DE3716091A1 - Messvorrichtung zum durchfahren gekruemmter oder horizontal verlaufender tiefbohrungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zum Durch­ fahren gekrümmter oder horizontal verlaufender Tief­ bohrungen.

Das Vermessen von Tiefbohrungen ist zur Bestimmung des Bohrungsverlaufs während des Abteufens zur Gewinnung von Formationsdaten und zur Erfassung des Endzustands der abgeteuften Bohrung erforderlich. Hierzu ist es bei im wesentlichen vertikal verlaufenden Bohrungen bekannt, das Meßgerät an einem Seil in das Bohrloch abzusenken, wobei es durch sein Eigengewicht bis zur Bohrlochsohle gelangt. Bei einer stark gekrümmten oder horizontal verlaufenden Bohrung ist ein solches Vor­ gehen jedoch nicht möglich, da die Schwerkraft für den Transport des Meßgeräts nicht mehr in ausreichendem Maße genutzt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meß­ vorrichtung zu schaffen, die das Vermessen gekrümmter oder horizontal verlaufender Tiefbohrungen ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine mit dem Ende eines Bohrgestänges verschraubbare Hülse gelöst, in deren Hülsenbohrung durch das Bohrgestänge ein Meßgerät einführbar ist, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Hülsenbohrung und das an einem Ende einen Adapterschuh aufweist, mit dem es konzentrisch in der Hülsenbohrung gelagert und arre­ tiert ist.

Mit der Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen, mit einem Meßgerät herkömmlicher Bauweise, das an einem Seil in das Bohrloch abgesenkt wird, gekrümmte oder horizon­ tal verlaufende Bohrlochabschnitte zu durchfahren. Hier­ bei ist das Meßgerät geschützt im Innern einer Hülse an­ geordnet, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß Ver­ formungen der Hülse beim Durchfahren stark gekrümmter Abschnitte nicht auf das Meßgerät übertragen werden. Weiterhin ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine einfache und zeitsparende Handhabung, da das Bohr­ gestänge, an dem die Hülse angeordnet ist, in den ver­ tikalen Bohrlochbereich eingebaut werden kann, bevor das Meßgerät eingesetzt wird. Die Einbauarbeiten werden da­ her nicht durch die Führung des Meßgerätekabels behindert. Gleichermaßen vorteilhaft läßt sich mit der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung ein Meßgerät gegen ein anderes aus­ tauschen. Auch hier muß das Bohrgestänge nur soweit aus­ gebaut werden, bis sich die Hülse im vertikalen Bohr­ lochbereich befindet. Danach kann das eingesetzte Meß­ gerät gezogen und ein anderes Meßgerät eingelassen und arretiert werden.

Der Adapterschuh ist vorzugsweise an dem unteren Ende des Meßgeräts angeordnet. Er bildet auf diese Weise einen Schutz beim Absenken des Meßgeräts im Bohrgestänge und bei seiner Einführung in die Hülse. Weiterhin kann die Arretierung des Adapterschuhs in der Hülse erfin­ dungsgemäß durch eine Feder-Rast-Verbindung erfolgen. Eine solche Verbindung ist einfach im Aufbau und bietet eine ausreichende Sicherung gegen unbeabsichtigtes Her­ ausgleiten des Adapterschuhs aus der Hülse beim Befahren ansteigender Horizontalbohrungen.

Zur Durchführung von Kalibermessungen ist nach einem wei­ teren Vorschlag der Erfindung vorgesehen, daß die Hülse mehrere schlitzartige Öffnungen für den Durchtritt von Meßarmen eines Kalibermeßgeräts aufweist und daß Orien­ tierungsmittel vorgesehen sind, die den Adapterschuh beim Einführen in die Hülse in seiner Winkelstellung zur Hülse ausrichten. Durch diese erfindungsgemäße Weiterbildung ist es auch möglich, ein Kalibermeßgerät nach dem Ein­ bau der Hülse und des Bohrgestänges in den vertikalen Bohrlochbereich einzuführen. Um das Kalibermeßgerät auf einfache Weise in der richtigen Winkelstellung gegenüber dem Adapterschuh ausrichten zu können, ist erfindungs­ gemäß weiterhin vorgesehen, daß der Adapterschuh in ei­ ner beliebigen Winkelstellung mit dem Meßgerät verbind­ bar ist. Weiterhin kann zur Anpassung unterschiedlicher Meßgeräte zwischen dem Adapterschuh und dem Meßgerät eine Adaptermuffe vorgesehen sein.

Zur Orientierung des Adapterschuhs in der Hülse ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Adapterschuh zylin­ drisch ist und auf seiner Unterseite eine zu seiner Längsachse stark geneigte, im wesentlichen ebene Stirn­ fläche aufweist und in seiner Mantelfläche mit einer Längsnut versehen ist, die an der vom Ende des Adap­ terschuhs am weitesten entfernten Stelle in der Stirn­ fläche mündet und daß in der Hülsenbohrung eine Orien­ tierungsnase angeordnet ist, die in die Längsnut einführ­ bar ist. Die geneigte Stirnfläche trifft beim Einführen des Adapterschuhs in die Hülse in einem spitzen Winkel auf die Orientierungsnase und bewirkt eine Drehung des Adapterschuhs und der Meßvorrichtung beim weiteren Eindringen in die Hülse unter der Wirkung des Eigenge­ wichts, bis die Längsnut die Orientierungsnase erreicht und mit dieser in Eingriff tritt. Auf diese Weise wird eine zuverlässige Orientierung des Meßgeräts in der Hül­ se mit Hilfe des Adapterschuhs erreicht.

Um das Ineinandergleiten zu erleichtern, kann zwischen der Orientierungsnase und der Längsnut im Adapterschuh ein verhältnismäßig großes Spiel vorgesehen sein. Eine genauere Orientierung kann erfindungsgemäß dann durch eine zweite Orientierungseinrichtung erfolgen, die vor­ zugsweise aus einer sich an die Längsnut im Adapterschuh anschließenden Orientierungsleiste besteht, die in eine Orientierungsnut in einer in der Hülse angeordneten La­ gerbüchse einführbar ist, wobei das Spiel zwischen der Orientierungsleiste und der Orientierungsnut geringer ist als das Spiel zwischen Orientierungsnase und Längs­ nut. Eine Vereinfachung der Herstellung der Meßvorrich­ tung kann erfindungsgemäß dadurch erzielt werden, daß die Orientierungsnut sich über die gesamte Länge der Lagerbüchse erstreckt und in ihrem unteren Bereich die Orientierungsnase und eine als Blattfeder ausgebildete Arretierungsfeder enthält, die mit einem Nocken am Adap­ terschuh zusammenwirkt. Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die Lagerbüchse an ihrem unteren Ende radiale Vor­ sprünge aufweist, die in eine Aussparung zwischen dem Hülsenende und einem mit diesem verschraubten Führungs­ schuh eingreifen. Auf diese Weise kann die Lagerbüchse ohne zusätzliche Befestigungsmittel mit der Hülse ver­ bunden werden. Weiterhin kann die Lagerbüchse aus zwei getrennten Halbschalen zusammengesetzt sein, um das Frä­ sen der Orientierungsnut zu erleichtern.

Zum Anschluß an das Bohrgestänge kann die Hülse an ihrem oberen Ende mit einer Übergangsmuffe verbunden sein, deren Bohrung einen Ringbund zur Begrenzung einer Bewe­ gung des Meßgeräts in radialer Richtung aufweist. Der Außendurchmesser des Führungsschuhs am unteren Ende der Hülse und der Übergangsmuffe an ihrem oberen Ende sind vorzugsweise größer als der Außendurchmesser der Hülse, um die Durchbiegung der Hülse beim Durchfahren gekrümm­ ter Bohrungsabschnitte zu verringern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird im folgenden näher beschrie­ ben. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Hülse einer Meß­ vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht eines in die Hülse gemäß Fig. 1 einführbaren Kalibermeßgeräts mit Adapterschuh,

Fig. 3 einen Querschnitt an der Stelle III-III durch den Adapterschuh gemäß Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt an der Stelle IV-IV durch den Adapterschuh gemäß Fig. 2 und

Fig. 5 einen Querschnitt an der Stelle V-V durch den Adapterschuh gemäß Fig. 2.

In den Fig. 1 und 2 sind die Bauteile in ihrer Länge im Verhältnis zum Durchmesser verkürzt dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine durch einen Rohrabschnitt gebildete zylindrische Hülse 1, deren unteres Ende mit einem Führungsschuh 2 und deren oberes Ende mit einer Über­ gangsmuffe 3 verschraubt ist. Die Übergangsmuffe 3 weist ein Innengewinde 4 auf, mit der sie an ein Bohr­ gestänge anschließbar ist. An das Innengewinde 4 schließt sich eine Kegelfläche 5 an, die in einem Ringbund 6 endet, dessen Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der Hülse 1.

Im oberen Bereich der Hülse 1 sind schlitzförmige Öff­ nungen 7 vorgesehen, durch die die Kaliberarme eines in die Hülse 1 einsetzbaren Kalibermeßgeräts ausfahrbar sind. Im unteren Bereich der Hülse 1 befindet sich eine Halbschale 8 einer Lagerbüchse 9, die mit seitlichen Vorsprüngen 10 in Aussparungen am unteren Ende der Hül­ se 1 eingesetzt ist und durch den auf das Ende der Hül­ se 1 aufgeschraubten Führungsschuh 2 in den Aussparungen axial unverschiebbar und drehfest gehalten ist. Die zwei­ te, nicht dargestellte Halbschale der Lagerbüchse 9 ist entsprechend ausgebildet und weist ebenfalls Vorsprünge 10 auf, die in die Aussparungen eingreifen. Die Halb­ schale 8 weist eine achsparallele Orientierungsnut 11 auf, die mit einer der Öffnungen 7 fluchtet. Das der Öff­ nung 7 zugekehrte Ende der Orientierungsnut 11 ist trich­ terförmig erweitert. Ebenso ist das den Öffnungen 7 zuge­ kehrte Ende der Innenfläche 12 der Lagerbüchse 9 durch eine Kegelfläche 13 trichterförmig erweitert. In der Mit­ te der Orientierungsnut 11 befindet sich eine gebogene Blattfeder 14, die mit zwei Nieten befestigt ist. Unter­ halb der Blattfeder 14 ist weiterhin eine Orientierungs­ nase 15 vorgesehen, die innerhalb der Orientierungsnut 11 befestigt ist und über die Innenfläche 12 hinaus aus der Orientierungsnut 11 hervorsteht. Die Stirnseiten der Orientierungsnase 15 sind abgerundet.

Fig. 2 zeigt einen mit der Hülse 1 zusammenwirkenden Adapterschuh 16, der über eine Adaptermuffe 17 mit einem Kalibermeßgerät 18 verbunden ist. Der Adapterschuh 16 besteht aus einem massiven, zylindrischen Körper, dessen Außendurchmesser dem Durchmesser der Innenfläche 12 der Lagerbüchse 9 derart angepaßt ist, daß der Adapterschuh 16 leicht in die Lagerbüchse 9 hineingleitet, gleichzei­ tig aber in der Lagerbüchse 9 ausreichend gehalten wird. An seinem unteren Ende weist der Adapterschuh 16 eine ebene Stirnfläche 19 auf, die zu seiner Längsachse in einem Winkel von etwa 45° geneigt ist. An der von dem unteren Ende des Adapterschuhs 16 am weitesten entfern­ ten Stelle mündet in die Stirnfläche 19 eine Längsnut 20, die in der Mantelfläche des Adapterschuhs 16 parallel zu seiner Längsachse verläuft. Die Breite und Tiefe der Längsnut 20 ist so bemessen, daß sich zwischen der Orien­ tierungsnase 15 und den Wänden der Längsnut 20 ein erheb­ liches Spiel ergibt, so daß die Orientierungsnase 15 leicht in die Längsnut 20 hineingleitet. Über der Längs­ nut 20 ist auf der Mantelfläche des Adapterschuhs 16 ein Nocken 21 vorgesehen, der mit der Blattfeder 14 zur Bil­ dung einer Feder-Rast-Verbindung zusammenwirkt. Die Brei­ te des Nockens 21 ist deutlich geringer als die Breite der Orientierungsnut 11. Über dem Nocken 21 und in glei­ cher Flucht mit diesem ist auf dem Adapterschuh 16 wei­ terhin eine Orientierungsleiste 22 angeordnet, die eben­ falls in die Orientierungsnut 11 eingreift. Das Spiel zwischen den Seitenflächen der Orientierungsleiste 22 und der Orientierungsnut 11 ist wesentlich geringer als das Spiel zwischen der Längsnut 20 und der Orientierungs­ nase 15, so daß mit Hilfe der Orientierungsleiste 22 eine genauere Endausrichtung des Adapterschuhs 16 in der Hül­ se 1 erzielbar ist.

An seinem oberen Ende ist der Adapterschuh 16 mit einem Gewindezapfen 23 versehen, auf den eine Kontermutter 24 und die Adaptermuffe 17 aufgeschraubt sind. Mit Hilfe der Kontermutter 24 läßt sich die Adaptermuffe 17 in jeder Winkelstellung starr mit dem Adapterschuh 16 ver­ binden. Die Adaptermuffe 17 ist durch eine Verschraubung 25 mit dem Kalibermeßgerät 18 verbunden. Die ausschwenk­ baren Kaliberarme des Kalibermeßgeräts 18 sind mit 26 bezeichnet. Ein Gewindehals 27 am oberen Ende des Kali­ bermeßgeräts 18 dient zum Anschluß eines Tragseils und des Kabels, durch das das Kalibermeßgerät 18 mit einem Auswertungs- und Aufzeichnungsgerät außerhalb der Boh­ rung verbunden ist.

Mit der beschriebenen Vorrichtung ist die Durchführung von Kalibermessungen mit herkömmlichen im Wire-Line- Service verfügbaren Kalibermeßgeräten in Bohrungen mög­ lich, die als Entnahmebohrungen durch eine neuartige Bohr­ technik mit einem Krümmungsradius von 30-35 m aus der Vertikalen in die Horizontale geführt werden. Weiterhin können mit der beschriebenen Vorrichtung in den stark gekrümmten und den horizontal verlaufenden Bohrungsbe­ reichen die Messungen zur Bohrlochnavigation und zur Bestimmung der Formation durchgeführt werden.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung wird nachfolgend am Beispiel einer Kalibermessung erläutert:

Für die Messung wird die Hülse 1, gefolgt von Steig­ rohren in einer Länge, die dem zu vermessenden Bohrloch­ abschnitt entspricht, am Bohrgestänge bis zu einer Teufe in die Bohrung eingebaut, in der der rapide Neigungsauf­ bau beginnt.

Das Kalibermeßgerät 18 wird vor dem Einbau in den Bohr­ gestängestrang mit der Adaptermuffe 17 und dem Adapterschuh 16 zusammengeschraubt, ohne daß zunächst die Kontermutter 24 angezogen wird. Nun wird der Adap­ terschuh 16 so ausgerichtet, daß die Orientierungsleiste 22 in einer Fluchtlinie mit einem der Kaliberarme 26 liegt. Nach Erreichen dieser Einstellung wird die Konter­ mutter 24 festgezogen und das Kalibermeßgerät 18 in der orientierten Stellung fest mit dem Adapterschuh 16 ver­ bunden.

Die Einheit aus Kalibermeßgerät 18 und Adapterschuh 16 wird danach am Kabel oder einem Tragseil durch einen Side-Entry-Sub gezogen und in das sich noch im vertika­ len Bohrlochbereich befindende Bohrgestänge eingelassen. Sobald der Adapterschuh 16 die Hülse 1 erreicht, wird er über den Ringbund 6 grob vorzentriert und dann durch die Kegelfläche 13 in die Bohrung 12 der Lagerbüchse 9 geleitet. Sobald die geneigte Stirnfläche 19 auf die Orien­ tierungsnase 15 trifft, werden der Adapterschuh 16 und das Kalibermeßgerät 18 gedreht, wobei die Orientierungs­ nase 15 an der Stirnfläche 19 entlanggleitet, bis der Adapterschuh 16 eine Stellung erreicht hat, in der sie in die Längsnut 20 eindringt. Hierdurch wird eine Vorzen­ trierung erzielt, die dafür sorgt, daß die Orientierungs­ leiste 22 mühelos in die Orientierungsnut 11 eindringen kann, um die endgültige und genaue Orientierung des Kali­ bermeßgeräts 18 in der Hülse 1 zu bewirken. Kurz bevor der Adapterschuh 16 seine axiale Endstellung erreicht, überrastet der Nocken 21 die Blattfeder 14 und sorgt da­ durch für eine Arretierung des Adapterschuhs 16 und des Kalibermeßgeräts 18 in axialer Richtung.

Nachdem auf diese Weise das Kalibermeßgerät 18 seine vor­ gesehene Position in der Hülse 1 erreicht hat, wird das restliche Gestänge bis zum Erreichen der Endteufe der Bohrung eingebaut, wobei das Kabel außerhalb des Ge­ stänges geführt wird. Hierbei wird die Hülse 1 durch den gekrümmten Bohrlochabschnitt in den horizontal ver­ laufenden Bohrlochabschnitt geschoben, bis sie die Bohr­ lochsohle erreicht. In dieser Stellung werden die Kali­ berarme 26 motorisch ausgefahren, wobei sie durch die Öffnungen 7 in der Hülse 1 nach außen dringen und sich an der Bohrlochwand anlegen. Die Kalibermessung erfolgt nun in Auswärtsfahrt beim Ausbau des Gestängestranges. Ist die Messung beendet, so wird das Gestänge lediglich bis zum Side-Entry-Sub ausgebaut und das Kalibermeßge­ rät 18 am Kabel gezogen. Danach kann zur Durchführung einer weiteren Messung ein neues Meßgerät eingelassen und arretiert werden, wobei ebenfalls das Meßgerät mit dem Adapterschuh verbunden wird, um eine zentrische, beanspruchungsfreie Positionierung des Meßgeräts in der Hülse 1 zu gewährleisten.

Claims (13)

1. Meßvorrichtung zum Durchfahren gekrümmter oder hori­ zontal verlaufender Tiefbohrungen, gekennzeichnet durch eine mit dem Ende eines Bohrgestänges ver­ schraubbare Hülse (1), in deren Hülsenbohrung durch das Bohrgestänge ein Meßgerät (18) einführbar ist, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Durch­ messer der Hülsenbohrung und das an einem Ende einen Adapterschuh (16) aufweist, mit dem es konzentrisch in der Hülsenbohrung gelagert und arretiert ist.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Adapterschuh (16) an dem unteren Ende des Meßgeräts (18) angeordnet ist.

3. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapterschuh (16) durch eine Feder-Rast-Verbindung (14, 21) in der Hülse (1) arretierbar ist.

4. Meßvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (1) mehrere schlitzartige Öffnungen (7) für den Durchtritt von Meßarmen (26) eines Kalibermeßgeräts (18) aufweist und daß Orientierungsmittel (15, 20, 11, 22) vorge­ sehen sind, die den Adapterschuh (16) beim Einführen in die Hülse (1) in seiner Winkelstellung zur Hülse (1) ausrichten.

5. Meßvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapterschuh (16) in einer beliebigen Winkelstellung mit dem Meßge­ rät (18) verbindbar ist.

6. Meßvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Adapter­ schuh (16) und dem Meßgerät (18) eine Adaptermuf­ fe (17) angeordnet ist, die durch eine konterbare Verschraubung (23, 24) mit dem Adapterschuh (16) verbindbar ist.

7. Meßvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapterschuh (16) zylindrisch ist, auf seiner Unterseite eine zu sei­ ner Längsachse stark geneigte, im wesentlichen ebene Stirnfläche (19) aufweist und in seiner Mantelfläche mit einer Längsnut (20) versehen ist, die an der vom Ende des Adapterschuhs am weitesten entfernten Stelle in der Stirnfläche (19) mündet und daß in der Hülsen­ bohrung eine Orientierungsnase (15) angeordnet ist, die in die Längsnut (20) einführbar ist.

8. Meßvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapterschuh (16) in einem Bereich, der sich an die Längsnut (20) an­ schließt, eine Orientierungsleiste (22) aufweist, die in eine Orientierungsnut (11) in einer in der Hülse (1) angeordneten Lagerbüchse (9) einführbar ist, wobei das Spiel zwischen der Orientierungsleiste (22) und der Orientierungsnut (11) geringer ist als das Spiel zwischen der Orientierungsnase (15) und der Längsnut (20).

9. Meßvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Orientierungsnut (11) sich über die gesamte Länge der Lagerbüchse (9) er­ streckt und in ihrem unteren Bereich die Orientie­ rungsnase (15) und eine als Blattfeder (14) ausgebil­ dete Arretierungsfeder aufnimmt.

10. Meßvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbüchse (9) an ihrem unteren Ende radiale Vorsprünge (10) aufweist, die in eine Aussparung zwischen dem Ende der Hülse (1) und einem mit diesem verschraubten Führungsschuh (2) eingreifen.

11. Meßvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerbüchse (9) aus zwei Halbschalen (8) besteht.

12. Meßvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (1) mit einer Übergangsmuffe (3) an das Bohrgestänge anschließbar ist, deren Bohrung einen Ringbund (6) aufweist, des­ sen Durchmesser geringer ist als der Innendurchmesser der Hülse (1).

13. Meßvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Führungsschuhs (2) und der Übergangsmuffe (3) größer ist als der Außendurchmesser der Hülse (1).