DE3249892C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
um in Teilen oder Bereichen von Bohrlöchern, an denen sich
Umlenkungen 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 Werk
zeuge zur Vornahme von Operationen wie beispielsweise Mes
sungen, am Ende eines Trägerkabels befestigt und bewegen
oder verschieben sich unter der Wirkung der Schwerkraft
ohne große Schwierigkeit, solange die Neigung des aufge
bohrten Bohrloches bezogen auf die Vertikale 45° etwa
nicht überschreitet. Über diese Grenze hinaus ist die Be
wegung oder Verschiebung der Werkzeuge nur dann möglich,
wenn man das Profil und die Durchmesseränderungen des
Bohrlochs kennt und wenn man Werkzeuge verminderter Abmes
sungen benutzt.
Für stark geneigte Bohrlöcher wurde in der US-Patentschrift
41 68 747 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 Werk
zeug, das dauernd im Innern der flexiblen Leitung gehalten
wird, ist somit notwendigerweise von der Bauart, dessen
Funktion nicht durch das Vorhandensein der flexiblen Lei
tung gestört wird, beispielsweise eine Neutronensonde
oder ein γ-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 Vorrich
tung 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 Hohlstange
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 be
findet, was die Vorgänge bei der Montage der stirnseitig
verschraubten, die Bohrstange bildenden Elemente als
kompliziert darstellt.
Um diesen letztgenannten Nachteil zu begrenzen, kann man
eine Verbindung mit seitlichem Fenster verwenden, die all
gemein unter dem angelsächsischen Ausdruck "Side Entry Sub"
bekannt ist und beispielsweise in der US-Patentschrift
40 62 551 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. Nichts
destoweniger besteht der erwähnte Nachteil für den Teil
der Stange zwischen dieser Spezialverbindung und dem
Werkzeug weiter. Darüber hinaus müssen Vorkehrungen ge
troffen werden, um ein Verklemmen des Kabels aufgrund der
Tatsache zu vermeiden, daß oberhalb dieser Spezialverbin
dung das Kabel sich im Ringraum befindet, der zwischen Hohl
stange und Bohrlochwandung begrenzt ist. Der Ort dieser Spezial
verbindung auf der Hohlstange ist vorzugsweise derart ge
wählt, daß bei der Bewegung der Stange diese Verbindung im
vertikalen Teil der Bohrlochwandung verbleibt.
Die US-Patentschrift 40 39 237 beschreibt eine Bohrvorrich
tung, in welcher man die Bohrkolonne infolge Schwerkraft
absenkt, wobei ein Kabel an seinem unteren Teil einen An
schluß trägt, der die Verbindung zu einem elektrischen Boden
motor herstellt.
Ebenfalls bekannt durch die US-Patentschrift 39 76 347
und 41 26 848 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
Einrichtungen verbunden zu werden.
Solche Vorrichtungen sind nicht brauchbar, wenn man Ope
rationen 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, Ope
rationen mit Hilfe von Spezialwerkzeugen in Abschnitten
des Bohrlochs vorzunehmen, die stark bezüglich der Verti
kalen 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 be
stimmten Zone eines Bohrlochs an, das, ausgehend von der
Erdoberfläche, einen im wesentlichen vertikalen oder etwas
geneigten Anfangsteil besitzt, wobei sich hieran ein ge
neigter 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 eines Bohrstrangs, wobei dieser Werkzeugkörper elektrisch mit einem ersten, an der ersten Stange festen Verbinder verbunden und von deren oberen Teil aus zu gänglich 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 dem Bohrstrang von der Ober fläche aus, einen zweiten elektrischen Verbinder ein, der in flüssigem Medium auf den ersten Verbinder steckbar ist, wobei der zweite Verbinder mechanisch am unteren Ende eines elektrischen Transmissionskabels befestigt ist und elektrisch mit der Erdoberfläche über dieses Kabel verbunden ist. Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich da durch aus, daß man in dem Bohrstrang diesen zweiten am Kabel befestigten und beschwerten Verbinder absinken läßt, wenn der Werkzeugkörper im wesentlichen diese vorbestimmte Zone des Bohrlochs erreicht, indem man das Kabel durch ein Ab dichtungsorgan, das an dem Bohrstrang an der Erdoberfläche 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 Erdoberfläche 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.
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 Durch
führung von Operationen der Diagraphie oder des Eingriffs
mit Hilfe eines Spezialwerkzeugs in einer bestimmten Zone
eines Bohrlochs und umfaßt in Kombination eine steife Hohl
stange, 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 ver
bunden; ein elektrisches Kabel ist am Ende eines zweiten
elektrischen Verbinders, der komplementär zum ersten Ver
binder 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 beschwert und mit Organen versehen ist,
die für seine Bewegung unter dem Einfluß des Drucks eines
Fluids im Innern der Bohrkolonne sorgen.
Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung Einrichtungen zur Relativ
positionierung des ersten und zweiten Verbinders und ver
fügt 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 Verbin
ders sorgenden Organe Ringschalen, auf welche der Druck des
Fluids wirkt, wobei diese Ringschalen einen Durchmesser, der
kleiner als der Innendurchmesser der Bohrkolonne ist, auf
weisen. Eine röhrenförmige Hülse, die örtlich den Innen
durchmesser 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 Verbinder ein
nehmen.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nunmehr
mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert
werden. Diese zeigt 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 Ge
häuses im Bohrloch;
Fig. 9 das Ausführungsbeispiel eines Werkzeugs, das
direkt am Ende einer steifen Bohrkolonne
befestigt ist;
Fig. 10A und 10B schematisch eine Ausführungsform der Erfin
dung unter Verwendung eines Werkzeugs, das
durch Fernsteuerung von seinem Lager freikommen
kann;
Fig. 11A und 11B jeweils den oberen Teil und den unteren Teil
der durch die Schwerstange und den elektrischen
weiblichen Verbinder gebildeten Anordnung in
Verbindungsstellung mit dem männlichen Ver
binder und
Fig. 12 einen Eingriffsring nach dem Abscheren.
Das schematisch bei 1 in Fig. 1 gezeigte Werkzeug ist mecha
nisch durch ein Gehäuse 2 geschützt. Die so gebildete Anord
nung ist am Ende einer steifen röhrenförmigen Stange 3
befestigt, die aus stirnseitig verschraubten Elementen auf
gebaut ist. Eines der Elemente 4 eines elektrischen Ver
binders, 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
Bohrloch einführen muß, um Vorgänge wie das Bestimmen wenig
stens einer Charakteristik des Erdbodens durchzuführen (spe
zifischer Widerstand, akustische Impedanz, Messung der
Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls in den Forma
tionen, natürliche Emission von γ-Strahlen, Absorptionsver
hältnisse gewisser Strahlen etc.), Kontrollen der Zemen
tierung einer Verrohrung im Bohrloch, Kontrollen zur Loka
lisierung der Verbindungen zwischen den die Verrohrung bil
denden Elementen, Kontrollen für die genaue Orientierung
des Bohrlochs oder Operationen wie die Perforation einer
Verrohrung, die Entnahme von festen Proben an der Bohrloch
wandung, die Entnahme von flüssigen Proben im Bohrloch oder
auch Pendagemetrie-Messungen, wobei die Liste dieser Ope
rationen 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 sicher
stellen, indem man ein Fluid wie beispielsweise den im allge
meinen das Bohrloch füllenden Bohrschlamm in Zirkulation
versetzt. Nach der Ausführungsform der Fig. 9 fließt dieses
Fluid über Öffnungen 3 c, die im Anschluß 3 d ausgespart
sind, welcher den elektrischen Stecker 4 umgibt.
Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, die Werkzeug
anordnung 1 mit ihrem Schutzgehäuse 2 am Ende einer Bohr
kolonne oder einer Hohlstange 3 zu befestigen, ohne deswegen
das Werkzeug an ein Energie- und/oder Informationstransmissions
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 Explosivladungen tragen und die erst
dann in Aktion treten sollen wenn das Werkzeug sich an einem
bestimmten Ort des Bohrlochs befindet. Man sieht darüber
hinaus, daß bei Fehlen des Transmissionskabels die Mani
pulation der stirnseitig verbundenen, die Kolonne 3 bil
denden 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 allge
meinen 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 Ver
bindung kann von an sich bekannter Art sein, wie sie bei
spielsweise in der US-Patentschrift 40 39 242 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, bei
spielsweise der Stecker 4 ist mit dem Werkzeug verbunden;
der andere Teil hiervon (die Kupplung 5; frz. Steckerauf
nahme 5) ist am Ende eines Transmissionskabels 6 befestigt.
Ist das Werkzeug im Bohrloch, wie vorher angegeben, einge
setzt, so führt man in die Hohlstange 3 die Kupplung 5 sowie
das Kabel 6 (Fig. 3) ein. Ein Schwerelement oder eine Be
lastungsstange 7 ist über der Kupplung 5 vorgesehen und
erleichtert deren Vorschub in der Kolonne 3 unter dem Ein
fluß der Schwerkraft. Dann wird durch Pumpen des Fluids
in der Kolonne 3 die Kupplung 5 verschoben, bis ihre Ver
bindung mit dem Stecker 4 wirksam wird. Diese Verbindung
läßt sich leicht, beispielsweise mittels Kontakten, kontrol
lieren, welche einen elektrischen Kreis schließen, wenn der
Stecker 4 sich in der Kupplung 5 in korrekter Position be
findet. 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 sowie des Kabels 6 in die Kolonne 3 sowie der
Vorgang des Pumpens dank der Verwendung eines Blocks zum
Verschluß des Bohrlochs (B.O.P) realisieren, der auf dem
Gebiet des Bohrens bekannt 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 Verbin
dung steht.
Für den Fall, daß das Werkzeug längs eines Teils des Bohr
lochs arbeiten soll, wird das Kabel vorzugsweise in die Bohr
kolonne 3 über die Öffnung eines Spezialanschlusses 13 mit
seitlichem Fenster, allgemein als "side 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 explodierende Zone (Fig. 2) eintritt. Er
ist vorzugsweise mit Spanneinrichtungen für das Kabel ver
sehen, die es ermöglichen, dieses in Höhe des Anschlusses
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 ex
plorierenden 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 explo
rierenden Zone ist.
Gegebenenfalls, wie Fig. 5A erkennen läßt, sorgen an der
steifen Kolonne feste Zentriereinrichtungen 3 a 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 Weather
ford-Stabilia unter der Bezeichnung "Control line" im Handel
vertrieben werden.
Durch Fernsteuerung wird das Werkzeug 1 über das Transmissions
kabel in Betrieb gesetzt; man erhält diesen Betrieb auf
dem Teil A des Bohrlochs, indem man progressiv die Betäti
gungskolonne 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 er
leichtert.
Der Anschluß 13 kann von an sich bekannter Art, insbesondere
von dem in der US-Patentschrift 40 62 551 beschriebenen
Typ sein.
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 Zentrier
organe 14 erreichen, wie schematisch Fig. 7 erkennen läßt.
Diese Zentrierorgane sind beispielsweise vom Typ mit Blatt
federn, die auf dem Gebiet des Erdbohrens an sich bekannt
sind. Andere Bauarten von Zentrierorganen können auch ver
wendet werden, beispielsweise Zentrierorgane aus Gummi mit
Schlammdurchgang.
Nach einer in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform sind das Werk
zeug 1 und sein Gehäuse mit dem Ende der steifen Kolonne 3
über einen Teil eines verformbaren Rohres 15 verbunden, der
beispielsweise aus röhrenförmigen, bezüglich einander gelenkigen
Ringen oder Ringscheiben besteht. Solche Teile der verform
baren Stange sind im Handel beispielsweise von der Firma
Arco Drilling unter der Bezeichnung "Knuckle Joint" erhält
lich.
In diesem Fall ist allein das Gehäuse 2 mit Zentrierorganen
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 Lat´rolog oder "dual" Lat´rolog,
akustische Meßsonden etc. bekannt sind.
Das Werkzeug kann aus seinem Gehäuse durch irgendeine be
kannte Einrichtung, beispielsweise einen fest mit dem Kolben
verbundenen und im Gehäuse gleitenden Kolben freigegeben
werden. Durch Einspritzen eines hydraulischen Fluids, bei
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 Aus
führungsform sowie deren Funktionsprinzip.
Nach dem in diesen Fig. dargestellten Ausführungsbeispiel
bezeichnet das Bezugszeichen 16 den aktiven Teil des Werk
zeugs, der elektrisch mit dem männlichen Verbindungsstück 4
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. 10A dargestellten Organs
16 und seiner in Fig. 10B 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 Kol
ben 18 ist mit einem Organ 20 verbunden, der für dessen
Verriegelung in der einen oder der anderen seiner beiden
Grenzstellungen 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 Bohr
fluidströmung vorgesehen.
In der Stellung der Fig. 10A 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 23
verschlossen sind.
Bei Übergang des Kolbens in die in Fig. 10B 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 ermög
licht, 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, Mikrowiderstand,
Mikroakustik und gewisse Explosivladungsperforatoren er
fordern, daß sie im Bohrloch orientiert werden, bevor sie
in Funktion gesetzt werden, um deren Leistung zu verbes
sern. Darüber hinaus stellt die Orientierung des Werkzeugs
eine Gegebenheit dar, die sich der der Messung überlagert.
Die Kombination dieser beiden Informationen in stark ab
gelenkten und horizontalen Bohrlöchern verbessert die Inter
pretation der Ergebnisse. Dies kann bei der Ermittlung von
Frakturen der Formation sowie der Bestimmung der Zementie
rung 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 Werk
zeugs 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 Funktion der durch diese Organe gelie
ferten Angaben erhält, korrekt das Werkzeug im Bohrloch zu
positionieren.
Modifikationen können im Rahmen der Erfindung, wie insbe
sondere 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 Bau
art "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 3 b befestigt, der vorzugsweise mit
Öffnungen 3 c für den Durchgang des Fluids versehen ist.
Die Fig. 11A und 11B zeigen jeweils den oberen Teil und den
unteren Teil der Anordnung, bestehend aus der Schwerstange
7 und dem weiblichen Verbindungsstück 5, in Verbindungs
stellung 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 3 c 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 5.
Die Anordnung 5-7, die mechanisch mit dem Anschluß 26 ver
knüpft ist, umfaßt zwei Zentrierungsorgane 7 a und 7 b und
eine Muffe 28, welche Ringkapseln oder -schalen 29 (bei
spielsweise aus Elastomeren) von einem Durchmesser trägt,
der kleiner als der Innendurchmesser des Bohrgestänges 3
ist, die eine Anordnung von Kolben bilden, welche den Vor
trieb der Anordnung 5-7 durch das Fluid unter dem Druck in
die geneigten Teile des Bohrlochs ermöglichen.
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 Ring scheibe 33 aufweist, die fest mit der Kupplung 5 verbunden ist und über eine Vielzahl von Fingern oder elastischen Ver hakungs- 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, vorgesehen).
Hat der Verhakungsring 33 unter die Halteflächen 32 a der
Finger 32 infolge eines Auslöseimpulses gegriffen, der
durch den Druck des Fluids erzeugt wurde (wie dieser Im
puls 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 Elementen 4 und 5 ent
spricht) und dem oberen Auflager, das durch die Halteflächen
32 a 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
nämlich wird der 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 Ring
scheibe 33 in Höhe der Messer 32 sorgt. Diese Zugkraft
muß einen Wert haben, der größer als die erhöhte Scherkraft
der Reibungskräfte des Kabel 6 längs der gesamten Bohr
kolonne 3 ist. Die Erfahrung hat gezeigt, daß man mit einer
solchen Vorrichtung mehrere aufeinanderfolgende Verbindungs-
und 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 erzeugten Ausnehmungen 33 a (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 Einrasten der Ring
scheibe 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 Verbindungsstellung 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 Axialschubs
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 schalen
artigen Körper 29 in eine Kammer größeren Durchmessers ein,
wodurch ein leichtes Strömen des Fluids um die Schalen
körper möglich wird.
Die jeweiligen Durchmesser der Schalenkörper 29 sowie des
röhrenförmigen Hemds 34 können nach Wunsch modifiziert
werden.
Die vorbeschriebenen Einrichtungen nach der Erfindung er
möglichen 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 Be
obachtung 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 zirku
lieren lassen, welches das Kameraobjektivfeld freigibt und
für deren Kühlung während des Arbeitens sorgt.
Claims (10)
1. Verfahren zur Durchführung von Diagraphie-Operationen
oder Eingriffen in einer bestimmten Zone eines Bohr
lochs, das ausgehend von der Erdoberfläche über einen
im wesentlichen vertikalen oder gering geneigten An
fangsteil, gefolgt von einem geneigten oder horizontalen
Teil verfügt, wobei diese bestimmte Zone sich hinter dem
Anfangsteil des Bohrlochs befindet, mit folgenden
Schritten:
- - Man befestigt einen Werkzeugkörper für Diagraphie oder Eingriff am unteren Teil einer ersten Stange eines Bohr strangs, wobei dieser Werkzeugkörper elektrisch mit einem ersten, an der ersten Stange festen Verbinder verbunden und von deren 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 Bohrstange be stehende 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 elek trisch mit der Erdoberfläche über dieses Kabel verbunden ist,
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 Bohr
strang an der Erdoberfläche 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 Erdoberfläche aus bewegt oder
verschiebt, bis der zweite elektrische Verbinder sich mit
dem ersten Verbinder verbindet und daß man den Werkzeug
körper in der vorbestimmten Zone des Bohrlochs positioniert
und die Diagraphie oder den Eingriff in dieser Zone vor
nimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß man in der zweiten Stange einen
Druckimpuls auslöst, wenn der zweite Verbinder in un
mittelbare Nachbarschaft des ersten Verbinders derart
gelangt, daß eine ausreichende Annäherungskraft zur Ver
bindung der beiden Verbinder erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß man den zweiten Verbinder in den
Bohrstrang durch eine am Kopf des Bohrstrangs befestigte
Verschlußeinrichtung einführt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß man den zweiten Verbinder sowie
das zugeordnete Kabel in den Bohrstrang über einen
speziellen mit einer seitlichen Öffnung versehenen An
schluß einführt; diesen Verbinder an das obere Ende
des Bohrstrangs befestigt und das Werkzeug im Bohrloch
verschiebt, indem man röhrenförmige Elemente 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 gekenn
zeichnet, daß man das Kabel in Höhe des Anschlus
ses nach Verbinden des zweiten Verbinders mit dem er
sten festsetzt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Werkzeug in ein
Schutzgehäuse eingesetzt ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß man aus dem Gehäuse den aktiven
Teil des Werkzeugs austreten läßt, sobald das Werkzeug
im Bohrloch die gewünschte Stellung erreicht hat.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, 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, des
sen eine Erzeugende markiert wird, und über einen Beschleu
nigungsmesser verfügt, dessen Drehachse mit der des
Werkzeugs zusammenfällt, dadurch gekennzeich
net, 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 Vertikal
ebene befindet.
9. Verfahren nach Anspruch 1, unter Verwendung eines Werk
zeugs, von dem eine Erzeugende markiert wird, und über
zwei Beschleunigungsmesser verfügt, deren Rotations
achsen senkrecht zueinander und senkrecht zur Achse des
Werkzeugs stehen, dadurch gekennzeichnet,
daß man ausgehend von den Anzeigen der Beschleunigungs
messer den bestimmten Winkel zwischen der vertikalen
durch die Achse des Werkzeugs gehenden Ebene und der
Ebene bestimmt, die die Achse des Werkzeugs und die mar
kierte Erzeugende des Werkzeugs enthält und daß man für
die Drehung des Bohrstrangs um seine Achse sorgt, bis
der bestimmte Winkel einen vorher gewählten Wert er
reicht.
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