DE3003928C2

DE3003928C2 - Einrichtung zum Messen der Formänderung bzw. des Spannungszustandes eines Futterrohrstranges

Info

Publication number: DE3003928C2
Application number: DE3003928A
Authority: DE
Inventors: Miklos Arpasi; Geza Budapest Rakar
Original assignee: ORSZAGOS KOEOLAJ ES GAZIPARI TROESZT BUDAPEST HU
Current assignee: ORSZAGOS KOEOLAJ ES GAZIPARI TROESZT BUDAPEST HU
Priority date: 1980-02-04
Filing date: 1980-02-04
Publication date: 1985-10-31
Also published as: DE3003928A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen der Formänderung bzw. des Spannungszustandes eines Futterrohrstranges gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

, || Bekanntlich wirken auf die in das Bohrloch von beispielsweise Ölbrunnen eingebrachten Futterrohrsäulen grundsätzlich zweierlei Belastungen, nämlich die Zugkraft und der Unterschied zwischen äußerem und innerem Druck. Durch Wirkung dieser beiden Beanspruchungen entsteht ein komplizierter Formänderungsund Spannungszustand, dem entsprechend die Futterrohrsäulen dimensioniert werden müssen. Die Bestimmung der auf die Futterrohrsäulen einwirkenden Beanspruchungen sind jedoch schwierig, da sich die Anordnung in der Erdrinde mit unbekannten oder zumindest mit Unsicherheiten verbundenen Umgebungsbedingungen verbindet.

Daher ist es erstrebenswert, die tatsächliche Formänderung und den tatsächlichen Spannungszustand der Futterrohrsäulen örtlich direkt zu messen, was an der Erdoberfläche oder auch in großer Tiefe im Bohrloch geschehen kann.

Hierzu ist es durch die US-PS 41 74 628 bekannt, den Rohrstrang in erheblichem Abstand unterhalb seines oberen Endes mit einem Meß-Zwischenstück mit Dehnungsmeßstreifen zu versehen, wobei jedoch die durch die Dehnungsmeßstreifen ausgelösten elektrischen Signale mittels elektrischer, im Rohrstrang verlegter Leitungen nach über Tage hin geleitet werden. Diese Bauart findet jedoch erfahrungsgemäß bei einiger Tiefe ihre Grenze, und es besteht die Gefahr der Beschädigung der elektrischen Leitung, wobei dann infolge des eingebauten Zuslandes eine Reparatur nicht meh? möglich ist

Andererseits ist es durch die US-PS 33 76 921, 24 66 034 und 21 83 078 bekannt, Meß-Zwischenstücke über Tage in einen in einem Bohrloch verlegten Rohrstrang einzubauen, wobei nach der zuletzt genannten Druckschrift auch Zwischenstücke aus anlimagnetise hem Material verwendet werden. Hier bleiben jedoch die Meß-Zwischenstücke auch nach dem Einbau über Tage, so daß Messungen vor Ort nicht möglich sind, vielmehr nur indirekt und durch Übertragungseinflüsse behaftete Meßergebnisse erhalten werden können.

Schüeßlich ist es durch die US-PS 38 64 968,

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^nJ JJ CJi , JO JJ OJJ UIIU JO OO 3*tZ äUCII UCK-ällllt, IVICU-Zwischenstücke der in Rede stehenden Art am vorderen Ende von Bohrgestängen vorzusehen, um dort die Arbeitsbelastung zu messen. Auch dabei werden jedoch entweder durch Dehnungsmeßstreifen ausgelöste elektrische Signale über elektrische Leitungen nach über Tage weitergegeben, oder es werden akustische Signale erzeugt, durch die Bohrspülungsflüssigkeit übertragen und über Tage abgehört, womit auch hier die vorstehend genannten Nachteile eintreten oder aber durch die Übertragung eine Beeinflussung der Meßwerte geschehen kann bzw. die Anwendung für die Meßaufgaben der eingangs genannten Art nicht möglich erscheint. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Messen der Formänderung bzw. des Spannungszustandes eines Futterrohrstranges so auszubilden, daß sich die Beanspruchungen örtlich einzeln auch in großen Tiefen messen lassen, ohne daß es dazu fest installierter, eventuell störender sowie der Gefahr ...on Beschädigungen ausgesetzter elektrischer Leitungen bedarf und ohne daß die Möglichkeit der Beeinträchtigung der Meßwerte durch die Übertragung zur Erdoberfläche besteht.

Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen besteht die Möglichkeit, die Meß-Zwischenstücke an den gewünschten Stellen des Futterrohres auch in großer Tiefe einzusetzen, ohne daß es deren unmittelbarer Verbindung mit der Erdoberfläche bedarf. Dies geschieht vielmehr durch die Sonde, die zu dem jeweiligen Meß-Zwisch~nstück herabgelassen werden kann und dort sowohl der Versorgung der elektronischen Teileinheit des Meß-Zwischenstückes mit elektrischer Energie als auch der Signalaufnahme und Weiterleitung über das Bohrlochkabel an die Erdoberfläche und die Meß- und Registriereinrichtungen dient.

Sollte an dem Bohrlochkabel eine Beschädigung auftreten, läßt sich diese leicht außerhalb des Bohrloches reparieren, ohne daß damit die Einrichtung unbrauchbar würde. Auch besteht die Möglichkeit, mit einer Meßsonde mehrere Meß-Zwischenstücke nacheinander zu Meßzwecken anzufahren.

Für die Ausbildung des Meß-Zwischenstückes im eines zelnen hat sich die Anwendung der Merkmale nach Anspruch 2 als zweckmäßig erwiesen. I Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, die die Stoßstelle zweier Futter-

rohre mit dem eingebauten Meß-Zwischenstück und die Sonde schematisch im Schnitt zeigt

Vorab seien noch einmal die Beanspruchungen des Futterrohres und die sich daraus ergebenden Formänderungen zusammengefaßt: Infolge des Druckunterschiedes (Unterschied zwischen innerem und äußerem Druck) und des Temperaturunterschiedes ergibt sich eine tangentiale Formänderung (Vergrößerung oder Verkleinerung des äußeren Durchmessers) des Futterrohres, und es führt die Axialbelastung infolge Zugkraft, Druckkraft, Biegung und Temperaturunterschied zu einer Formänderung des Futterrohres in Längsrichtung.

Das zwischen zwei Futferrohren 2 eingebaute Meß-Zwischenstück 1 besteht aus antimagnetischem Stahl. Die als Meßsignalwandler dienenden Dehnungsmeßstreifen 8 sind auf die äußere Fläche des Meß-Zwischenstückes 1 aufgeklebt. Der Einbau des Meß-Zwischenstückes 1 zwischen die beiden Futterrohre 2 erfolgt mittels einer Gewindemuffe. Diese Verbindung ist an sich bekannt und auf der Zeichnung daher nicht dargestellt

Die Dehnungsmeßstreifen 8 sind am Mantel des Meß-Zwischenstückes 1 in Abständen von 90 Grad angebracht, es können also in einer Ebene vier Mtßstellen angeordnet werden. Zur Umwandlung der gemessenen Formumwandlung in ein elektrisches Signal und zu dessen Verarbeitung dient eine an der äußeren Fläche des Meß-Zwischenstückes 1 angebrachte, aus gedruckten Schaltungen aufgebaute elektronische Teileinheit 7, die von einem Schutzmantel 4 umgeben ist Die Dehnungsmeßstreifen und die Ableitungen sind durch einen Gummimantel 5 bzw. durch Ausgießmasse isoliert. Die auf das Meß-Zwischenstück 1 geklebten Dehnungsmeßstreifen 8 und die elektronische Teileinheit 7 werden von der Sonde 6 aus mit Strom versorgt Die Sonde 6 ist an einem Bohrlochkabel 3 bis in die Einbautiefe des Meß-Zwischenstückes ϊ in den Futterrohrstrang 2 hinuntergelassen. Das Meßsystem wird von oben über das Bohrlochkabel mit Strom (220 V, 50 Hz) versorgt

Durch die "nterschiedlichen auf die Futterrolfirsäule 2 wirkenden Beanspruchungen steht in dem Meß-Zwischenstück 1 ein Spannungs- bzw. Deformationszustand, der den Beanspruchungen des Futterrohres proportional ist. Durch den elektrischen Anschluß der die Formänderungen messenden Dehnungsmeßstreifen 8 bietet sich d>e Möglichkeit, die von den einzelnen Krafteinwirkungen verursachten Dehnungen selektiv und einzeln zu messen. Die elektrische Energie durchläuft dabei folgende Umwandlungen:

standteil des Futterrohrstranges bildenden antimagnetischen MeE-Zwischenstfick verursachten Formänderungen mittels der als Meßwandler dienenden, durch einen Gummimantel geschützten Dehnungsmeßstreifen einzeln und selektiv gemessen werden, wobei aus den gemessenen Daten die Futterrohrspannungen und sonstige Beanspruchungen durch Umrechnung bestimmt werden können.

Die elektronische Einheit 7, T ist eine aus gedruckten Schaltungen aufgebaute an sich bekannte Schaltanordnung. Auch die an der Erdoberfläche befindliche Meß- und Registriereinheit ist bekannt Die elektronische Einheit ist in an sich bekannter Weise zur Umwandlung des Stromes mit einem Transformator verbunden.

Wechselstrom — magnetischer Fluß —> Wechsel-Spannung — Gleichspannung.

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Das von den Dehnungsmeßstreifen kommende elektrische Signal (Widerstand) wird in der elektronischen Teileinheit 7 in mehreren Stufen zu einem Frequenzsignal umgewandelt und über das antimagnetische Meß-Zwischenstück 1, die ebenfalls eine elektronische Teileinheit T aufweisende Sonde 6 und das Bohrlochkabel 3 zu der an der Oberfläche befindlichen Meß- und Registriereinheit weitergeleitet. Die Meß* und Registrierein· heil zeigt das den gemessenen Formänderungen proportionale Frequenzsignal unmittelbar ah bzw. registriert es. Gewünschtenfalls können jedoch nach entsprechender Umwandlung auch mechanische Formänderungen, Spannungen, einwirkende Beanspruchungen usw. gemessen bzw. registriert werden.

Mit der beschriebenen Vorrichtung können die durch unterschiedliche Beanspruchungen in dem einen Be-Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Messen der Formänderung bzw. des Spannungszustandes eines in einem Bohrloch angeordneten Futterrohrstranges, mittels der die Beanspruchungen der Futterrohre einzeln und lokal meßbar, die gemessenen mechanischen Formänderungen in elektrische Signale umsetzbar und diese in einer zur Auswertung geeigneten Weise an die B-doberfläche weiterleitbar sowie dort meß- und registrierbar sind, wobei mindestens ein zwischen die einzelnen Rohrlängen einbaubares, mit Dehnungsmeßstreifen versehenes Meß-Zwischenstück und eine elektronische Einheit zur Umwandlung der Meßwerte in elektrische Signale vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Meß-Zwischenstück (1) aus antimagnetischem Material und die elektronische Einheit aus einer am Mcß-Zwischenstüci (1) angeordneten Teileinheit (7) sowie einer weiteren, in einer zum Mcß-Z-vvischcnstück (1) hin in das Bohrloch absenkbaren, mit Einrichtungen für die Energieübertragung zur am Meß-Zwischenstück (1) angeordneten Teileinheit (7) hin versehenen Sonde (6) angeordneten Teileinheit (7') bestehen, wobei auf letztere die von der Teileinheit (7) am Meß-Zwischenstück (1) ausgesandten elektrischen Signale übertragbar und von der Sonde (6) aus mittels eines Bohrlochkabels (3) zu den an der Erdoberfläche befindlichen Meß- und Registriereinrichtungen weiter'· "kbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Meßsignaiwandler ausgebildeten Dehnungsmeßstreifen (f<) an der Außenfläche des Meß-Zwischenstückes (1) angeordnet und von einem Gummimantel '5^ urn<*eben sind, und daß di? dem Meß-Zwischenstück (1) zugeordnete elektronische Einheit (7) auf das Meß-Zwischenstück (1) montiert und mit einem Schutzmantel (4) versehen ist.