DE3035905A1 - Vorrichtung zur fernuebertragung von informationen aus einem bohrloch zur erdoberflaeche waehrend des betriebs eines bohrgeraetes - Google Patents
Vorrichtung zur fernuebertragung von informationen aus einem bohrloch zur erdoberflaeche waehrend des betriebs eines bohrgeraetesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fernübertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberfläche
während des Betriebs eines Bohrgerätes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Tiefbohrungen ist es von erheblicher Bedeutung, ständig oder in zeitlichen Abständen Informationen aus dem
Bohrloch zu erhalten, die Aufschluß über den Ablauf der Bohrarbeiten vermitteln und es erlauben, rechtzeitig
Maßnahmen zu treffen, die geeignet sind, den Bohrvorgang zu optimieren und auftretenden Fehlern oder Unregelmäßigkeiten
entgegenzutreten.
In der"Vergangenheit sind zahlreiche. Versuche unternommen
und Vorschläge gemacht worden, um jeweils gewünschte Informationsdaten im Bohrloch mehr oder weniger nahe der
Bohrlochsohle zu ermitteln und zur Erdoberfläche zu übertragen. Dabei ist die Vorrichtung mit ihren Geräten zur
Ermittlung der Informationsdaten, zum Umwandeln der Informationsdaten
in die elektrischen Steuersignale sowie zum Erzeugen der Druckpulse und der benötigten elektrischen
Energie entsprechend nahe dem Bohrmeißel in den Bohrrohrstrang fest eingebaut. Tritt während des Bohrbetriebes
der Fall ein, daß Teile des Bohrrohrstranges, insbesonder
der Bohrmeißel, sich im Bohrloch unter ungünstigen Formationseinwirkungen festsetzen und alle Bemühungen,
den Bohrrohrstrana bzw. den Bohrmeißel -Frei z
• ·
• ft
vergeblich bleiben, so geht mit dem Bohrmeißel und den
festsitzenden Teilen des Bohrrohrstranges in der Regel auch die Vorrichtung zur Informationsübertragung mit ihre"n
zum Teil sehr wertvollen Geräten, insbesondere den zur Ermittlung der Informationsdaten und zur Umwandlung der
Daten in die Steuersignale mit ihren elektrischen und/od^r elektronischen Hilfsmitteln, verloren.
Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffer
die zumindest teilweise aus dem Bohrloch aufholbar ist.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Ausgestaltung der Vorrichtung entsprechend den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst. Bei dieser Ausgestaltung kann aufgrund der Gruppierung der einzelnen Geräte in gesonderten
axialen Abschnitten der Baueinheit und durch die von der Baueinheit abtrennbare Ausgestaltung zumindei
der obersten selbständigen Teileinheit ein Fangwerkzeug von der Erdoberfläche aus zum Einsatz gebracht werden,
um die Teileinheit nach Art eines Moduls durch den Strömungskanal des Bohrrohrstranges zur Erdoberfläche heraufzuziehen.
Auf diese Weise können besonders wertvolle, insbesondere meßtechnische und elektronische Bauteile
der Teileinheit gerettet werden, die darüber hinaus auch mittels des Fangwerkzeuges absenk- und mit dem Rest der
Baueinheit funktionsgerecht vereinigbar sein kann, so
daß, außer im Falle eines Festsitzens im Bohrloch, der jeweilige Abschnitt der Baueinheit auch im Falle von
Funktionsstörungen seiner Bauteile an der Erdoberfläche repariert oder ausgewechselt werden kann, ohne das gesamte
Bohrgestänge heraufziehen zu müssen.
Ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zumindest der
oberste Abschnitt der Baueinheit von einem einen Teil des Bohrrohrstranges bildenden Rohrkörper aus antimagnetischem Werkstoff , insbesondere antimagnetischem
Stahl, umgeben, so kann dieser Röhrkörper, um auch ihn wegen seines wertvollen Werkstoffes im Falle eines Festsitzens
des Bohrmeißels im Bohrloch zu retten, mit dem nächstunteren Rohrkörper des Bohrrohrstranges mittels
einer unter Vorspannung im Öffnungssinne bringbaren Gewindeverbindung
verbunden sein, in deren Bereich eine im Öffnungssinne der Gewindeverbindung wirkende Sprengladung
anbring- und zündbar sein kann.
Hinsichtlich weiterer Ausgestaltungen der Erfindung wird
auf die weiteren Unteransprüche verwiesen.
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert,
in deren einziger, in einer Querebene unterteilter Figur,
deren rechtes Teilstück eine obere Verlängerung des linken Teilstücks ist, ein Ausführungsbeispiel des
Gegenstands der Erfindung zur Hälfte in einem Axialschnitt und zur Hälfte in Ansicht schematisch veranschaulicht
ist.
Zur Fernübertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberfläche während des Betriebes eines Bohrgerätes,
das einen Drehbohrmeißel 1, einen als Ganzes mit bezeichneten Bohrrohrstrang und eine Spülflüssigkeit im
Strömungskanal 3 des Bohrrohrstranges 2 abwärts-, durch
den Drehbohrmeißel 1 hindurch- und im den Bohrrohrstrang umgebenden Ringraum des Bohrlochs aufwärtsfördernde
Pumpe (nicht dargestellt) umfaßt, besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung 4 aus Geräten zur Ermittlung gewünschter
Informationsdaten und zum Umwandeln der Informationsdaten in eine Folge elektrischer Steuersignale,
die in einem gesonderten axialen Abschnitt 5 der Vorrichtung 4 zusammengefaßt sind, aus einem Druckpulserzeuger
6, der seinerseits einen gesonderten axialen Abschnitt der Vorrichtung 4 bildet, und aus einem Generator
7 zur Stromerzeugung als weiteren gesonderten axialen Abschnitt der Vorrichtung 4, der zum Beispiel mittels
einer von Spülflüssigkeit betriebenen Turbine 7' angetrieben sein kann. Die Vorrichtung 4 bildet dabei eine
koaxial innerhalb des Strömungskanals 3 des Bohrrohrstranges 2 abgestützte, von Spülflüssigkeit umströmbare
Baueinheit. Im obersten Abschnitt 5 der Baueinheit sind sämtliche Geräte zur Ermittlung von Informationsdaten
und zur Umwandlung der Daten in Steuersignale einschließlich aller zugehörigen elektrischen und/oder elektronischen
Hilfsmittel zusammengefaßt.
Der oberste Abschnitt 5 der Baueinheit bildet eine selbständige Teileinheit und ist als solche in einem gesonderten
Gehäuse 8 untergebracht, welches trennbar mit einem Gehäuse 9 des den nächstunteren Abschnitt der
Baueinheit bildenden Druckpulserzeugers 6 verbunden ist. Der als selbständige Teileinheit vom Rest der Baueinheit
abtrennbar ausgeführte Abschnitt 5 ist mit einer ihrerseits axial trennbaren elektrischen Signalübertragungsverbindung
10 bei dem dargestellten Beispiel in Gestalt einer induktiven übertragungseinrichtung am unteren Ende
seines Gehäuses 8 versehen.Die übertragungseinrichtung
umfaßt einen am oberen Ende des Gehäuses 9 ausgebildeten rotationssymmetrischen, im Längsschnitt dreischenkeligen
Teil 11, in den ein am unteren Ende des Gehäuses 8 ausgebildeter
rotationssymmetrischer, im Längsschnitt zweischenkeliger Teil 12 eingreift. Eine im Zentrum des Teils
11 angeordnete Induktivität kommt dadurch koaxial innerhalb einer im Hohlzylinder des Teils 12 angeordneten
Induktivität zu liegen, was eine induktive Kopplung ermöglicht. Zur Druckkompensation ist der beim Zusammensteck
der Teile 11 und 12 eingeschlossene Raum durch Verbindungs1
wie z.B. eingelassene Nuten oder Bohrungen 34' mit dem Spülungsraum 3 verbunden.
Am oberen Ende seines Gehäuses 8 ist der Gerateabschnitt
5 mit einem Fangdorn 15 versehen, mit dem ein von der Oberfläche durch, den Strömungskanal 3 herabgelassenes
Fangwerkzeug in Eingriff gebracht werden kann, um den Geräteabschnitt 5 unter Lösen der elektrischen Verbindung
10 durch den Strömungskanal 3 zur Erdoberfläche heraufzuziehen.
Während bei dem dargestellten Beispiel der Druckpulserzeuger 6 mit seinem Gehäuse 9 durch geeignete Streben
od. dgl. Stützglieder 16, in deren Bereich bei dem dargestellten Beispiel Verbindungskanäle 17 der Spülflüssigkeit
mit dem den Bohrrohrstrang 2 umgebenden Ringraum gebildet sind, und der Generator 7 zur Stromerzeugung
mittels ,.einer Stützvorrichtung 18 in der Weise im Bohrrohrstrang
2 abgestützt sind, daß ihr Aufziehen zur Er doberfläche mittels eines Fangwerkzeuges nicht vorgesehen
ist, weil der Druckpulserzeuger 6 und der Generator 7 keine in besonderem Maße wertvolle Bauteile darstellen,
können nichtsdestoweniger neben dem obersten Geräteabschnitt 5 auch weitere trennbare Abschnitte der Baueinheit,
wie der Druckpulserzeuger 6 und der Generator 7, oberseitig in geeigneter Weise jeweils mit einem Fangdorn
versehen sein, so daß auch solche Abschnitte der Baueinheit mittels des Fangwerkzeugs durch den Strömungskanal
3 des Bohrrohrstranges nach oben gezogen werden können.
Es ist auch möglich, die Baueinheit insgesamt oder zumindest ihren obersten Abschnitt 5 mittels einer geeigneten
bzw.. an sich bekannten Rohr hängevorrichtung
im Bohrrohrsträng lösbar abzustützen, was das Aufziehen
und Wiedereinsetzen der Baueinheit bzw. einzelner Abschnitte derselben ermöglicht. Für Bypassleitungen, die
die Verbindungskanäle 17 definieren, ist dabei eine lösbare Kupplungseinrichtung für ihre Abtrennung vom Bohrrohrstrang
2 vorzusehen, damit der den Druckpulserzeuger 6 umfassenden Teil der Baueinheit heraufgezogen und
wieder eingesetzt werden kann. Im übrigen können ferner für eine funktionsgerechte Vereinigung oder Wiedervereinigung lösbar im Bohrrohrstrang 2 abgestützter Abschnitte
der Baueinheit geeignete Zentrierglieder bzw. Orientierungseinrichtungen für deren selbsttätige
Kupplung und/oder Ausrichtung beim Absenken mittels des Fangwerkzeuges zur Vereinigung mit einem nächstunteren
Abschnitt der Baueinheit vorgesehen sein.
Die Zeichnung zeigt bei 13 eine solche Orientierungseinrichtung, die die Ausrichtung der Geräte zur Datenermittlung
im Abschnitt 5 der Baueinheit bezüglich ihrer winkelmäßigen Orientierung im Bohrstrang beim Absenken
der Teileinheit zwangsweise vornimmt und fixiert.
Die Orientierungseinrichtung 13 besteht aus einer auf
8
dem Gehäuse/außenseitig befestigten Nase 13a, die in
dem Gehäuse/außenseitig befestigten Nase 13a, die in
W1 at-' ■»
- 13 -
eine Nut 14a einer auf der Innenfläche eines die Teileinheit 5 umgebenden Rohrkörpers 19 angebrachten Hülse
14 eingreift.-Die Nut 14a verjüngt sich dabei trichterförmig nach unten.
Der Rohrkörper 19, der den obersten Geräteabschnitt 5
der Baueinheit mit den Me.ßelementen und den elektrischen und/oder elektronischen Hilfsmitteln umgibt, ist bei dem
dargestellten Beispiel von einem gesonderten Rohrkörper aus antimagnetischem Werkstoff, z.B. Stahl, gebildet, der
einen Teil des Bohrrohrstranges 2 darstellt. Der Rohrkörper 19 ist mit einem nächstunteren Rohrkörper 20 des
Bohrrohrstranges 2 durch eine Gewindeverbindung 21 seiner Gewindehülse 22 mit dem Gewindezapfen 23 des Rohrkörpers
20 verbunden, der wiederum mit seiner unteren Gewindehülse 24 mit einem oberen Gewindezapfen 25 des Bohrmeißels
1 verschraubt ist.
Tritt bei dem dargestellten Beispiel ein Festsetzen des Bohrmeißels 1 im Bohrloch in dem Mäße auf, daß ein Lösen
durch Drehen und schlagartige Axialkräfte nicht mehr möglich ist, so wird zunächst mittels des Fangwerkzeugs
unter Angreifen am Fangdorn 15 der Geräteabschnitt 5 mit dem Meßelementen und den elektrischen und/oder
elektronischen Hilfsmitteln wegen ihres beträchtlichen Wertes nach oben gezogen, wobei sich die elektrische Verbindung
10 unter der am Gehäuse 8 des Geräteabschnittes
5 angreifenden aufwärts gerichteten Axialkraft selbsttätig löst, so daß der Abschnitt 5 ungehindert durch den
Strömungskanal 3 des Bohrrohrstanges 2 gezogen werden kann. Der Bereich der Gewindeverbindung 21 ist danach
freigelegt, so daß eine Sprengladung von der Erdoberfläche her durch den Strömungskanal 3 des Bohrrohrstranges
2 abgelassen und in der Nähe der Gewindeverbindung 21, die unter Vorspannung im Öffnungssinne bringbar
ist, unter dem Rohrkörper 19 angebracht werden kann, um bei Zündung eine Wirkung im Öffnungssinne der Gewindeverbindung
21 zu entfalten. Danach kann der oberhalb der mit Hilfe der Sprengladung gelösten Gewindeverbindung
21 liegende Teil des BohrrohrStrangs völlig vom Gewindezapfen 23 des unter-sten Rohrkörpers 20 gelöst
und mit dem Rohrkörper 19 aus antimagnetischem Werkstoff durch das Bohrloch nach oben gezogen werden. Auf
diese Weise wird wertvolles Bohrrohr- bzw. Schwerstangenmaterial gerettet.
Der Fangdorn 15 besteht bei dem dargestellten Beispiel aus einem radial mehrfach segmentierten Formkörper, wobei
jedes Segment 26 über eine nach außen drückende Blattfeder 27 mit einem sich nach oben verjüngenden Gehäuseteil
28 der Teileinheit 5 verbunden ist. In der eingeschobenen Position der Teileinheit rasten Stirnflächen
29 des segmentierten Formkörpers hinter einer in den Rohrkörper 19 eingeschobenen Hülse 30, die durch
den darüber eingeschraubten Rohrkörper des Bohrrohr-
Strangs 2 fixiert ist, ein. Zum Herausziehen der Teileinheit
5 wird ein rotationssymmetrisches Fangwerkzeug herabgelassen, das beim Gleiten über angefaste Flächen
31 der Segmente 26 des Formkörpers diese nach innen drückt und hinter die Stirnfläche!eines Rücksprunges 32
der Segmente 26 greift. Dabei wird die Anlage der Stirnflächen 29 des segmentierten Formkörpers gegen die Hülse
30 aufgehoben und die Teileinheit 5 kann gezogen werden.
Beim Einschieben der Teileinheit 5 mittels des Fangwerkzeuges bewirken angefaste Flächen 33 und 34 an der
Hülse 30 und an den Segmenten 26 eine Kontraktion des durch die Verengung geschobenen Fangdorns 15. In der
Endstellung erfolgt dann die gezeigte Fixierung durch selbsttätiges Spreizen der Segmente 26 nach außen. Das
Fangwerkzeug kommt dabei frei und wird nach oben gezogen.
Leerseite
Claims (14)
1. Vorrichtung zur Fernübertragung von Informationen aus
einem Bohrloch zur Erdoberfläche während des Betriebs eines Bohrgerätes, das- einen Drehbohrmeißel, einen Bohrrohrstrang und eine Spülflüssigkeit im Strömungskanal' des Bohrrohrstranges abwärts-, durch den Drehbohrmeißel hindurch- und im den Bohrrohrstrang umgebenden Ringraum des Bohrlochs aufwärtsfördernde Pumpe umfaßt,
bestehend aus im Bohrrohrstrang angeordneten Geräten zur Ermittlung gewünschter Informationsdaten, zum Umwandeln der Informationsdaten in eine Folge elektrischer Steuersignale, zum Erzeugen von Druckpulsen in der abwärts gerichteten Strömung der Spülflüssigkeit in Abhängigkeit von den Steuersignalen und zum Erzeugen benötigter elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräte Teil einer koaxial innerhalb des Strömungskanals (3) des Bohrrohrstranges (2) abgestützten, von Spülflüssigkeit umströmbaren Baueinheit
bilden und in übereinander angeordneten, gesonderten axialen Ab-
einem Bohrloch zur Erdoberfläche während des Betriebs eines Bohrgerätes, das- einen Drehbohrmeißel, einen Bohrrohrstrang und eine Spülflüssigkeit im Strömungskanal' des Bohrrohrstranges abwärts-, durch den Drehbohrmeißel hindurch- und im den Bohrrohrstrang umgebenden Ringraum des Bohrlochs aufwärtsfördernde Pumpe umfaßt,
bestehend aus im Bohrrohrstrang angeordneten Geräten zur Ermittlung gewünschter Informationsdaten, zum Umwandeln der Informationsdaten in eine Folge elektrischer Steuersignale, zum Erzeugen von Druckpulsen in der abwärts gerichteten Strömung der Spülflüssigkeit in Abhängigkeit von den Steuersignalen und zum Erzeugen benötigter elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräte Teil einer koaxial innerhalb des Strömungskanals (3) des Bohrrohrstranges (2) abgestützten, von Spülflüssigkeit umströmbaren Baueinheit
bilden und in übereinander angeordneten, gesonderten axialen Ab-
schnitten (5,6,7) der Baueinheit gruppiert sind und daß zumindest der ober—ste Abschnitt (5) der Baueinheit als
selbständige Teileinheit ausgebildet und mittels eines von der Erdoberfläche betätigbaren Fangwerkzeugs vom
Rest der Baueinheit abtrennbar und durch den Strömungskanal des Bohrrohrstranges zur Erdoberfläche heraufziehbar
ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein als selbständige Teileinheit ausgebildeter Abschnitt (z.B. 5) der Baueinheit mittels des
Fangwerkzeuges vom Rest der Baueinheit nicht nur abtrenn- und heraufziehbar, sondern auch absenk- und mit dem Rest
der Baueinheit funktionsgerecht vereinigbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im obersten Abschnitt (5) der Baueinheit
sämtliche Geräte zur Ermittlung von Informationsdateri und zur Umwandluig der Daten in Steuersignale einschließlich
aller zugehörigen elektrischen und/oder elektronischen Hilfsmittel zusammengefaßt sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß in Höhe der Trennfuge (11) für den obersten Abschnitt (5) der Baueinheit eine ihrerseits axial trennbare
elektrische Signalübertragungsverbindung (10) vorge-
- 3 sehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oberste Abschnitt (5)
der Baueinheit in einem gesonderten Gehäuse (8) unter-gebracht ist, welches trennbar mit einem Gehäuse (9) oder
'Gehäuseteil des nächstunteren Abschnittes (6) der Baueinheit verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein bei Verbindung der Gehäuse (8,9) eingeschlossener
Raum durch zum Druckausgleich dienende Verbindungswege (34') mit dem Strömungskanal (3) verbunden
ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der oberste Abschnitt (5) der
Baueinheit an seinem oberen Ende mit einem Fangdorn (15) für das Fangwerkzeug versehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der oberste Abschnitt (5) und
weitere trennbare Abschnitte der Baueinheit oberseitig jeweils mit einem Fangdorn für das Fangwerkzeug versehen
sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß-die Baueinheit insgesamt ode
zumindest ihr oberster Abschnitt mittels einer Rohrhängevorrichtung im Bohrrohrstrang lösbar abgestützt ist
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit im Bereich de Druckpulserzeugers (6) mit zumindest einer den Strömungs kanal (3) des Bohrrohrstranges (2) mit dem Ringraum zwischen diesem und dem Bohrloch verbundenen Bypassleitung
versehen ist und daß für eine abtrennbare, heraufziehbare Abstützung des den Druckpulserzeuger umfassenden
Teils der Baueinheit eine lösbare Kupplungseinrichtung
der Bypassleitung für deren Abtrennen vom Bohrrohrstrang vorgesehen ist.
dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit im Bereich de Druckpulserzeugers (6) mit zumindest einer den Strömungs kanal (3) des Bohrrohrstranges (2) mit dem Ringraum zwischen diesem und dem Bohrloch verbundenen Bypassleitung
versehen ist und daß für eine abtrennbare, heraufziehbare Abstützung des den Druckpulserzeuger umfassenden
Teils der Baueinheit eine lösbare Kupplungseinrichtung
der Bypassleitung für deren Abtrennen vom Bohrrohrstrang vorgesehen ist.
11· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der oberste Abschnitt (5) der Baueinheit von einem einen Teil des Bohrrohrstranges
(2) bildenden Rohrkörper (19) aus antimagnetischem Werkstoff umgeben ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (19) aus antimagnetische
Werkstoff mit dem nächstunteren Rohrkörper (20) des Bohrrohrstranges (2) mittels einer unter Vorspannung im
Öffnungssinne bringbaren Gewindeverbindung (21) verbunder ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich der Gewindeverbindung (21) zwischen dem Rohrkörper (19) aus antimagnetischem Werkstoff
und dem nächstunteren Rohrkörper (20) des Bohrrohr
stranges (2) eine im Öffnungssinne der Gewindeverbindung (21) wirkende Sprengladung anbring- und zündbar ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche
2 bis 13, gekennzeichnet durch Orientier- und Zentriereinrichtungen
(13) der trennbaren Abschnitte der Baueinheil:' für deren selbsttätige Kupplung bei einem Absenken·
mittels des Fangwerkzeuges zur funktionsgerechten Vereinigung mit einem nächstunteren Abschnitt der Baueinheit.
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