DE3208468A1

DE3208468A1 - Verfahren und vorrichtung, um mit hilfe von spezialwerkzeugen operationen wie messungen in stark gegen die vertikale geneigten oder horizontalen bohrlochteilen vorzunehmen

Info

Publication number: DE3208468A1
Application number: DE19823208468
Authority: DE
Inventors: Christian 92500 Rueil-Malmaison Wittrisch
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1981-03-13
Filing date: 1982-03-09
Publication date: 1982-09-23
Also published as: GB2150959A; DE3249892C2; IT8219958A0; GB2094865A; NL187650B; JPS6160233B2; DE3208468C2; NL8201011A; NL187650C; GB2094865B; NO820764L; JPS57169195A; IT1150245B; NO161579B; US4457370B1; FR2501777A1; FR2501777B1; US4457370A; GB8501950D0; BE892394A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Vornahme von Maßnahmen, insbesondere Messungen, in Teilen oder Bereichen von Bohrlöchern, die stark gegen die Vertikale oder Horizontale geneigt sind

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um in Teilen oder Bereichen von Bohrlöchern, an denen sich Hin! onkungcn befinden, die stark gegen die Vertikale oder Horizontale geneigt sind, Operationen wie Messungen mit Hilfe von Spezialwerkzeugen vorzunehmen.

Nach dem Stand der Technik sind die spezialisierten Werkzeuge zur Vornahme von Operationen wie beispielsweise Messungen, am Ende eines Trägerkabels befestigt und bewegen oder verschieben sich unter der Wirkung der Schwerkraft ohne große Schwierigkeit, solange die Neigung des aufgebohrten Bohrloches bezogen auf die Vertikale 45 etwa nicht überschreitet. Über diese Grenze hinaus ist die Bewegung oder Verseil Lebung der Werkzeuge nur dann möglich, wenn man das Profil und die Durchmesseränderungen des Bohrlochs kennt, und wenn man Werkzeuge verminderter Abmessungen benutzt.

Pur stark geneigte Bohrlöcher wurde in der US-Patentschrift' 4 168 747 bereits vorgeschlagen, in das Bohrloch eine flexible Leitung einzubringen, die an ihrem Ende mit einem Kopf versehen war, der Fluidstrahlen erzeugte, welche den Vorschub der flexiblen Leitung im Bohrloch begünstigten. Das Werkzeug wird in die flexible Leitung eingeführt, seine Verschiebung infolge Pumpens des das Bohrloch und die flexible Leitung füllenden Fluids sichergestellt. Das Werkzeug, das dauernd' im Innern der flexiblen Leitung gehalten

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wird, ist somit notwendigerweise von der Bauart, dessen Funktion nicht durch das Vorhandensein der flexiblen Leitung gestört wird, beispielsweise eine Neutronensonde oder ein X"-Meßgerät für die Bodencharakteristiken.

Eine solche Lösung bringt jedoch zahlreiche Nachteile mit sich. Sie ist nicht nur nicht für sämtliche Werkzeuge, die man in das Bohrloch einführen kann, anwendbar, wie beispielsweise mit elektrischer oder elektromagnetischer Messung; sie zeigt sich auch langwierig in der Realisierung. Darüber hinaus ist durch die unvermeidliche Reibung der flexiblen Leitung gegen die Bohrlochwandung, insbesondere in den stark geneigten Teilen,die Notwendigkeit zu deren Weiterbewegung von sehr starken Strahlen gegeben, welche lokal die Bohrlochwandung zerstören. Eine solche Vorrichtung ist also nur dann einsetzbar, wenn man Werkzeuge in stark geneigten Teilen, die große Länge haben, einsetzen will oder wenn man sie in praktisch horizontalen Abschnitten des Bohrlochs einsetzen will.

Ebenfalls bekannt ist es, ein Werkzeug, beispielsweise eine Meßsonde, an das Ende einer praktisch steifen llohlstango zu befestigen, um deren Bewegung unter der Wirkung eines auf die Stange ausgeübten Schubs sicherzustellen.

Die Nachteile dieser Lösung sind in.der Tatsache zu sehen, daß die am Ende der Stange angeordneten Werkzeuge gegen die Wandung des Bohrlochs reiben und zerstört werden können. Andererseits sind diese Werkzeuge mit der Oberfläche über ein Kabel zur Transmission von Steuer- und Meßsignalen verknüpft, welches sich in der Bohrung der Hohlstange befindet, was die Vorgänge bei der Montage der stirnseitig verschraubten, die Bohrstange bildenden lilementc als

kompliziert darstellt.

Um diesen letztgenannten Nachteil zu begrenzen, kann man eine Vorbindung mit seitlichem fenster verwenden, die allgemein unter dem angelsächsischen Ausdruck "Side Entry Sub" bekannt ist und beispielsweise in der US-Patentschrift 4 062 551 beschrieben ist.

Verschrauben und Losschrauben der Abschnitte der oberhalb dieser SpezialVerbindung befindlichen Stange wird aufgrund der Tatsache erleichtert, daß oberhalb dieser Verbindung das Kabel sich außerhalb der Hohlstange befindet. Nichtsdestoweniger besteht der erwähnte Nachteil für den Teil der Stange zwischen dieser SpezialVerbindung und dem Werkzeug weiter. Darüber hinaus müssen Vorkehrungen ge-ΙτοΓΓοη werden, um ein Verklemmen des Kabels aufgrund der Tatsache zn vermeiden, daß oberhalb dieser Spezialverbindung das Kabel sich im Ringraum befindet, der zwischen Hohlstange und Bohrlochwandung begrenzt ist. Der Ort dieser Spezial· Verbindung auf der Hohlstange ist vorzugsweise derart gewählt, daß bei der Bewegung der Stange diese Verbindung im vertikalen Teil der Bohrlochwandung verbleibt.

Die US-Patentschrift 4 039 237 beschreibt eine Bohrvorrichtung, in welcher man die Bohrkolonne infolge Schwerkraft absenkt, wobei ein Kabel an seinem unteren Teil einen Anschluß trägt, der die Verbindung zu einem elektrischen Bodenmotor herstellt.

libciifalls bekannt durch die US-Patentschrift 3 9 76 347 und 4 126 848 sind elektrische Verbinder, die so ausgebildet sind, daß sie sich in eine Bohrkolonne am unteren Ende eines Kabels absenken lassen, um mit am Boden angeordneten Hinrichtungen verbunden zu werden.

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Solche Vorrichtungen sind nicht brauchbar, wenn man Operationen in stark umgelenkten Bohrlöchern vornehmen will.

Aufgabe der Erfindung ist das Angeben eines Verfahrens und einer Vorrichtung, bei denen die vorgenannten Nachteile; nicht auftreten und durch die es möglich werden soll, Operationen mit Hilfe von SpezialWerkzeugen in Abschnitten des Bohrlochs vorzunehmen, die stark bezüglich der Vertikalen geneigt sind und die sogar horizontal sein können.

Nach der Erfindung wendet man ein Verfahren zur Durchführung der Diagraphie-Operationen oder für Eingriffe in einer bestimmten Zone eines Bohrlochs an, das, ausgehend von der Erdoberfläche, einen im wesentlichen vertikalen oder etwas geneigten Anfangsteil besitzt, wobei sich hieran ein geneigter oder horizontaler Teil anschließt, und wobei diese bestimmte Zone hinter dem Anfangsteil des Bohrlochs sich befindet. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:

- Man befestigt einen Werkzeugkörper für Diagraphie oder Eingriff am unteren Teil einer ersten Stange einer ßoh.rkolonne, wobei dieser Werkzeugkörper elektrisch mit einem ersten elektrischen Verbinder verbunden ist, der fest mit der ersten Stange ist und von deren oberen Teil aus zugänglich ist,

- man montiert die Bohrkolonne, indem man stirnseitig neue Bohrstangen oberhalb der ersten Stange montiert und man . läßt progressiv in das Bohrloch die Anordnung bestehend aus Werkzeugkörper und Bohrkolonne ab, und zwar im Ausmaß wie letztere montiert wird,

- man führt in die Bohrkolonne, ausgehend von der Hrdoberflache, einen zweiten elektrischen Verbinder ein, der in flüssigem Medium auf den ersten Verbinder steckbar ist, wobei der zweite Verbinder mechanisch am unteren linde

eines elektrischen Transmissionskabels befestigt ist und elektrisch mit der Oberfläche über dieses Kabel verbunden ist. Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß man in die Bohrkolonne diesen zweiten am Kabel befestigten und beschwerten Verbinder absenkt, wenn der Werkzeugkörper im wesentlichen diese bestimmte Zone des Bohrlochs erreicht, indem man das Kabel durch ein Dichtungsorgan gleiten läßt, das man an der Bohrkolonne an der Oberfläche befestigt. Man bewegt oder verschiebt den zweiten Verbinder durch diesen geneigten oder horizontalen Teil der Bohrkolonne durch Pumpen eines Fluids durch die Bohrkolonne, ausgehend von der Oberfläche aus, bis dieser zweite elektrische Verbinder sich mit dem ersten Verbinder verbindet. Man positioniert dann den Werkzeugkörper in dieser bestimmten Bohrlochzone und nimmt die Diagraphie oder den Eingriff in dieser Zone vor.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform löst man in dieser ersten Stange einen.Druckimpuls aus, wenn der zweite Verbinder in die Nähe dieses ersten Verbinders kommt, um eine Annäherungs· kraft zu erzeugen, die zur Verbindung der beiden Verbinder ausreicht.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführungvon Operationen der Diagraphie oder des Eingriffs mil Hilfe eines Spezialwerkzeuge in einer bestimmten Zone eines Bohrlochs und umfaßt in Kombination eine steife Ilohlstange, an deren Ende das Werkzeug befestigt ist; ein erster elektrischer Verbinder ist mit dem Werkzeug verbunden; eine Bohrkolonne ist mit dem oberen Teil der steifen Stange verbunden; ein .elektrisches Kabel ist am Ende eines zweiten elektrischen Verbinders, der komplementär zum ersten Verbinder ist., vorgesehen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Bohrkolonne in ihrem oberen Teil ein Dichtungs- ·

organ aufweist, durch das das Kabel gleiten kann und daß der zweite Verbinder besehwert und mit Organen versehen ist, die für seine Bewegung unter dem Einfluß des Drucks eines Fluids im Innern der Bohrkolonrie sorgen.

Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung Einrichtungen zur Relativpositionierung des ersten und zweiten Verbinders und verfügt in Kombination über ein konisches Auflager für den zweiten Verbinder, das mit einer entsprechenden Schulter zusammenwirkt, die auf der Innenwandung dieser steifen Stange vorgesehen ist. Außerdem ist ein System zum Verhaken der beiden Verbinder vorgesehen, wodurch ein oberes Drucklager oberhalb des konischen Auflagers und seiner Schulter gebildet wird.

Zweckmäßig umfassen die für die Bewegung des zweiten Verbinders sorgenden Organe Ringschalen, auf welche der Druck des Fluids wirkt, wobei diese Ringschalen einen Durchmesser, der kleiner als der Innendurchmesser der Bohrkolonne ist, aufweisen. Eine röhrenförmige Hülse, die örtlich den Innendurchmesser vermindert, derart, daß ein Auslöseimpuls erzeugt wird, ist in dieser steifen Stange auf einer Höhe angeordnet, die geringfügig höher liegt als diejenige, welche diese Ringschalen in Verbindungsstellung der beiden Verbindex- einnehmen.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nunmehr mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigen in

Fig. 1 ein am Ende einer steifen Bohrstange befestigtes Werkzeug;

Fig. 2 bis 6 die Verwirklichung der Maßnahme nach der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 und 8 die Zentrierung des Werkzeugs und seines Gehäuses im Bohrloch;

Fig. 9 das Ausführungsbeispiel eines Werkzeugs, das direkt am Ende einer steifen Bohrkolonne befestigt ist;

Fig. 1OA schematisch eine Ausführungsform der Erfin- und 10ß dung unter Verwendung eines Werkzeugs, das

durch Fernsteuerung von seinem. Lager freikommen

kann;

Fig. 11A jeweils den oberen Teil und den unteren Teil und 11B der durch die Schwerstange und den elektrischen weiblichen Verbinder gebildeten Anrodnung in Verbindungsstellung mit dem männlichen Verbinder und

Fig. 12 einen Eingriffsring nach dem Abscheren.

Das schematisch bei 1 in Fig. 1 gezeigte Werkzeug ist mechanisch durch ein Gehäuse 2 geschützt. Die so gebildete Anordnung ist am Ende einer steifen röhrenförmigen Stange 3 · befestigt, die aus stirnseitig verschraubten Elementen aufgebaut ist. Eines der Elemente 4 eines elektrischen Verbinders, der dicht einsteckbar oder kuppelbar ist, ist mit dem Werkzeug 1 verbunden. .

Der Ausdruck "Werkzeug" wird hier benutzt, um irgendeine Vorrichtung oder ein Organ zu bezeichnen, das man in ein

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Bohrloch, einführen muß, um Vorgänge wie das Bestimmen wenigstens einer Charakteristik des Erdbodensdurchzuführen (spezifischer Widerstand, akustische Impedanz, Messung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls Ln den Formationen, natürliche Emission von ^'-Strahlen, Absorptionsverhältnisse gewisser Strahlen etc.)» Kontrollen der Zementierung einer Verrohrung im Bohrloch, Kontrollen zur Lokalisierung der Verbindungen zwischen den die Verrohrung bildenden Elementen, Kontrollen für die genaue Orientierung des Bohrlochs oder Operationen wie die Perforation einer Verrohrung, die Entnahme von festen Proben an der Bohrlochwandung, die Entnahme von flüssigen Proben im Bohrloch oder auch Pendagemetrie-Messungen, wobei die Liste dieser Operationen auf keinen Fall als begrenzend anzusehen ist.

Selbstverständlich wird die Form des Gehäuses 2 vom Techniker ,als Funktion des verwendeten Werkzeugs bestimmt und kann darüber hinaus einen thermischen Schutz des Werkzeugs sicherstellen, indem man ein Fluid wie beispielsweise den im allgemeinen das Bohrloch füllenden Bohrschlamm in Zirkulation versetzt. Nach der Ausführungsform der Fig. 9 fließt dieses Fluid über öffnungen 3c, die im Anschluß 3d ausgespart sind, welcher den elektrischen Stecker 4 umgibt.

Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, die Werkzeuganordnung 1 mit ihrem Schutzgehäuse 2 am Ende einer Bohrkolonne oder einer Hohlstange 3 zu befestigen, ohne deswegen das Werkzeug an ein Energie- und/oder In format ionstrijnsmi ss ions· kabel befestigen zu müssen. So befindet sich das Werkzeug in einem inerten Zustand, wo nicht die Gefahr besteht, daß es ungewollt durch Falschbetätigung oder durch Störsignale ausgelöst wird. Dies stellt eine Sicherheit insbesondere für Werkzeuge dar, welche Explosivlädungen tragen und die erst dann in Aktion treten sollen wenn das Werkzeug sich an einem

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bestimmten Ort des Bohrlochs befindet. Man sieht darüber hinaus, daß bei Fehlen des Transmissionskabels die Manipulation der stirnseitig verbundenen, die Kolonne 3 bildenden Elemente erleichtert wird.

Vermittels der Kolonne 3 wird das durch sein Gehäuse 2 geschützte Werkzeug 1 in das Bohrloch (Fig. 2) eingeführt und bis in die gewünschte Stellung verschoben, bei der es· sich um die exakte Stellung, in der das Werkzeug arbeiten soll für den Fall eines Werkzeugs handelt, das nur eine punktuelle Operation durchführt, oder wobei es sich um das von der Oberfläche um den Teil einer Länge A am weitesten entfernte Ende handelt, längs dessen das Werkzeug (Fig. 6) arbeiten soll. Die Länge des Teiles A ist vorzugsweise gleich der Länge des Teiles L des Bohrlochs, das im allgemeinen vertikal ist und sich von der Oberfläche aus erstreckt,

Zur Verbindung des Werkzeugs mit einem Energie- und/oder Informationskabel verwendet man eine elektrische Verbindung, die in einem flüssigen Medium einsteckbar ist. Diese Verbindung kann von an sich bekannter Art sein, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 4 039 242 beschrieben ist.

Diese Verbindung besteht im allgemeinen aus einer Kupplung und einem Stecker, die komplementär zueinander sind und durch Annäherung einsteckbar sind. Ein Teil hiervon, beispielsweise der Stecker 4 ist mit dem Werkzeug verbunden; der andere Teil hiervon (die Kupplung S; frz. Steckeraufnahme 5) ist am Ende eines Transmissionskabels 6 befestigt.

Ist das Werkzeug im Bohrloch, wie vorher angegeben, eingesetzt, so führt man in die Hohlstange 3 die Kupplung 5 sowie das Kabel 6 (Fig. 3) ein. Ein Schwerelement oder eine Be-

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lastungsstange 7 ist über der Kupplung 5 vorgesehen und erleichtert deren Vorschub iij der Kolonne 3 unter dem Einfluß der Schwerkraft. Dann wird durch Pumpen des Fluids in der Kolonne 3'die Kupplung 5 verschoben, bis ihre Vorbindung mit dem Stecker 4 wirksam wird. Diese Verbindung läßt sieh leicht, beispielsweise mittels Kontakten, kontrollieren, welche einen elektrischen Kreis schließen, wenn der Stecker 4 sich in der Kupplung 5 in korrekter Position befindet. Eine Verriegelungsvorrichtung an sich bekannter Art hält Stecker und Kupplung in ihrer montierten Lage.

Für den Fall, daß das Werkzeug nur an einem bestimmten Ort des Bohrlochs? arbeiten soll, lassen sich das Einführen der Kupplung 5 sowj^öf^des Kabels 6 in die Kolonne 3 sowie der Vorgang des Pumpens dank der Verwendung eines Blocks zum · Verschluß ⁷des Bohrlochs (B.Q.P) realisieren, der auf dem Gebiet des Bohrens be-Kannt und in Fig. 4 bei 8 schematisiert dargestellt ist. Dieser B.O.P. umfaßt Backen 9 und 10, die radial verschiebbar sind und die die Dichtheit um das Kabel 6 aufrechterhalten. Die Fluidzirkulation wird durch eine Pumpe 11 sichergestellt, ,die über einen Schieber bzw. ein Ventil 12 mit dem Inneren der steifen Kolonne 3 in Verbindung steht. ■ .

Für den Fall, daß das Werkzeug längs eines Tei4s -des Bohrlochs arbeiten soll, wird das Kabel vorzugsweise in die Bohrkolonne 3 über die öffnung eines Spezialanschlusses 13 mit seitlichem Fenster, allgemein als^rSide entry sub" bezeichnet, eingeführt. Dieser Anschluß wird am Kopf der Kolonne 3, wie Fig. 5 erkennen läßt, in dem Augenblick befestigt, in dem die Sonde in die zu explorierende Zone (Fig. 2) eintritt, lir ist vorzugsweise mit Spanneinrichtungen für das Kabel versehen, die es ermöglichen, dieses in ilöliu du·-·. Λιι:α h ι ii-»>n··.

festzusetzen, nachdem Stecker 4 und Kupplung 5 verbunden worden sind.

Sobald einmal die elektrische Verbindung des Werkzeugs über die einsteckbaren Verbindungselemente 4-5 hergestellt ist, wird die Bewegung des Werkzeugs 1 bis zum Ende der zu explorierenden Zone sichergestellt, indem man steife Elemente oberhalb des Anschlusses 13 (Fig. 6) über eine Länge L zusätzlich vorsieht, die gleich der Länge A der zu explorierenden Zone ist.

Gegebenenfalls, wie Fig. 5A erkennen läßt, sorgen an der steifen Kolonne feste Zentriereinrichtungen 3a aus Gummi für die Führung des Kabels 6 über ein Stück längs der Bohrkolonne 3 oberhalb des Anschlusses mit seitlichem Fenster 13.

Diese Zentriereinrichtungen können von an sich bekannter Art sein, insbesondere vom Typ, wie sie von der Firma Weatherford-Stabilia unter der Bezeichnung "Control line¹¹ im Handel vertrieben werden. .

Durch Fernsteuerung wird das Werkzeug 1 über das Transmissionskabel in Betrieb gesetzt; man erhält diesen Betrieb auf dem Teil A des Bohrlochs, indem man progressiv die Betätigungskolonne 3 hebt. Dieser Hubvorgang für die Kolonne 3 wird aufgrund der Tatsache erleichtert, daß das Kabel an der Oberfläche sich außerhalb der Kolonne 3 befindet, was ein Abschrauben der röhrenförmigen Elemente von der Kolonne erleichtert.

Der Anschluß 13 kann von an sich bekannter Art, insbesondere von dem in der US-Patentschrift 4 062 551 beschriebenen Typ sein.

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Bei der Verwendung erfordern gewisse Werkzeuge- eine korrekte Zentrierung im Bohrloch. Man kann dies durch auf dem Gehäuse 2 und gegebenenfalls auf der Kolonne 3 befestigte Zentrierorgane 14 erreichen, wie schematisch Fig. 7.erkennen läßt. Diese Zentrierorgane sind beispielsweise vom Typ mit Blattfedern, die auf dem Gebiet des Erdbohrens an sich bekannt sind. Andere Bauarten von Zentrierorganen können auch verwendet werden, beispielsweise Zentrierorgane aus Gummi mit Schlammdurchgang.

Nach einer in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform sind das Werkzeug 1 und sein Gehäuse mit dem Ende der steifen Kolonne 3 über einen Teil eines verformbaren Rohres 1b verbunden, der beispielsweise aus röhrenförmigen, bezüglich einander gelenkigen Ringen oder Ringscheiben besteht. Solche Teile der verformbaren Stange sind im Handel beispielsweise von der Firma Arco Drilling unter der Bezeichnung "Knuckle Joint" erhältlich.

In diesem Fall ist allein das Gehiiusc 2 mit Zeritrierorgam>n 14 versehen, die das Werkzeug im wesentlichen in der Achse des Bohrloches halten.

Um unter günstigen Bedingungen zu arbeiten, erfordern gewisse Werkzeuge es, daß sie von ihrem Schutzgehäuse 2 freigegeben werden. Dies ist beispielsweise bei elektrischen Meßsonden der Fall, die unter dem Namen Laterolog oder"dual" Laterolog, akustische Meßsonden etc. bekannt sind.

Das Werkzeug kann aus seinem Gehäuse durch irgendeine bekannte Einrichtung, beispielsweise einen fest mit dem Kolben verbundenen und im Gehäuse gleitenden Kolben freigegeben werden. Durch Einspritzen eines hydraulischen Fluids, bei-

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spielsweise des Schlamms, sorgt man für das Verschieben des Kolbens, wodurch vom Gehäuse der aktive Teil des Werkzeugs freigegeben wird oder das Werkzeug in sein Schutzgehäuse reintegriert wird.

Die Fig. 10A und 10B verdeutlichen schematisch eine Ausführungsform sowie deren Funktionsprinzip.

Nach dem in diesen Fig. dargestellten Ausführungsbeispiel bezeichnet das Bezugs zeichen 16 den aktiven Teil des Werkzeugs, der elektrisch mit dem männlichen Verbindungsstück über ein ausdehnbares elektrisches Kabel 17 verbunden ist, das fest an einem Kolben 18 ist, der im Innern des Gehäuses 2 gleitet. Das Gleiten der Anordnung 16-18 kann zwischen der eingezogenen Stellung des in Fig. 1OA dargestellten Organs 16 und seiner in Fig. 1OB dargestellten Lage erfolgen, in welcher der aktive Teil 16 des Werkzeugs vom Gehäuse 2 über dessen Ende unter dem Einfluß eines Überdrucks des Fluids freigegeben ist, das in das Bohrgestänge eingeführt wird, indem eine Rückstellfeder 16 zusammengedrückt wird. Der Kolben 18 ist mit einem Organ 20 verbunden, der für dessen Verriegelung in der einen oder der anderen seiner beiden CironzStellungen, sorgt, wobei ein Zusammenwirken mit Nuten 21 und 22, die in der Wand des Gehäuses 2 ausgearbeitet sind, sichergestellt ist. Im Kolben 18 sind Kanäle für die Bohrfluidströmung vorgesehen.

In der Stellung der Fig. 1OA tritt das Fluid über Öffnungen 24 aus, die am Ende des Gehäuses 2 vorgesehen sind, während seitliche Öffnungen 25 durch einen Ring oder eine Büchse verschlossen sind.

Bei Übergang des Kolbens in die in Fig. 1OB dargestellte Lage wird, dieser Ring 25 nach rechts durch den Kolben 18

zurückgestoßen, indem die Öffnungen 25 freigelegt werden, über die das Fluid ebenfalls entweichen kann (hieraus resultiert ein Druckabfall dieses Fluids, der es ermöglicht, an der Oberfläche nachzuweisen, daß das aktive Organ 16 seine Arbeitsstellung erreicht hat).

Gewisse Werkzeuge, wie beispielsweise die Werkzeuge mit Schuhen oder Schlitten vom Typ Dichtheit, Mikrawiderstand, Mikroakustik und gewisse Explosivladungsperforatoren erfordern, daß sie im Bohrloch orientiert werden, bevor sie in Funktion gesetzt werden, um deren Leistung zu verbessern. Darüber hinaus stellt die Orientierung des Werkzeugs eine Gegebenheit dar, die sich der der Messung überlagert. Die Kombination dieser beiden Informationen in stark abgelenkten und horizontalen Bohrlöchern verbessert die Interpretation der Ergebnisse.· Dies kann bei der Ermittlung von Frakturen der Formation sowie der Bestimmung der Zementierung der Verrohrung der Fall sein.

Hierzu kann das Gehäuse 2 ein Orientierungsdetektororgan, beispielsweise einen Beschleunigungsmesser oder einen Gyrokompass,enthalten.

Beispielsweise ermöglicht die Verwendung eines einzigen Beschleunigungsmessers, dessen Drehachse mit der des Werkzeugs zusammenfällt, es, eine vorher markierte Erzeugende des Werkzeugs in einer durch die Achse des Werkzeugs gehenden Vertikalebene zu plazieren.

Die kombinierte Verwendung von zwei Beschleunigungsmessern, deren Drehachsen senkrecht zueinander und zur Achse des Werkzeugs sind, ermöglicht es, den zwischen der Vertikalen und der Ebene gebildeten Winkel zu messen, welche die vorher markiert Erzeugende und die Sondenachse enthält.

So ermöglicht die Drehung der Stange 3, die man von der Oberfläche aus als Punktion der durch diese Organe gelieferten Angaben erhält, korrekt das Werkzeug im Bohrloch zu positionieren.

Modifikationen können im Rahmen der Erfindung, wie insbesondere Fig. 9 zeigt, vorgenommen werden.

Für gewisse Werkzeuge beispielsweise, z. B. ein Werkzeug zum Entnehmen von Flüssigkeitsproben in dem Bohrloch oder ein Werkzeug zur Perforierung einer an der Bohrlochwandung befestigten Verrohrung, wobei dieses Werkzeug von der Bauart "Kanone" scallop ist, kann das Gehäuse in das Werkzeug selbst integriert sein oder fortfallen. In diesem Fall würde das Werkzeug direkt an das Ende der Kolonne 3 mittels eines Zwischenanschlusses 3b befestigt, der vorzugsweise mit Öffnungen 3c für den Durchgang des Fluids versehen ist.

Die Fig. 1ΊΑ und 11B zeigen jeweils den oberen Teil und den unteren Teil der Anordnung, bestehend aus der Schwerstange 7 und dem weiblichen Verbindungsstück 5, in Verbindungsstellung dieser Anordnung mit dem männlichen Verbindungsstück 4, das an der Basis des Bohrkolonnenstrangs 3 oberhalb des Werkzeugs 1 gelagert ist. Die Pfeile zeigen die Strömung des von der Oberfläche eingespritzten Fluids, welches über die Öffnungen 3c oberhalb des Gehäuses 2 (Fig. 11B) oder des Werkzeugs 1 (Fig. 9) entweicht.

Ein Anschluß 26 sorgt für die elektrische Verbindung der Leiter 27 des Kabels 6 mit dem weiblichen Verbindungsstück

Die Anordnung 5-7, die mechanisch mit dem Anschluß 26 verknüpft ist, umfaßt zwei Zentrierungsorgane 7a und 7b und eine Muffe 28, welche Ringkapseln oder -schalen 29 (bei-

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spielsweise aus Elastomeren) von einem Durchmesser trägt, der kleiner als der Innendurchmesser des Bohrgestänges 3 ist, die eine Anordnung von Kolben bilden, welche den Vortrieb der Anordnung 5-7 durch das Fluid unter dem Druck in die geneigten Teile des Bohrlochs urmöglichon.

Eine rigorose und zuverlässige Positionierung des weiblichen Verbindungsstücks 5 auf dem männlichen Verbindungsstück wird sichergestellt, indem man kombiniert

1. ein konisches Auflager 30 des weiblichen Verbindungsstücks, das mit einem entsprechenden Drucklager 31 zusammenwirkt, das auf der Innenwandung des Elements des Bohrgestänges in welchem sich die Kupplung 5 lagert, geführt ist,

2. ein Verhakungssystem oberhalb der Anordnung 30-31, wobei

dieses System vorzugsweise wenigstens eine abscherbare Ringscheibe 33 aufweist, die fest mit der Kupplung 5 verbunden ist und über eine Vielzahl von Fingern odor.elastischen. Verhakungs- und Halteblättern 32 verfügt, die im Innern des Elements des Bohrgestänges ausgebildet sind, und die fest bezüglich dieses Elementes sind (im Ausführungsbeispiel sind drei Blätter, die um 120° voneinander getrennt sind,

vorgeseher.,).
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Hat der Verhakungsring 33 unter die Halteflächen 32a der Finger 32 infolge eines Auslöseimpulses gegriffen, der durch den Druck des Fluids erzeugt wurde (wie dieser Impuls erzeugt wurde, wird weiter unten dargelegt) befindet sich der Kupplungsteil 5 rigoros positioniert zwischen einem unterem Auflager 31 (dessen Niveau einer elektrischen vollkommenen Verbindung zwischen den lilenionien 4 und !> entspricht) und dem oberen Auflager, das durch die Haltoflachen 32a und die Finger gebildet wird.

Übt man auf das Kabel 6 von der Oberfläche aus einen mäßigen Zug aus (von einem Wert, der geringer ist als der, der für das

Durchscheren des Rings 33 sorgt), so kann man feststellen, daß das Verhaken richtig vorgenommen wurde (in diesem Fall iiHmlK'li wird tier Zug am Kabel durch eine Erhöhung der Spannung übertragen).

Der Kupplungsteil 5 kann vom Steckerteil 4 durch eine höhere Zugkraft getrennt werden, die für ein Durchscheren der Ringscheibe 33 in Höhe der Messer 32 sorgt. Diese Zugkraft muß einen Wert haben, der größer als die erhöhte Scherkraft der Reibungskräfte des Kabels 6 längs der gesamten Bohrkolonne 3 ist. Die Erfahrung hat gezeigt, daß man mit einer solchen Vorrichtung mehrere aufeinanderfolgende Verbindungsund Trennvorgänge vornehmen kann, ohne daß es notwendig wird, jedes Mal die Ringscheibe an die Oberfläche heraufzuholen, um sie auszuwechseln, da die durch das Scheren bei einem Trennvorgang erzeugton Ausnehmungen 33a (Fig. 12) sich bei einem neuen Verbindungsvorgang nicht gegenüber den Messern 32 befindet. .

Die Ringscheibe kann jedoch leicht an der Oberfläche nach Hieven des Kupplungsteils 5 ausgewechselt werden; man kann Sätze von Ringscheiben mit unterschiedlichem Widerstand gegen Durchscheren als Funktion des Zugwiderstands des Kabels 6 ausnützen.

Der Druckimpuls des Fluids, der für das Einrastender Ringscheibe 33 bezüglich der Halteblätter oder Lamellen 32 und damit der Kupplung 4 gegenüber dem Steckerteil 5 sorgt, wird erzeugt, indem man in den Bohrkolonnenstrang auf einem Niveau, das geringfügig höher als das von den Schalen 29 in Verbindungsstelliing der Elemente 4 und 5 eingenommene ist, eine röhrenförmige Hülse 34 verminderten Innendurchmessers anordnet, der geringfügig größer als der Außendurchmesser

der Schalen 29 ist, derart, daß ein plötzliches Ansteigen des nach unten auf die Schalen gerichteten Axial schubs in dem Augenblick erzeugt wird, wo diese die röhrenförmige Hülse 34 kurz vor dem VerbindungsVorgang durchsetzen.

Dieser Impuls reicht aus, um das Einrasten der Ringscheibe 33 bezüglich der Federblätter 32 zu erzeugen,

Am Austritt aus der röhrenförmigen Hülse 34 dringen die schalenartigen Körper 29 in eine Kammer größeren Durchmessers ein, wodurch ein leichtes Strömen des Fluids um die Schalenkörper möglich wird.

Die jeweiligen Durchmesser der Schalenkörper 29 sowie des röhrenförmigen Hemds 34 können nach Wunsch modifiziert werden.

Die vorbeschriebenen Einrichtungen nach der lirfindung ermöglichen es, gewünschtenfalls für eine kontinuierliche oder periodische Zirkulation des Fluids um das Werkzeug während der Operation zu sorgen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Technik ist somit besonders interessant, um eine Fernsehkamera einzusetzen, die zur Beobachtung der Wandung eines Bohrlochs, beispielsweise über eine Art Bullauge dient, das in der Wandung des Gehäuses 2 dann ausgespart wäre. In diesem Falle nämlich kann man leicht durch den Bohrkolonnenstrang klares Wasser zirkulieren lassen, welches das Kameraobjekti.νTc ld freigibt und für deren Kühlung während des Arbeitens sorgt.

Claims

DIPL.-ING. DIETRICH LEWALD "" d-sooo München 4o

PATENTANWALT BlRNAUI-R STRASSE A

ZÜGEL. VERTRETERB.EUROP. PATENTAMT TELEFON (089)306514

EUROPEAN PATENT ATTORNEY ^Cllblc »<<dn.^%ss: I >^:

MANDATAIRE AGREE PRES Γ OEB

DIPL.-ING. DIETRICH LEWALD · BIRNAUER STR. 6 · 8000 MÜNCHEN 40

Äff.: 2055

INSTITUT FRANCAIS DU PETROLE Rueil-Malmaison, Frankreich

Verfahren und Vorrichtung, um mit Hilfe von Spezial werkzeugen Operationen wie Messungen in stark gegen die Vertikale geneigten oder horizontalen Bohrlochteilen vorzunehmen

Patentansprüche

Verfahren zur Durchführung von Diagraphie-Operationen oder Eingriffen in einer bestimmten Zone eines Bohrlochs, das ausgehend von der Erdoberfläche über einen im wesentlichen vertikalen oder gering geneigten Anfangsteil, gefolgt von einem geneigten oder hori :·.υη Ι.·ι I im ι Teil verfügt, wobei diese bestimmte Zone sich liinler dem Anfangsteil des Bohrlochs befindet, mit folgenden Schritten:

POSTSCHECKKONTO MÜNCHEN 199020-800 · BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UND WRC'HSRL-BANK MUNCIII-.N .12400110880

- Man befestigt einen Diagraphie- oder Eingriffskörper

am unteren Teil einer ersten Stange eines Bohrstrangs, wohci der Workzeugkörper elektrisch mit einer ersten an tier ersten Stange festen Verbinder verbunden und von dessen oberen Teil aus zugänglich ist,

- man montiert den Bohrstrang, indem man stirnseitig neue Bohrstangen oberhalb der ersten Stange anschließt und läßt die aus Werkzeugkörper und Bohrstrang bestehende Gesamtanordnung allmählich in das Bohrloch im Ausmaß der Montage des Bohrstrangs ab,

- man führt in den Bohrstrang von der Oberfläche aus einen zweiten Verbinder ein, der im flüssigen Medium auf den ersten Verbinder steckbar ist, wobei der zweite Verbinder mechanisch am unteren Ende eines elektrischen Transmissionskabels befestigt und elektrisch mit. der'Oberfläche über dieses Kabel verbunden ί st,

dadurch gekennzeichnet, daß man in den Bohrstrang diesen zweiten am Kabel befestigten und beschwerten Verbinder absinken läßt, wenn der Werkzeugkörper im wesentlichen die vorbestimmte Zone des Bohrlochs erreicht, indem man das Kabel durch ein Abdichtungsorgan, das an dem Bohrstrang an der Oberfläche befestigt ist, gleiten läßt; und daß man den zweiten Verbinder durch den geneigten oder horizontalen Teil des Bohrstrangs durch Pumpen eines Fluids durch den Bohrstrang von der Oberfläche aus bewegt oder verschiebt, bis der zweite elektrische Verbinder sich mit dem ersten Verbinder verbindet und daß man den Werkzeugkörper in der vorbestimmten Zone des Bohrlochs positioniert und die Diagraphie oder den Eingriff in dieser Zone vornimmt .

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

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zeichnet, daß man in der zweiten Stange einen Druckimpuls auslöst, wenn der zweite Verbinder in unmittelbare Nachbarschaft des ersten Verbinders derart gelangt, daß eine ausreichende Annäherungskraft zur Verbindung der beiden Verbinder erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e-.k e η nzeichnet, daß man den zweiten Verbinder in den Bohrstrang durch eine am Kopf des Bohrstrangs befestigte Verschlußeinrichtung einführt.

4.. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η-" zeichnet, daß man den zweiten Verbinder sowie das zugeordnete Kabel in den Bohrstrang über einen speziellen mit einer seitlichen Öffnung versehenen Anschluß einführt; diesen Verbinder au das obere linde des Bohrstrangs befestigt und das Werkzeug im Bohrloch verschiebt, indem man röhrenförmige IJlemente oberhalb des Spezialanschlusses auf eine Länge hinzufügt, die nicht diejenige des vertikalen Teils oder des gering geneigten Teils des Bohrlochs überschreitet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kabel in Höhe des Anschlusses nach Verbinden des zweiten Verbinders mit dem ersten festsetzt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Werkzeug in ein Schutzgehäuse eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem Gehäuse, den aktiven Teil des Werkzeugs austreten läßt, sobald das Werkzeug im Bohrloch die gewünschte Stellung erreicht hat.

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7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsweise des Werkzeugs während des Nachobengehens des Bohrstrangs ausgelöst wird, was man durch Entfernen der Stangen vom oberen Teil des Bohrstrangs erreicht.

8. Verfahren nach Anspruch 1, unter Einsatz eines Werkzeugs, dessen eine Erzeugende markiert wird, und über einen Beschleunigungsmesser verfügt, dessen Drehachse mit der des Werkzeugs zusammenfällt, dadurch' gekennzeichn e t, daß vor der Betätigung des Werkzeugs für die Drehung des Bohrstrangs um seine Achse gesorgt wird, bis das vom Beschleunigungsmesser gelieferte Signal anzeigt, daß die markierte Erzeugende des Werkzeugs sich in der durch die Achse des Bohrstrangs gehenden Vertikalebene befindet.

9. Verfahren nach Anspruch 1, unter Verwendung eines Werkzeugs, von dem eine Erzeugende markiert wird, und über zwei Beschleunigungsmesser verfügt, deren Rotationsachsen senkrecht zueinander und senkrecht zur Achse des Werkzeugs stehen, dadurch gekennzeichnet, daß man ausgehend von den Anzeigen der Beschleunigungsmesser den bestimmten Winkel zwischen der vertikalen durch die Achse des Werkzeugs gehenden Ebene und der Ebene bestimmt, die die Achse des Werkzeugs und die markierte Erzeugende des Werkzeugs enthält und daß man für die Drehung des Bohrstrangs um seine Achse sorgt, bis der bestimmte Winkel einen vorher gewählten Wert erreicht.

10. Vorrichtung zur Vornahme von Diagraphie- oder Eingriffs-'operationen mittels eines Spezialwerkzeugs, in einer bestimmten Zone eines Bohrlochs, wobei in Kombination angeordnet ist:

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eine hohle Schwerstange, an deren Ende' das Werkzeug befestigt ist, ein erster elektrischer mit dem Werkzeug verbundener Anschlußverbinder, ein Bohrstrang, der sich an den oberen Teil der steifen Stange anschließt und ein elektrisches Kabel, das an seinem liiule mit einem zweiten elektrischen Verbinder komplementär zum ersten Verbinder versehen ist, dadurch g e k e anzeichnet, daß der Bohrstrang in seinem oberen Teil mit einem Dichtungsorgan versehen ist, über welches das Kabel gleitet; und daß der zweite Verbinder beschwert und mit Organen versehen ist, die für seine Verschiebung unter dem Einfluß des Drucks eines Fluids im Innern des Bohrstrangs sorgen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Anschluß, der das Werkzeug mit dem unteren Ende des Bohrstrangs verbindet, wobei der "Anschluß" mi t öffnungen zum Durchführen eines IU ui ds--versehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, g e k e η η ζ ei c h η e t durch ein hohles mechanisches Schutzgehäuse, in welchem das Werkzeug lagert.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch g e.k e η n. ■ zeichnet, daß das Werkzeug fest mit einem Kolben verbunden ist, der im Gehäuse zwischen einer ersten Stellung, für die die Gesamtheit des Werkzeugs durch das Gehäuse geschützt ist und einer zweiten Stellung verschiebbar ist, für die wenigstens ein Teil des Werkzeugs aus dem Gehäuse austritt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e η η-zeichnet, daß das Gehäuse mit Öffnungen zum Durchgang eines Fluids versehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k en nzeichnet, daß das Werkzeug am unteren Ende des Bohrstrangs über einen flexiblen röhrenförmigen Teil befestigt ist und daß das Werkzeug mit Einrichtungen zur Zentrierung im Bohrloch versehen ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η - . zeichnet, daß das Werkzeug sowie das untere Ende des Bohrstrangs mit Zentrierungseinrichtungen versehen sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch lii iir i chtungcMi zur Relativposi tioni erung der ersten und zweiten Verbinder, die in Kombination umfassen: ein konisches AufJager des zweiten Verbinders, das mit einer entsprechenden Schulter zusammenwirkt, die auf der Innenwandung der zweiten Stange ausgebildet ist und durch ein Verhakungssystem der beiden Verbinder, die ein oberes Drucklager oberhalb des konischen Auflagers und der Schulter bilden.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhakungssystem wenigstens eine durchscherbare Ringscheibe sowie eine Vielzahl von l^;ingoi^% oder elastischen Verhakungs- und Ilaltebl ättern (32) im Innern der Innenwandung der steifen Stange aufweist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Verschiebung des zweiten Verbinders sorgenden Organe Ringschalen umfassen, auf die der Fluiddruck wirkt, wobei diese Ringsclialen einen Durchmesser, der kleiner als

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der Innendurchmesser des Bohrstrangs ist, haben und daß . eine röhrenförmige Hülse (34), die örtlich diesen Innendurchmesser vermindert, derart, daß ein Einrastimpuls erzeugt wird, in dieser steifen Stange auf einem Niveau angeordnet wird, das geringfügig höher als das liegt, welches diese Schalenkörper in Verbindungsstellung der beiden Verbinder einnehmen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch g e k e η n zeichnet, daß die steife Stange unterhalb dieser röhrenförmigen Hülse über eine Kammer größeren Durchmessers verfügt, in welcher diese Schalen in Verbindungsstellung der Verbinder vorgesehen sind, um die Fluidströmung um diese Schalen (29) in der anderen Verbindungsstellung zu erleichtern.