estimmte Größe überschreitet, beispielsweise wenn ein Unterschied von 5 oder 10 % vorliegt.

Bei der in Fig. 11 schematisch dargestellten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist ein Untergrund-BgSchleunigungsmesser 12o in einer Meßsonde, wie sie z.B. in Fig. 4 oder 9 gezeigt ist, untergebracht und dessen Ausgang liegt an einer unterirdischen Geschwindigkeitsschaltung 121 innerhalb der Meßsonde. Der Ausgang der Schaltung 121 wird über den Leiter 122 im Bohrloch-Meßkabel 123 der Oberflächenelektronik zugeführt. Die Linie 113 symbolisiert die Trennung zwischen der ober- und unterirdischen Ausrüstung. Das Bohrloch-Meßkabel 123 ist um die Trommel 124 gewickelt, die zu ihrer Steuerung mit einem Motor- und Getriebegehäuse 125 gekoppelt ist, welches wiederum von einer Kabelwindensteuerung 126 getrieben wird. Eine oberirdische Geschwindigkeitsanzeigeschaltung 127, deren Eingang mit einem

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(nicht gezeigten) Geschwindigkeitsfühler, z.B. dem in Fig. 9 gezeigten und die Geschwindigkeit des Bohrloch-Meßkabels an der Oberfläche anzeigenden Fühler, verbunden ist, liegt mit ihrem Ausgang an der Vergleichsschaltung 128. Die die unterirdische Geschwindigkeit angebenden, über den elektrischen Leiter 122 übertragenen Signale werden von den Schleifringen 129 am Ende der Wickel trommel 12^t abgenommen und über den Leiter 13o einem anderen Eingang der Vergleichsschaltung 128 zugeführt.

Im Bgtrieb der in Fig. 11 gezeigten Vorrichtung und Schaltung liefert, wenn die Meßsonde die £_rdbohrung durchfährt, der Beschleunigungsmesser 12o an die unterirdische Geschwindigkeitsschaltung 121 ein Signal, und damit wird ein für die Geschwindigkeit der Bohrloch-Meßsonde kennzeichnendes Signal an die Vergleichsschaltung I28 gelegt, der ebenfalls die Geschwindigkeit des Meßkabels an der Oberfläche von der oberirdischen Geschwindigkeitsanzeigeschaltung 127 zugeführt wird. Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Ausführungsforinen des Erfindungsgegenstandes ist hier eine unterirdische Triebkraftquelle - außer beispielsweise der Steifigkeit des Meßkabels 123 und der Schwerkraftwirkung - nicht notwendigerweise vorhanden. In einem solchen Fall kann sich die Bohrloch-Meßsonde mit wechselnden Geschwindigkeiten abwärts bewegen, was von den örtlichen Schlamm- und Bohrlochbedingungen abhängig ist. Wenn man davon ausgeht, daß die Meßsonde nicht gänzlich im Bohrloch festgeht, so ist es erwünscht, die Drehbewegung der Wickeltrommel 124 fortzusetzen, um konstant auf die Meßsonde einen Druck, ohne die G_efahr, die Sonde mit zuviel Kabel zu überlaufen, auszuüben. In diesem Fall wird durch Vergleich der Geschwindigkeit der unterirdischen Sonde und der des Meßkabels an der Oberfläche in der Vergleichsschaltung I28 von dieser Schaltung ein Ausgangssignal an die Kabelwindensteuerung 126 gegeben, um den Antrieb im Motor- und Getriebegehäuse I25 und damit die Wickeltrommel 124: so zu treiben, daß das Meßkabel 123 langsam abgewickelt wird. Dadurch wird die

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fortwährende Abwärtsbewegung der Bohrloch-Meßsonde durch die Bohrung - jedoch eine langsame Bewegung - unterstützt, indem das Meßkabel mit der passenden Geschwindigkeit ausgegeben wird. ■.Venn beispielsweise ferner das von der Vergleichsschaltung 128 gelieferte Differenzsignal zu groß wird, was angibt, daß die Heßsonde sich verlangsamt, dann wird die Wickeltrommel 124 ebenfalls langsamer gedreht. ivenn das Differenzsignal der Vergleichsschaltung 12o anfängt, gegen 'null" su gehen, dann wiederum erzeugt die Kabelwindensteuerung ein größeres Signal, um die Iv'ickeltrommel 124 schneller zu drehen und so mehr Kabel auszugeben, so daß die erhöhte Geschwindigkeit der Bohrloch-Meßsonde erhalten bleibt.

Bei der Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes nach Fig. sind die Merkmale der iiusführungsformen von Fig. Io und 11 vereinigt. Der in der (nicht gezeigten) Bohrloch-Meßsonde enthaltene unterirdische Beschleunigungsmesser l4o liegt mit seinem Ausgang an einer unterirdischen Geschwindigkeitsschaltung l4l, deren Ausgang wiederum dem Eingang einer den Stellantrieb 143 betätigenden Vergleichsschaltung 14-2 zugeführt wird. Der Stellantrieb l43 kann beispielsweise für die Betätigung des Ventils 99 in der öffnung 97 (Fig. 8) oder für die Steuerung des Moduls zur Regelung der Flügel 4o (Fig. 5) vorgesehen sein. Der Ausgang der unterirdischen Geschwindigkeitsschaltung l4l wird auch über den Leiter l44 im Meßkabel 146 zur Erdoberfläche geführt. Eine Oberflächengeschwindigkeitsschaltung 15o liefert ein für die Geschwindigkeit des Meßkabels an der Erdoberfläche kennzeichnendes Signal und ihr Ausgang liegt an der Vergleichsschaltung 151. Das Signal für die Oberflächengeschwindigkeit wird über den Leiter 153 und durch die Schleifringe 154 am Ende der Wickeltrommel geführt und gelangt über den Leiter 145 im Meßkabel 146 zur unterirdischen Meßsonde und zu« zweiten Eingang der Vergleichsschaltung 142. Das auf dem Leiter 144 liegende, über das Kabel 146 geführte Signal wird von den Schleifringen 154 abgenommen und über den Leiter 152 dem anderen Eingang der Vergleichsschaltung 151 zugeführt. Der Ausgang dieser Schaltung 151 wird der

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Kabelwindensteuerung l49, die mit dem Motor- und Getriebegehäuse 148 verbunden ist, welches wiederum dem Antrieb der iv'ikkeltrommel 14? dient, zugeführt.

Es ist klar, daß bei der Vorrichtung und Schaltung von Fig. 12 im Betrieb, wenn der Beschleunigungsmesser l4o die Beschleunigung der Bohrloch-Meßsonde aufnimmt und demzufolge ein für die unterirdische Geschwindigkeit kennzeichnendes Signal über die Schaltung 3Al abgibt, die unterirdische Geschwindigkeit auf diese Weise mit der Geschwindigkeit des Kabels an der Oberfläche mittels der Vergleichsschaltung iA2 verglichen wird, Wann immer eine bedeutende Differenz zwischen den zwei Geschwindigkeiten auftritt, wird der Stellantrieb lkj> betätigt, um zu erreichen - oder wenigstens um zu versuchen zu erreichen -, daß die Bohrloch-Meßsonde die Bohrung mit einer größeren G^schwindurchfährt.

Die unterirdische Geschwindigkeit der Meßsonde wird auch mit der Geschwindigkeit des Kabels an der Erdoberfläche in der Vergleichsschaltung 151 verglichen, um die Bewegung der Wickeltrommel zu steuern, wie mit Bezug auf Fig. 11 erläutert worden ist. Auf diese Weise wird, wenn die Meßsonde fortwährend langsamer wird, obwohl der Antrieb 1^3 einen zusätzlichen Bewegungsanreiz für die Meßsonde gegeben hat, die Vergleichsschaltung 151 ein größeres Ausgangssignal erzeugen, das eine Verminderung in der Drehbewegung der Wickeltrommel 1Λ7 und damit eine verminderte Ausgabe an Meßkabel bewirkt. Durch die kombinierte Anordnung nach Fig. 12 wird die Meßsonde bestrebt sein, sich selbst immer dann zu einer Bewegung anzureizen, wenn sie beginnt, aufgrund von Bohrlochbedxngungen langsamer zu werden; sollte sie trotz der Aktivierung durch den Stellantrieb 143 anfangen, sich zu verlangsamen, dann wird auch die Wickeltrommel verlangsamt, um eine Ausgabe von zuviel Kabel zu vermeiden. Immer, wenn die Sonde schneller zu werden beginnt, erzeugt die Vergleichsschaltung 151 ein geringeres Signal, das wiederum ein Schnellerwerden der Wickeltrommel und ein Miteinandergehen mit der Meßsonde bewirkt .

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Im Vorstehenden wurden die bevorzugten Ausführungsformen des J5rf indungsgegeustandes beschrieben, die zu Verfahren und Vorrichtungen zur Betätigung von Mitteln und Einrichtungen zur Erleichterung der Bewegung einer Bohrloch-Meßsonde durch eine Erdbohrung führen und die darüber hinaus auch verhindern, daß zuviel MeiJkabel von einer Trommel ausgegeben wird. Diese bevorzugten Ausführungsformen können jedoch in gewissem Maße noch abgeändert werden. Beispielsweise können anstelle eines Polymers von hoher relativer Molekülmasse (Molekulargewicht) als reibungsminderiides Mittel andere bekannte reibungsmindernde Mittel verwendet werden. Ferner können anstelle eines auf Geschwindigkeit sänderungen ansprechenden Ventils andere Kenngrößen gemessen v/erden, und das Ventil oder eine andersartige Vorrichtung -Aim Austretenlassen des reibungsmindernden Mittels in das Bohrloch können in Abhängigkeit von diesen Kenngrößen betätigt werden. Statt die Geschwindigkeit der Trommel an der E_rdoberflache zu messen, kann auch die Geschwindigkeit des Meßkabels auf andersartige üblidis Speisen gemessen werden. Zusätzlich kann am Kabelabschluß am Kopf der Bohrloch-Meßsonde ein Dehnungsmeßgerät zum Einsatz kommen, um eine Anzeige über Änderungen in der Geschwindigkeit der Sonde zu liefern.

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ORIGINAL INSPECTED

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BERLIN — MÜNCHEN

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. W. MEISSNER (BLN) DIPL.-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL.-ING. H.-J. PRESTING (BLN)

HERBERTSTR. 22, 1000 BERLIN 33

DA-75-10(CIP)374/Hk 19. September 1978

Dresser Industries, Inc.

The Dresser Building, Elm and Akard Streets

Dallas, Texas 75 221, USA -

Patentansprüche

Vorrichtung zur Erstellung eines Bohrberichts dor eine »irdbohrung umgebenden Formationen, gekennzeichneL· durch eine längliche, zum Durchfahren einer Erdbohrung (1>, ¹JIi) geeignete, mit der Erdoberfläche über ein Meßkabel (jjli,91, 1.14) in Verbindung stehende Bohrloch-Meßsonde (30,5ο¹,9o) mit darin untergebrachtem Beschleunigungsmesser (47,9'5) sowie Einrichtungen (ill) zur Umwandlung der Sonclcubcschleuiiigung in eine Anzeige der Sondengeschwindigkeit und mit in der Sonde enthaltenen, zur Erleichterung der Bewegung der Sonde durch abgeknickte Bohrlochabschnitte botätigbaren Elementen (4o,7°ι 71>99)> durch eine auf der Erdoberfläche befindliche, die oberirdische Geschwindigkeit dos Mclikabels wiedergebende Anzeigeeinrichtung (46,llo) und durch die Sondengeschwindigkeit mit der oberirdischen Meßkabclgeschwindigkeit vergleichende und ein für den Vergleich kennzeichnendes Signal, auf das die betätigbaren Elemente (4o , 7 ο , ')1, 99 ) in der Sonde ansprechen, liefernde Schaltungen.

BAD ORIGINAL

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2. Vorrichtung zur Erstellung eines Bohrbei-ichts der eine Erdbohrung umgebenden Formationen, gekennzeichnet durch eine drehbare, auf der Erdoberfläche befindliche tiiiclceltrommel (53,124,1^7), um die ein Meßkabel (52,9i,il4,123,l4ö) gewickelt ist, durch eine längliche, zum Durchfahren einer Erdbohrung (13,98) geeignete, mit der Erdoberfläche über das Meßkabel, dessen Ausgabe durch die Drehung der Wickeltromniel gesteuert wird, in Verbindung stehende Bohrloch-Meßsonde (jo,3o',9o) mit darin untergebrachtem Beschleunigungsmesser (4-7 , 93 , 12o , l4o) sowie Einrichtungen (111,121,l4l) zur Umwandlung der Sondenbeschleunigung in eine Anzeige der Sondengeschwindigkeit und mit in der Sonde enthaltenen, zur Erleichterung der Bewegung der Sonde durch abgeknickte Bohrlochabschnitte betätigbaren Elementen (4o,7o,71,99), durch eine auf der Erdoberfläche befindliche, die oberirdische Geschwindigkeit des Meßkabels wiedergebende Anzeigeeinrichtung (46,llo,127,15°) und durch die Sondengeschwindigkeit mit der oberirdischen Meßkabelgeschwindigkeit vergleichende sowie für den Vergleich kennzeichnende Signale, auf die die betätigbaren Elemente (4o,7o,91,99) in der Sonde und die die Wickeltrommel drehenden Antriebe (125,126,148,l49) ansprechen, liefernde Schaltungen (112,128,142,151).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die betätigbaren Elemente in der Sonde diese entlang der Bohrung bewegende Antriebe (4o,7o,7l) enthalten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die betätigbaren Elemente in der Sonde ein längliches, tragendes, spindelartiges Gehäuse, eine diese umschließende, verschiebbare Hülse (53), wenigstens einen an dieser unter einem zu ihr vorbestimmten Winkel befestigten Flügel (4o) und die Hülse (53) mit Bezug zum spindelartigen Gehäuse hin- und herbewegende, der Sonde eine Bewegung in einer von der Winkeineigung des Flügels (4o) abgekehrten Richtung vermittelnde Einrichtungen (5o,54) enthalten.

909815/07S2
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Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die betätigbaren Elemente eine ein reibungsminderndes Mittel von der Sonde in das Bohrloch leitende ßinrichtung (96,97,99,102,104) enthalten.

Vorrichtung zur Erstellung eines Bohrberichts der eine Erdbohrung umgebenden Formationen, gekennzeichnet durch eine auf der Erdoberfläche befindliche, drehbare ivickeltrommel (33,124, 1Λ7) , um die ein Meßkabel (32 , 91, H4 ,123 , 146) gewickelt ist, durch eine längliche, zum Durchfahren einer Erdbohrung (13,90) geeignete, mit der Erdoberfläche über das Meßkabel, dessenAusgabe durch die Drehung der Wickeltrommel gesteuert wird, in Verbindung stehende Bohrloch-Meßsonde (3o,3o',9o) mit darin untergebrachtem Beschleunigungsmesser (47,93,12o,l4o) sowie Einrichtungen (111,121,l4l) zur Umwandlung der Sondenbeschleunigung in eine Anzeige der Sondengeschwindigkeit, durch eine auf der Erdoberfläche befindliche, die oberirdische Geschwindigkeit des Meßkabels wiedergebende Anzeigeeinrichtung (46, llo,127,15o) und durch die Sondengeschwindigkeit mit der oberirdischen Meßkabelgeschwindxgkeit vergleichende sowie für den Vergleich kennzeichnede Signale, auf welche die die Wickeltrommel drehenden Antriebe (125,126,148,149) ansprechen, liefernde Schaltungen (112,128,142,151).

Verfahren zur Erstellung eines Bohrberichts der eine Erdbohrung umgebenden Formationen, gekennzeichnet durch Durchfahren einer Erdbohrung mit einer Bohrloch-Meßsonde, die an einem zur Erdoberfläche führenden Kabel angehängt ist, durch Messen der oberirdischen Kabelgeschwindigkeit, durch Messen der Sondengeschwindigkeit, durch Vergleichen der Kabelgeschwindigkeit mit der Sondengesch-windigkeit sowie Erzeugen eines für den Vergleich kennzeichnenden Signals und durch Betätigen von in der Sonde enthaltenen, auf das Vergleichssignal ansprechenden sowie die Bewegung der Sonde durch das Bohrloch unterstützenden Elementen.

909815/0752

BAD ORIGINAL

u. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die betatigbaren Elemente eine ein reibungsrninderndes Mittel von der Sonde in das Bohrloch leitende Einrichtung enthalten.

9· Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die betätigbaren Elemente in der Sonde diese entlang der Bohrung bewegende Antriebe enthalten.

10. Verfahren zur Erstellung eines ßohrberichts der eine Erdbohrung unigebenden Formationen, gekennzeichnet durch Durchfahren einer Erdbohrung mit einer Bohrloch-Meßsonde, die an einem um eine drehbare Trommel auf der Erdoberfläche gewickelten Kabel angehängt ist, durch Messen der oberirdischen Kabelgeschwindigkeit, durch Messen der Sondeiigeschwindigkeit, durch Vergleichen der Kabelg-eschwindigkeit mit der Sondengeschwindigkeit sowie Erzeugen von für den Vergleich kennzeichenden Signalen, durch Betätigen von in der Sonde enthaltenen, auf die Vergleichssignale ansprechenden sowie die Bewegung der Sonde durch das Bohrloch unterstützenden Elementen und durch Regeln der Umdrehung der Wickeltrommel in Abhängigkeit von den Vergleichssignalen.

11. Verfahren zur Erstellung eines Bohrberichts der eine Erdbohrung umgebenden Formationen, gekennzeichnet durch Durchfahren einer Erdbohrung mit einer Bohrloch-Meßsonde, die an einem um eine drehbare Trommel auf der Erdoberfläche gewickelten Kabel angehängt ist, durch Messen der oberirdischen Kabelgeschwindigkeit, durch Messen der Sondengeschwindigkeit, durch Vergleichen der Kabelgeschwindigkeit mit der Sondengeschwindigkeit sowie Erzeugen von für den Vergleich kennzeichnenden Signalen und durch Regeln der Uiiidrehung|der Kabelwickeltrommel in Abhängigkeit von den Vergleichssignalen.

909815/0752