DE3422271C2

DE3422271C2 - Bohrlochuntersuchungsverfahren

Info

Publication number: DE3422271C2
Application number: DE3422271A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand 4712 Werne Heising; Wilhelm Dipl.-Ing. 4300 Essen Knickmeyer
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1984-06-15
Filing date: 1984-06-15
Publication date: 1987-01-15
Also published as: US4657387A; FR2566044A1; GB2160331A; CA1233662A; DE3422271A1; ZA854488B; GB8513954D0; BE902629A; FR2566044B1; GB2160331B

Abstract

Zur Untersuchung insbesondere von Bohrlöchern kleineren Kalibers wird die zur Ausleuchtung des zu untersuchenden Bohrlochabschnittes notwendige Lichtenergie durch Glasfasern bzw. Glasfaserkabel in das Bohrloch gebracht. Das aufgenommene Bild wird dann mit Hilfe von Glasfiber-Leitkabeln zum Bohrlochmund übertragen und dort weiter ausgewertet. Weitere Daten aus dem Bereich des Bohrloches werden mit Hilfe von Sensoren ermittelt, die von Fotodioden gespeist sind, die einen Teil der Lichtenergie in elektrische Energie umwandeln.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung von Bohrlöchern und schwer zugänglichen Hohlräumen, vorzugsweise zur Untersuchung von Erkundungs- und Gasbohrlöchern im Steinkohlenbergbau, bei dem Bilder in Lichtimpulse umgewandelte Sensordaten vom Bohrlochtiefsten über wenigstens eine Lichtleitfaser zum Bohrlochmund und einer Auswertestation übertragen werden, in dem Licht über eine weitere Lichtleitfaser zum Bohrlochtiefsten gestrahlt wird und dort der Ausleuchtung dient. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Untersuchung von Bohrlöchern und schwer zugänglichen Hohlräumen mit im Bohrlochtiefsten angeordneten Sensoren sowie einem als geschütztes Glasfaser-Lichtwellenleiterkabel ausgebildeten Übertragungssystem mit außerhalb des Bohrloches angeordneter Beleuchtungsvorrichtung sowie einer Auswertestation, wobei die Glasfaserkabel zum Schutz in einem Hohlrohr verlaufend angeordnet sind, das in das Bohrloch einführbar ist und an dessen unterem Ende die Aufnahmevorrichtung und die Sensoren angeordnet sind.
Bohrlöcher werden zur Gewinnung beispielsweise von Öl oder Gas, zur Erkundung des umliegenden Bereiches oder für ähnliche Zwecke in das Gebirge eingebracht. Je nach Aufgabe können derartige Bohrlöcher mehrere Meter oder gar mehrere hundert Meter lang sein. Hierbei wird sowohl das Bohrklein oder der herausgebohrte Kern zum Aufschluß der Gebirgsbeschaffenheit oder der Lage von Mineralien untersucht, als auch die Bohrlochwandung. Gerade letztere gibt einen genauen Aufschluß, insbesondere dann, wenn keine Kernbohrungen durchgeführt werden können. Auch Produktionslöcher, wie beispielsweise Gasbohrlöcher, werden im Steinkohlenbergbau mit untersucht, um Aufschluß über die Beschaffenheit des Gebirges zu erhalten. Insbesondere in der Großbohrlochtechnik, d. h. bei Öl- und Gasgewinnungsbohrungen von über Tage aus, werden Bohrlochuntersuchungen mit Hilfe von Fernsehkamers durchgeführt. Hierzu wird eine derartige Spezialkamera in das Bohrloch abgesenkt, wobei gleichzeitig über eine Beleuchtungsvorrichtung für eine ausreichende Ausleuchtung des zu untersuchenden Bereiches Sorge getragen wird. Nachteilig bei derartigen Einsätzen ist, daß die Kosten für derartige Spezialkameras sehr hoch sind, daß die Aussagekraft ihrer Bilder nur bei ausreichender Ausleuchtung genügend ist und daß beim Einsatz sehr vorsichtig gearbeitet werden muß, um den Betrieb derartiger Überwachungsvorrichtungen nicht zu gefährden. Wegen des hiermit verbundenen hohen Aufwandes werden derartige Bohrlochuntersuchungsverfahren daher nur in beschränktem Umfange vorgenommen, wobei sie im untertägigen Steinkohlenbergbau bei den kleinkalibrigen Bohrungen nicht Verwendung finden können.
Aus der DE-OS 32 27 083.6 ist ein Verfahren und eine entsprechende Übertragungseinrichtung für Bohrlochsonden in Form eines armierten Kabels bekannt, das eine oder mehrere, mit Glas umkleidete optische Fasern enthält. Die Armierung ist vorgesehen, um die die Übertragung behindernden Abknickungen oder sonstige Schäden an den optischen Fasern zu vermeiden. Mit Hilfe dieses Glasfaser-Lichtwellenleiterkabels sollen lediglich Lichtimpulse zum Bohrlochtiefsten transportiert, dort moduliert und dann durch ein anderes Glasfaser-Lichtwellenleiterkabel wieder zurückgesendet werden, um am Bohrlochmund demoduliert und ausgewertet zu werden.
Die WO 82/02573, Seiten 1, 2, 32-38 sowie die Fig. 10 bis 13 zeigen eine Einrichtung, bei der das Bohrlochtiefste über eine zusätzliche Lichtleitfaser ausgeleuchtet wird, wobei in Lichtimpulse umgewandelte Sensordaten über eine solche Lichtleitfaser übertragen werden können. Die Glasfaser-Lichtwellenleiterkabel sind zu ihrem Schutz in einem Hohlrohr verlaufend angeordnet, das in das Bohrloch einführbar ist und an dessen unteren Ende die Aufnahmevorrichtung und die Sensoren angeordnet sind.
Bei diesen bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist nachteilig, daß lediglich bestimmte Daten in bestimmter Form mit Hilfe der beschriebenen Glasfaser-Lichtwellenleiterkabel übertragen werden können. Die für die Ermittlung der notwendigen Daten benötigte Energie muß getrennt von dem Bohrlochmund zum Bohrlochtiefsten gebracht werden und es ist keine Möglichkeit gegeben auch direkte Bilder aus dem Bohrlochtiefsten zu erhalten. Auf diese Weise müssen in dem sowieso schon engen Bohrloch zwei Stränge verlegt werden, ohne daß eine Inaugenscheinnahme der durch das Bohrloch freigelegten Gegebenheit mit vertretbarem Aufwand möglich ist. Gerade für den Einsatz im untertägigen Bergbau, wo derartige Bohrlöcher auch gleichzeitig zur Vorerkundung dienen, ist diese fehlende Überwachungs- und Uberprüfungsmöglichkeit von besonderem Nachteil, ganz davon abgesehen, daß bei den dortigen kleinkalibrigen Bohrlöchern die Verwendung von einem Versorgungskabel und einem Glasfaser-Lichtwellenleiterkabel nebeneinander nicht möglich ist. Dabei bestehen besondere Probleme bei Gasbohrlöchern oder bei Bohrlöchern in gasführenden Schichten, weil dort an Energieversorgungskabel besondere Ansprüche gestellt werden, so daß derartige Versorgungskabel dort nicht zum Einsatz kommen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und sicheres Übertragungsverfahren für im Bohrlochtiefsten erfaßte Meßwerte und von optischen Überwachungen (wie Bilder) sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignte Uberwachungs- und Auswertevorrichtung zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß gleichzeitig ein Teil des der Ausleuchtung dienenden Lichts in elektrische Energie umgewandelt und zum Betreiben der verschiedene Meßdaten ermittelnden Sensoren verwendet wird.
Dieses Verfahren ist gerade im Steinkohlenbergbau, beispielsweise beim Einsatz in Gasbohrlöchern von erheblichem Vorteil, weil die Lichtquelle außerhalb des Bohrloches angeordnet ist, so daß durch die Verwendung von Kaltlichtbeleuchtung eine Zündgefahr ausgeschlossen werden kann. Mit verhältnismäßig kleinem Aufwand kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in mittel- bis kleinkalibrigen Bohrungen Licht in den Untersuchungsbereich gebracht werden, so daß mit Hilfe von optischen Geräten das Bild an den Bohrlochmund übertragen werden kann, oder aber die von den Sensoren ermittelten Daten. Auf diese Weise erhält man Aufschluß über die Lage von Mineralien, die Schichtung des Gebirges sowie letztlich auch über die Dichte bzw. Porösität des Gebirges. Ausschließlich über ein Glasfaser-Lichtwellenleiterkabel ist es so möglich, sowohl die verschiedenen Sensoren wie auch beispielsweise die Kamera mit der notwendigen elektrischen Energie zu versorgen und gleichzeitig den gesamten Bereich des Bohrloches wirksam auszuleuchten.
Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Vorrichtung, bei der am unteren Ende des Hohlrohres von einem Teillichtstrom versorgte Photodioden angeordnet sind, die zur Stromversorgung der Sensoren mit diesen verbunden sind. Gleichzeitig ist damit auch die Möglichkeit gegeben, entsprechend klein ausgebildete Kameras zu versorgen bzw. die notwendigen genauen Bilder nach über Tage zu leiten. Hier dient ausschließlich ein Glasfaser-Lichtwellenleiterkabel gleichzeitig als Versorgungskabel und als Datenübertragungskabel. Dabei sind alle wesentlichen Teile sicher im Hohlrohr untergebracht, über das sie jeweils in die richtige Position gebracht werden.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Bohrloch Abschnitt für Abschnitt und in jedem Bereich genau untersucht werden, wobei die genaue Verschiebung bzw. Verdrehung des Hohlrohres dadurch möglich wird, daß das Hohlrohr als begrenzt flexibler Kunststoffschlauch ausgebildet ist. So ist es beispielsweise möglich, abgewinkelte Bohrlöcher oder aus der Richtung gelaufende Bohrlöcher ebenfalls genau zu untersuchen, weil das Hohlrohr die Abwinklung des Bohrloches ohne weiteres und ohne Beeinflussung des Glasfaser-Lichtwellenleiterkabels sowie der übrigen Einrichtung nachvollziehen kann. Die genaue Positionierung wird dadurch noch verbessert, daß das untere Ende des Hohlrohres zumindest einige der Enden des Glasfaser-Lichtwellenleiterkabels in Richtung Bohrlochwandung abgebogen haltend ausgebildet ist. So können die jeweiligen Sensoren in eine optimale Position gebracht und dort fixiert werden.
Der technische Fortschritt der Erfindung liegt insbesondere darin, daß auch für klein- und mittelkalibrige Bohrlöcher ein genau arbeitendes Untersuchungsverfahren und eine dazu geeignete Vorrichtung geschaffen ist. Der dafür notwendige Aufwand ist begrenzt, wobei zusätzlich der Betriebsaufwand vorteilhaft verringert ist, weil zum Betrieb der Photodioden der sowieso eingeführte Lichtstrom benutzt werden kann und weil Beschädigungen an der gesamten Vorrichtung durch die Anordnung im Hohlrohr sicher unterbunden sind.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden anhand der nachfolgenden einzigen Figur näher erläutert.
In das ins Gebirge eingebrachte Bohrloch 1 ist ein vom Bohrlochmund 2 bis zum Bohrlochtiefsten 3 reichendes Hohlrohr 6 eingeführt, das im Abstand zur Bohrlochwandung 4 gehalten wird, um mit Hilfe der Überwachungsvorrichtung die Bohrlochwandung 4 rundum ablichten und ausleuchten zu können.
In dem Hohlrohr 6 ist eine Aufnahmevorrichtung 7 angeordnet, so daß die Bohrlochwandung 4 abgelichtet werden kann, während mit Hilfe der Beleuchtungsvorrichtung 8 eine ausreichende Ausleuchtung des jeweils untersuchten Abschnittes gewährleistet ist. Bei der Beleuchtungsvorrichtung 8 handelt es sich um eine außerhalb des Bohrloches 1 angeordnete Lampe, die die notwendige Lichtenergie über das Glasfaser- Lichtwellenleiterkabel 9 in das Bohrloch 1 bringt. Dieses Glasfaser-Lichtwellenleiterkabel 9 ist so an der Wandung des Hohlrohres 6 befestigt, daß die Enden der einzelnen Glasfasern senkrecht oder in einem vorgegebenen Winkel dazu stehen. Eine gezielte Ausleuchtung des Untersuchungsbereiches ist so gegeben.
Die aufgenommenen Bilder werden über die Aufnahmevorrichtung bzw. das Glasfaser-Lichtwellenleiterkabel 10 in den Bereich des Bohrlochmundes gebracht, um hier über das Okkular 13 direkt ausgewertet oder zu einer Auswerteeinheit weitergeleitet zu werden. Über den Übertragungsanschluß 14 kann die Verbindung zu einer solchen Auswerteeinheit ohne weiteres hergestellt werden. Im Bereich des Glasfaser- Lichtwellenleiterkabels 9, 10 können Sensoren 11 angeordnet werden, mit deren Hilfe weitere Daten aus dem Bohrloch 1 ermittelt und zum Bohrlochmund 2 gebracht werden. Diese Sensoren 11 werden über Photodioden 12 gespeist, die mit Hilfe eines Teillichtstroms die notwendige elektrische Energie für die Sensoren erzeugen.

Claims

1. Verfahren zur Untersuchung von Bohrlöchern und schwer zugänglichen Hohlräumen, vorzugsweise zur Untersuchung von Erkundungs- und Gasbohrlöchern im Steinkohlenbergbau, bei dem Bilder und in Lichtimpulse umgewandelte Sensordaten vom Bohrlochtiefsten über wenigstens eine Lichtleitfaser zum Bohrlochmund und einer Auswertestation übertragen werden, in, dem Licht über eine weitere Lichtleitfaser zum Bohrlochtiefsten gestrahlt wird und dort der Ausleuchtung dient, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig ein Teil des der Ausleuchtung dienenden Lichts in elektrische Energie umgewandelt und zum Betreiben der verschiedene Meßdaten ermittelnden Sensoren verwendet wird.

2. Vorrichtung zur Untersuchung von Bohrlöchern und schwer zugänglichen Hohlräumen mit im Bohrlochtiefsten angeordneten Sensoren sowie einem als geschütztes Glasfaser-Lichtwellenleiterkabel ausgebildeten Übertragungssystem mit außerhalb des Bohrloches angeordneter Beleuchtungsvorrichtung sowie einer Auswertestation, wobei die Glasfaser-Lichtwellenleiterkabel zum Schutz in einem Hohlrohr verlaufend angeordnet sind, das in das Bohrloch einführbar ist und an dessem unteren Ende die Aufnahmevorrichtung und die Sensoren angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende des Hohlrohres (6) von einem Teillichtstrom versorgte Photodioden (12) angeordnet sind, die zur Stromversorgung der Sensoren (11) mit diesen verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrohr (6) als begrenzt flexibler Kunststoffschlauch ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Hohlrohres (6) zumindest einige der Enden des Glasfaser-Lichtwellenleiterkabels (9) in Richtung Bohrlochwandung (4) abgebogen haltend ausgebildet ist.