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Diese Erfindung befaßt sich grundsätzlich mit Bohrlochmeßwerkzeugen,
insbesondere, jedoch nicht ausschließlich auf ein
Spaltenorientierungsmeßwerkzeug, das zwischen zwei verriegelbaren Packern vorgesehen wird.
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Bei der Vermessung von Bohrlöchern kommen bekannterweise zwei
Dichtungen im Bohrloch an den oberen und unteren Stellen einer zu spaltenden
Formation zur Verwendung, wie z.B. Packer, wobei zwischen beiden ein Meßgerät
vorgesehen wird. Dann wird eine unter Druck stehende Spaltflüssigkeit zwischen
den gesetzten Packern durch eine Leitungs- oder Rohrkette eingespritzt, auf
denen die Packer in das Bohrloch eingeführt werden. Solche Abläufe können sowohl
an verrohrten oder unverrohrten Bohrlöchern (die als offenes Bohrloch oder
ähnlich bezeichnet werden) durchgeführt werden.
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Das Meßgerät wird mit den verriegelbaren Packern zum Bestimmen der
Laufrichtung einer Spalte verwendet, die durch den/die hydraulische(n)
Spaltvorgang oder -behandlung entsteht, der/die zwischen den verriegelten Packern
vorgenommen wird. Das Meßgerät wird allgemein als Bohrlochmeßgerät bezeichnet,
von denen verschiedene Ausführungen bekannt sind.
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Ein Beispiel eines Bohrlochmeßgeräts bekannter Weise wird in US-A-
4251 921 dargestellt, wo ein solches Werkzeug eröffnet wird, bestehend aus:
einem Stützteil, mindestens einem Gelenkarm, der schwenkbar mit dem Stützteil
verbunden ist; und mindestens einer Sensoreinrichtung zum Erkennen einer
Bewegung besagten Gelenkarms, wenn besagte Sensoreinrichtung mit besagtem
Gelenkarm verbunden ist, wobei besagte Sensoreinrichtung eine
Verdrängungsmeßeinrichtung beinhaltet, die mit besagtem Stützteil verbunden ist, um ein
Signal als Reaktion auf eine wahrgenommene Bewegung besagten Gelenkarms
erzeugt.
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Diese Erfindung betrifft ein verbessertes Meßwerkzeug der oben
geschilderten Form, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Sensoreinrichtung weiter aus
einer Verbindungseinrichtung zum lösbaren Anschluß besagten Gelenkarms an
besagte Verdrängungsmeßeinrichtung und einer Betätigungseinrichtung besteht,
die mit besagtem Stützteil verbunden ist, um besagte Verbindungseinrichtung zu
betätigen, wodurch besagter Gelenkarm mit besagter
Verdrängungsmeßeinrichtung in Kontakt gebracht wird.
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Bei dieser Anordnung kann die Sensoreinrichtung wahlweise mit dem
Verdrängungswerkzeug ver- und ausgekuppelt werden und insbesondere verkoppelt
werden, wenn die Arme zum Vermessen der Größenvariation gegen die
Bohrlochwand ausgeschwenkt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung lassen sich von
Fachkundigen ohne weiteres erkennen, wenn die folgende Beschreibung, im
Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen, betrachtet wird. Es zeigen:
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FIG. 1 eine schematische Darstellung einer Doppel- oder
Dualpacker/Meßgerätegruppe, wobei es sich um eine bevorzugte Ausführungsweise dieser
Erfindung handelt.
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FIG. 2A-2F den Teilaufriß eines oberen Packerbereichs, der in der auf FIG.
1 dargestellten Gruppe zur Anwendung kommen kann und der eine bevorzugte
Ausführungsweise einer Verriegelung vorsieht, mit der sich die zwei Packer der
Baugruppe auf FIG. 1 verklinken lassen.
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FIG. 3 den Endaufriß einer Arretierspindel der Verriegelung dieser
Ausführung, entlang Linie 3-3 auf FIG. 2B, jedoch ohne die anderen Strukturen, die auf
FIG. 2B erscheinen.
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FIG. 4 die Draufsicht eines Teils des Arretierteils der Verriegelung dieser
bevorzugten Ausführungsweise.
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FIG. 5A-5B die bevorzugte Struktur zur Ausführung des Bohrlochmeßgeräts
zwischen den Packern.
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FIG. 6 einen Aufriß einer Basisstruktur zur Durchführung einer bevorzugten
Ausführungsweise des Bohrlochmeßgeräts dieser Erfindung.
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FIG. 7 einen Aufriß des Hauptteils einer weiteren, bevorzugten Ausführung
des Bohrlochmeßgeräts.
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FIG. 8 eine detaillierte Ansicht eines Verriegelungsmechanismus in den
bevorzugten Ausführungsweisen des Bohrlochmeßgeräts.
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FIG. 9 die Grenzübersetzung eines Antriebsmechanismus der bevorzugten
Ausführungsweisen des Bohrlochmeßgeräts.
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FIG. 10 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Kupplung und
Spinnenkupplungsgruppe auf FIG. 7.
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FIG. 11 eine Teilsicht eines Spinnenarms, mit dem Sperrklinken verbunden
sind sowie ein Kupplungsrollenteil, in das die Sperrklinken einrasten.
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Die bevorzugte Ausführungsweise dieser Erfindung wird unter Bezugnahme
auf eine Doppelpackerbaugruppe 2 in einem offenen Bohrloch 4 erläutert. Diese
Bauweise wird auf FIG. 1 schematisch dargestellt wegen der schematischen Art
von FIG. 1 (ohne angemessene Darstellung hat Bohrloch 4, wie Fachkundigen
bekannt ist, eine unregelmäßige und keine glatte Innenwand aufweist).
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Die Doppelpackergruppe 2 auf FIG. 1 umfaßt einen unteren Packerbereich 6
herkömmlicher Ausführung (wie z.B. die untere Halliburton Services Nr. 2 NR
Packergruppe). Im Abstand über dem unteren Packerbereich 6 befindlich ist ein
oberer Packerbereich 8, der mindestens ein Teil einer herkömmlichen, oberen
Packergruppe umfaßt (wie z.B. das obere Teil einer Halliburton Nr. 2 NR
Packergruppe), der jedoch zusätzlich eine neue und verbesserte Verriegelung vorsieht,
durch die die Packer dieser Erfindung miteinander verklinkt werden können.
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Die Darstellung zeigt in einer geschlitzten Hülse 9, die zwischen den
Pakkerbereichen 6, 8 verlaufend ausgeführt ist, ein Bohrlochmeßgerät 10, das
gleichfalls Bestandteil dieser Erfindung ist. Obwohl ein Bohrlochmeßgerät
grundsätzlich ein Gerät bedeutet, dessen vorgesehene Betätigung vorschreiben kann,
daß der obere Packerbereich 8 nicht verdrängt wird, wenn Spaltdruck, der auf den
Raum in Bohrloch 4 zwischen den Packerbereichen, wo das Bohrlochmeßgerät
10 vorgesehen ist, angesetzt wird, eine Kraft ausübt, die höher ist, als
irgendwelches Gewicht, das auf das Rohr einwirkt, auf dem die Packergruppe 2 und das
Bohrlochmeßgerät 10 in das Bohrloch abgelassen werden sowie der Kraft
irgendwelchen hydrostatischen Drucks, der von oben auf den Packerbereich 8
einwirkt, ist das Bohrlochmeßgerät 10 der bevorzugten Ausführungsweise so
konzipiert und ausgeführt, daß wenigstens eine gewisse Bewegung des Packers
toleriert wird. Die Verwendung des Bohrlochmeßgeräts mit den Packern
demonstriert jedoch grundsätzlich einen Bedarf für die Verriegelung dieser Erfindung,
mit der der obere Packerbereich 8 effektiv mit dem unteren Packerbereich 6
verklinkt werden kann, der wiederum durch ein Ankerrohr 12 im Bohrlochboden oder
in den -wänden eingebettet wird, um einer Aufwärtsbewegung des
Packerbereichs
8 vorzubeugen. Selbst wenn nur die Packer verwenden, ist u.U. ein
Verklinken beider Packerbereiche zu empfehlen, um ein Absetzen des oberen
Packers zu verhindern, wodurch möglicherweise Spaltungsflüssigkeit an die
Oberfläche dringen und zu gefährlichen Situationen führen könnte. Die
bevorzugte Ausführungsweise dieser Verriegelung wird auf FIG. 2A-2F im Bohrlochgerät
dargestellt.
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Das auf FIG. 2A-2F dargestellte Bohrlochgerät ist, zusammen mit der
Verriegelung dieser Erfindung, ein Beispiel des oberen Packerbereichs 8. Dieses
Gerät umfaßt ein inneres Rohrteil 14 und ein äußeres Rohrteil 16, wobei beide
eine Mehrzahl von Komponenten beinhalten. Das interne Teil 14 ist im Verhältnis
zum äußeren Teil 16 gleitend ausgeführt; diese beiden Teile lassen sich jedoch
durch Verriegelung 18 dieser Erfindung miteinander verklinken.
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Das innere Rohrteil 14 des oberen Packerbereichs 8 ist in bevorzugter
Ausführungsweise als Spindelgruppe, incl. einer Packerspindel 20 (FIG. 2C-2F) und
einer Arretierspindel 22 (FIG. 2A-2C), gekennzeichnet. Die Packerspindel ist ein
zylindrisches Rohr herkömmlicher Ausführungsweise mit einem unteren Ende mit
externem Gewinde zur Verbindung mit einem unteren Adapter 24, wie er
herkömmlicherweise zum Verbinden (durch die Konfiguration des
Bohrlochmeßgeräts 10 auf FIG. 1) mit dem unteren Packerbereich 6 vorgesehen ist, der mittels
Ankerrohr 12 mit dem Boden oder den Seitenwänden von Bohrloch 4 verankert
ist. Die Packerspindel 20 hat am gegenüberliegenden Ende einen mit internem
Gewinde versehenen Hals zum Verbinden mit dem mit externem Gewinde
versehenen Ende der Arretierspindel 22, wobei die Arretierspindel 22 Bestandteil der
Verriegelung 18 ist, die nachfolgend näher erörtert wird.
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Das äußere Rohrteil 16 ist in der bevorzugten Ausführungsweise als obere
Packerträgergruppe mit einem Packer 26 (FIG. 2D-2E) gekennzeichnet, der
beispielsweise mit einer Verschraubungseinrichtung, incl. Mutter- und
Schraubenkombination 28 auf FIG. 2D, mit der Packerträgerhülse verbunden ist. Die
Pakkerträgerhülse beinhaltet einen Packerbefestigungskranz 30, an dem der Packer
26 befestigt ist sowie eine Verbindung shülse 32 mit der der Befestigungskranz
30 über eine Schnellauslösungskupplung 34 (FIG. 2B D) verbunden ist. Die
Pakkertragerhülse beinhaltet gleichfalls eine Arretierhülse 36 (FIG. 2A-2C), die über
ein Gewinde mit Verbindungshülse 32 verschraubt ist und ein Bestandteil der
Verriegelung 18 darstellt.
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Der Packer 26 besteht aus einer Zusammensetzung (wie z.B. einem
Elastomer) bekannter Art und einem ringförmigen Formstück mit hohlem Innenraum, in
dem die Packerspindel 20 gleitend ausgeführt ist. Untere Abstützung für den
Pakker 26 vermittelt eine Packerstütze 38 (siehe FIG. 2E als mit Packerspindel 20
verkeilt), ein Gummipackerschuh 40, eine Packerschuhstütze 42 und ein
Kopplungskranz 44, mit dem die Schuhstütze 42 mit dem unteren Adapter 24 (FIG. 2E-
2F) verschraubt wird. Diese Bauteile nehmen herkömmliche Formen an, weshalb
von einer weiteren Beschreibung abgesehen wird.
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Der Packerbefestigungskranz 30, die Verbindungshülse 32 und die
Schnellauslösungskupplung 34 sind gleichfalls herkömmlicher Ausführungsweise,
weshalb auch hier von einer weiteren Beschreibung abgesehen wird. Zu
vermerken ist jedoch, daß die Kupplung zwischen dem Packerbefestigungskranz 30 und
der Verbindungshülse 32 eine Dichtung 46 bekannter Art vorsieht, die sich
zwischen dem Packerbefestigungskranz 30 und der Verbindungshülse 32 neben der
Packerspindel 20 befindet, siehe FIG. 2D. Zusätzlich wird die Verbindungshülse
32 mit Packerspindel 20 verkeilt dargestellt, die auf FIG. 2C mit Nummer 48
gekennzeichnet ist.
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Das äußere Rohrteil 16 verbindet an seinem oberen Ende mit einem oberen
Adapter 50 (FIG. 2A) herkömmlicher Ausführungsweise, womit die Verbindung zur
Rohr- oder Leitungskette (ohne Darstellung) realisiert wird, auf der die
Doppelpackergruppe 2 sowie das Bohrlochmeßgerät 10 in das offene Bohrloch 4
eingeführt werden. Der obere Adapter 50 trägt eine Dichtung 52, die eine gleitende
Flüssigkeitsdichtung zwischen dem oberen Adapter 50 und der Arretierspindel 22
vermittelt.
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Die Verriegelung 18 umfaßt nicht nur die o.g. Arretierspindel 22 und die
Arretierhülse 36, sondern gleichfalls einen Verriegelungsmechanismus 54. Jedes
dieser Elemente wird unter Bezugnahme auf FIG. 2A-2C, 3 und 4 erläutert.
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Die Arretierspindel 22 ist eine Einrichtung zum Verbinden eines Teils der
Verriegelung 18 mit Packerspindel 20 im Inneren des Teils des oberen
Packerbereichs 8, in dem sich das äußere Rohrteil 16 befindet. Die Arretierspindel 22 ist
ein gestrecktes Teil mit zylindrischer Innenseite 56, die einen Längskanal 58
bildet, der axial durch die gesamte Lange der Arretierspindel 22 verläuft.
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Die Spindel 22 hat gleichfalls ein vorstehendes Teil 60, das vom
Hauptkörper radial nach außen vorsteht. In den vorstehenden Bereich 60 sind vier
Hohlräume
62, 64, 66 und 68 (FIG. 2B und 3) eingefräst oder enderweitig gebildet, die
sich durch die Außenseite des vorstehenden Bereichs 60 und quer zur Länge der
Spindel 22 in dem vorstehenden Bereich 60 ausdehnen. Zu jedem dieser vier
Hohlräume zählen jeweils zwei Schlitze, die sich längs von den
entgegengesetzten Enden des jeweiligen Hohlraums ausdehnen. Die mit Hohlraum 62
verbundenen zwei Schlitze werden auf FIG. 2B durch Kennzahlen 70, 72 gekennzeichnet
und die für Hohlräume 64, 66, 68 jeweils als Schlitze 74,76, 78, die Schlitz 72 von
Hohlraum 62 entsprechen, vgl. FIG. 3. Die Hohlräume 62, 64, 66, 68 sind als
jeweils zwei Paare diametrisch entgegengesetzter Hohlräume ausgeführt, wobei ein
Paar die Hohlräume 62, 66 und das zweite Paar Hohlräume 64, 68 umfaßt. Die
Hohlräume und Schlitze öffnen sich oder sind in Richtung der Arretierhülse 36
gestellt.
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Die Arretierspindel 22 umfaßt gleichfalls eine zylindrische Außenseite 80,
die eine untere Dichtfläche aufweist, in der eine Dichtung 82 ausgeführt ist (siehe
FIG. 2C), die in eine Aussparung 84 der Arretierhülse 36 eingebettet ist. Der
Durchmesser der Oberfläche 80 ist kleiner als der äußerste Durchmesser des
vorstehenden Bereichs 60, wobei zwischen beiden ein sich radial ausdehnender,
ringförmiger Ansatz 86 bildet.
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Die Arretierspindel 22 hat eine weitere zylindrische Außenseite 88, die längs
vom Ende des vorstehenden Bereichs 60 gegenüber dem Ende verläuft, von dem
die Oberfläche 80 ausgeht. Die Außenseite 88 hat den gleichen Durchmesser wie
Oberfläche 80, wobei ein sich radial ausdehnender, ringförmiger Ansatz 90
zwischen der Außenseite 88 und dem äußersten Teil des vorstehenden Bereichs 60
bildet. Die Außenseite 88 hat eine obere Dichtfläche, die mit der auf dem oberen
Adapterso geführten Dichtung 50 Kontakt nimmt. Dichtungen 52 und 82 sind von
gleichen Abmessungen, so daß an entgegengesetzten Seiten des vorstehenden
Bereichs 60 eine hydraulisch ausgeglichene Dichtung zwischen Arretierspindel 22
und Arretierhülse 36 erzeugt wird.
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Der vorstehende Bereich 60 kann sich in Raum 91, der sich zwischen einer
Außenseite der Arretierspindel 22 und Inenseite 92 der Arretierhülse 36 sowie bei
der Innenfläche 92 der Arretierhülse 36 bildet, die radial nach außen von der
Inn enseite 94 der Arretierhülse versetzt ist, längs oder axial bewegen. Dieser
Versatz wird über einen radialen, ringförmigen Ansatz 95 etabliert, der Ansatz 86 von
Arretierspindel 22 gegenübersteht Dieser Raum bildet sich gleichfalls zwischen
den längs im Abstand befindlichen Umfangsdichtungen 52, 82. Arretierhülse
36 hat eine zylindrische Außenseite 96 und eine mit Gewinde versehene
zylindrische Außenseite 98, die von Oberfläche 96 radial nach innen versetzt ist und dem
Verschrauben mit einem internen Gewinde der Verbindungshülse 32 dient.
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Auf der Innenseite 92 befindet sich eine Arretierhülseneingriffsfläche 100,
bestehend aus Rillen oder Verzahnung, die eine Eingriffseinrichtung zum
Verklinken der passenden Elemente eines Verriegelungsteils darstellt, das Bestandteil
des Verriegelungsmechanismus 54 ist. Die Arretierhülseneingriffsfläche 100
verläuft nicht über die gesamte Länge von Oberfläche 92, so daß der
Verriegelungsmechanismus 54 längs zwischen einer längs befindlichen, unverklinkten
oder Ausklinkstellung, die sich näher an Ansatz 95 als am entgegengesetzten
Ende des Raums 91 befindet, d.h. bei einer radialen ringförmigen Oberfläche 101
des oberen Adapters 50 und einer längs befindlichen, verriegelten oder
Eingriffsstellung, wo wenigsten ein Teil des Verriegelungsmechanismus mindestens einen
Teil der Arretierhülseneingriffsfläche 100 abdeckt, beweglich ist.
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Der Verriegelungsmechanismus 54 der bevorzugten Ausführungsweise
besteht aus einer Verriegelungsteileinrichtung, die gleitend in wenigstens einem der
Hohlräume 62, 64, 66, 68 zum Arretieren in der Packerträgerhülsengruppe
ausgeführt ist (speziell die Arretierhülseneingriffsfläche 100 der bevorzugten
Ausführungsweise), wenn die Verriegelungsteileinrichtung in die o.g. längs befindliche
Eingriffsstellung und dann in eine radiale, verklinkte oder Eingriffsstellung
versetzt wird. Der Verriegelungsmechanismus 54 beinhaltet zusätzlich eine
Betätigungsdruckübersetzungseinrichtung, die sich in dem Rohrteil befindet, auf dem
die Verriegelungsteileinrichtung aufgezogen ist, über die ein Betätigungsdruck so
auf die Verriegelungsteileinrichtung übertragen wird, daß sich die
Verriegelungsteileinrichtung in Richtung des anderen Rohrteils und in die radiale
Verklinkungsstellung bewegt, wenn der Betätigungsdruck angesetzt wird. Der
Verriegelungsmechanismus 54 beinhaltet ebenfalls eine Druckvorrichtung, die mit dem
Rohrteil verbunden ist, auf dem die Verriegelungsteileinrichtung aufgezogen ist
und womit ein Druck gegen die Verriegelungsteileinrichtung ausgeübt wird, der
einer Kraft entgegengesetzt ist, die durch den Betätigungsdruck auf die
Verriegelungsteileinrichtung ausgeubt wird, so daß die Verriegelungsteileinrichtung vom
anderen Rohrteil weg und somit in Richtung einer radialen Auskupplungsstellung
gedruckt wird, wobei die Verbindung mit der Arretierhülseneingriffsfläche 100
getrennt wird, auch wenn die Verriegelungsteileinrichtung die Eingriffsfläche 100
teilweise abdeckt und sich somit in einer längs verriegelbaren oder
Eingriffsstellung befindet. So neigt die Druckkraft zum Bewegen der
Verriegelungsteileinrichtung tiefer in den jeweiligen Hohlraum. Weiterhin umfaßt die
Verriegelungseinrichtung 54 eine hydrostatische Druckübersetzungseinrichtung, die im Rohrteil
ausgeführt ist, auf dem die Verriegelungsteileinrichtung aufgezogen ist, mit der sich ein
hydrostatischer Druck auf die Verriegelungsteileinrichtung übertragen läßt, so
daß eine vom hydrostatischen Druck ausgehende Kraft, entgegengesetzt der vom
Betätigungsdruck auf die Verriegelungsteileinrichtung ausgeübten Kraft, auf die
Verriegelungsteileinrichtung angesetzt wird.
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Die Verriegelungsteileinrichtung der bevorzugten Ausführungsweise umfaßt
vier Verriegelungsteile, die jeweils in einem der zugehörigen Hohlräume 62, 64,
66 und 68 ausgeführt sind. Weil diese Verriegelungsteile identisch sind, wird
grundsätzlich nur ein Verriegelungsteil 102 auf FIG. 2B beschrieben. Das
Verriegelungsteil 102 beinhaltet ein Greiferteil oder Einrichtung 104 zum Bilden einer
Arretierteileingriffsfläche 106 (vgl. FIG. 4), die der Innenwand 92 der Arretierhülse
36 zugewendet ist. Die Greifereinrichtung 104 der bevorzugten Ausführungsweise
besteht aus einem länglichen Trägerblock 108 und einer Mehrzahl greifender
Zähne 110, die in der bevorzugten Ausführungsweise von Karbideinsätzen
gebildet sind, die im schragen Winkel im Tragerblock 108 eingebettet sind, um eine
geneigte Konfiguration der Karbideinsatze zu vermitteln, woaus ihre Fähigkeit
resultiert, in die Arretierhülseneingriffsfläche 100 der Arretierhülse 36
einzubeißen oder einzugreifen. Die Zähne 110 werden entlang einer rechteckigen, flachen
Oberfläche 111 von Trägerblock 108 aufgenommen und bilden eine Mehrzahl von
Vorständen, die sich von der Oberfläche des Trägerblocks 108 ausdehnen. An
den den gebogenen Enden gegenüberliegenden des länglichen Trägerblocks 108
sind jeweils Aussparungen 112, 114 eingefrast oder anderweitig gebildet.
Aussparung 112 hat eine gebogene Unterseite 116. Parallele, flache Oberflächen
118, 120 dehnen sich von entgegengesetzten Rändern von Unterseite 116 aus.
Aussparung 114 hat eine gebogene Unterseite 122 sowie parallele, flache
Flächen 124, 126, die sich von entgegengesetzten Rändern der Oberfläche 122
ausdehnen.
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Das Verriegelungsteil 102 umfaßt ebenfalls eine Dichteinrichtung 128, die
entfernbar mit dem Tragerblock 108 verbunden ist und eine gleitende Dichtung
zwischen dem Verriegelungsteil 108 und den internen Seitenwänden des
Hohlraums 62 bildet, in dem das Verriegelungsteil 102 ausgeführt ist. Die
Dichteinrichtung 128 besteht aus einem Dichtunterteil 130 mit einer länglichen Konfiguration,
ähnlich der des Trägerblocks 108 und der Form von Hohlraum 62. Eine
Peripherierille 132 verläuft um die Außenseite des Dichtunterteils 130. Die Rille 132
nimmt eine Dichtgruppe 134 auf, bestehend aus einem O-Ring oder anderem,
geeigneten Flüssigkeitsteil und einem Dichtungsstützring, der die Reibung der
beweglichen Dichtung reduziert und den Hauptdichtring gegen die
Druckdifferenzen verstärkt, die u.U. über der Dichtstruktur auftreten können.
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Das Dichtunterteil 130 ist über eine geeignete Verbindungseinrichtung mit
dem Trägerblock 130 verbunden, wobei beide lösbar im Verbund sind, um ein
Abtrennen des Trägerblocks 108 vom Dichtunterteil 130 zu ermöglichen, wie z.B.
wenn die Arretierteileingriffsfläche, die von den Greiferzähnen 110 gebildet wird,
abgenutzt ist und ausgetauscht werden muß. In der bevorzugten
Ausführungsweise umfaßt diese Verbindungseinrichtung eine schwalbenschwanzförmige
Zinke 136, die aus einem zentralen Teil des Dichtunterteils 130 hervorsteht sowie
einen Zapfen 138, der zentral lang und quer zur Oberfläche des Trägerblocks 108
zur gleitenden Aufnahme der schwalbenschwanzförmigen Zinke 136 ausgeführt
ist.
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Die Bauteile des Verriegelungsteils 102 bilden einen gleitenden Körper, der
in Hohlraum 62 beweglich ausgeführt ist. Entsprechende Bauteile bilden
Verriegelungsteile 64, 66, 68 für gleichzeitige, gleitende Bewegung mit dem
Verriegelungsteil 102. Diese Bewegung resultiert aus dem Ansprechen auf einen
Betätigungsdruck, der durch die Leitungs- oder Rohrkette von der Oberfläche und in
Kanal 58 der Arretierspindel 22 sowie Hohlraumen 62, 64, 66, 68 auf die
jeweiligen Betätigungsdruckübersetzungseinrichtungen angesetzt wird. Da jede dieser
Übersetzungseinrichtungen identisch ist, wird hier nur eine erläutert, die zu
Hohlraum 62 zählt.
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Die Betätigungsdruckübersetzungseinrichtung überträgt einen hydraulischen
Druck aus dem axialen Kanal 58 auf die Hohlraume 62, 64, 66, 68 der
Arretierspindel 102. Dieser Druck wirkt gegen das Verriegelungsteil 102 und andere
Verriegelungsteile und bewegt, wenn er stark genug ist, die Verriegelungsteile radial
nach außen, so daß wenigstens ein Teil der Eingriffsflächen wenigstens teilweise
mit der Arretierhülseneingriffsfläche 100 der Arretierhülse 36 verklinkt wird, wenn
diese radial abgestimmt sind. Diese radiale Abstimmmung wird nach Setzen der
Packer realisiert, wie nachfolgend näher erläutert wird.
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Zum Herstellen einer Verbindung mit Hohlraum 62 sieht die zum Hohlraum
62 gehörige Druckübersetzungseinrichtung zwei Löcher 140, 142 vor, die in den
jeweiligen Querwänden der Arretierspindel 22 gebildet sind. Diese Wände
dehnen sich zwischen Kanal 58 und Hohlraum 62 aus. Der Betätigungsdruck aus der
Spaltungsflüssigkeit, der durch den zentralen Kanal gepumpt wird und der durch
den gesamten oberen Packerbereich 8 in den offenen Bohrlochraum 4 strömt, der
zwischen den im Abstand befindlichen Packern der oberen und unteren
Packerbereiche 6,8 gebildet ist, wird durch diese Löcher übersetzt.
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Eine Spanneinrichtung des Verriegelungsmechanismus 54 umfaßt pro
Verriegelungsteil zwei Federteile. Da die Federteile aller Verriegelungsteile identisch
sind, werden hier nur die zwei mit Verriegelungsteil 102 verbundenen und auf
FIG. 2B dargestellten beschrieben. Diese Federteile werden mit Kennzahlen 144,
146 gekennzeichnet. Das Federteil 144 hat ein Unterteil 148 und ein Eingriffsteil
150, das sich im stumpfen Winkel vom Unterteil 148 ausdehnt. Das Federteil 144
besteht aus widerstandsfähigem Material, so daß sich das Eingriffsteil 150 im
Verhältnis zum Unterteil 148 verbiegen kann, wobei jedoch eine resultierende
Spannkraft erzeugt wird, die zur Rückkehr des Eingriffsteils 150 in seine
Ruhestellung führt, die aus FIG. 2B hervorgeht. Diese Wirkung vermittelt eine
Spannkraft, die in entgegengesetzte Richtung wie die des hydraulischen
Betätigungsdrucks wirkt, der durch Löcher 140, 142 einwirkt und so dazu neigt, das
Verriegelungsteil 102 tiefer in den Hohlraum 62 zu bewegen. Dies wirkt sich als
Rückzugskraft aus, wenn der Betätigungsdruck abgenommen wird.
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Das Unterteil 148 wird in Langloch 70 aufgenommen und das Eingriffsteil
150 dehnt sich wie ein Federfinger in die Aussparung 112 des Verriegelungsteils
102 aus. Das Federteil 144 wird mit geeigneter Verbindungseinrichtung in Schlitz
70 abgesichert, woraus die o.g. Bauweise resultiert, bei der das Ende des
Federteils 144, das vom Eingriffsteil 150 gebildet wird, aus dem Hohlraum 62 vorsteht
und in die Aussparung 112 von Trägerblock 108 eingreift, um eine radial nach
innen wirkende Kraft auf Block 108 und so auf das gesamte Verriegelungsteil 102
auszuüben. Diese Verbindungseinrichtung besteht bei bevorzugter
Ausführungsweise aus einem Federstutz- oder -unterteil 152 neben Unterteil 148 von Federteil
144 und einer Schraube oder einem Bolzen 154, die/der sich durch die im
Unterteil
148 gebildeten Löcher und das Federunterteil 152 sowie in eine radial
verlaufende Gewindebohrung ausdehnt, die von Schlitz 70 in das vorstehende Teil 60
der Arretierspindel 22 verläuft.
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Das Federteil 146 ist auf ähnliche Weise konstruiert und positioniert, wie
Federteil 144, mit Ausnahme, daß es ein Unterteil 156 aufweist, das mit Hilfe
eines Federunterteils 158 und einer Schraube oder eines Bolzens 160 in Schlitz 72
abgesichert ist. So kann sich ein Eingriffsbereich 162 von Federteil 146 in die
Aussparung 114 des Verriegelungsteils 102 ausdehnen. Somit dehnt sich das
Federteil 146 in entgegengesetzte Richtung auf solche Weise in Richtung
Federteil 144, daß der Eingriffsbereich 162 über den Hohlraum 62 hinausgeht und in
den Trägerblock 108 eingreift, um eine radial nach innen wirkende Kraft auf Block
108 auszuüben.
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Die Spanneinrichtung umfaßt ebenfalls einen Befestigungsring 164, der frei
zwischen den Schrauben oder Bolzen 154, 160 ausgeführt ist und die Federteile
144, 146 sowie den Trägerblock 108 teilweise überlagert. Der Ring 164 wirkt als
Sicherheitsvorrichtung zum Vorbeugen gegen ein zu weites Ausdehnen nach
außen der Federteile 144, 146.
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Die Übersetzungseinrichtung des Verriegelungsmechanismus 54 für den
hydrostatischen Druck beinhaltet vier radiale Laufwege, die durch die
Arretierhülse 36 so gebildet sind, daß ein extern von Arretierhülse 36 herrschender Druck
nach innen übertragen wird, um eine radial nach innen wirkende Kraft auf
Verriegelungsteil 102 und insbesondere auf dessen Trägerblock 108 auszuüben. Diese
vier Laufwege befinden sich in gleichem Abstand um den Umfang der
Arretierhülse 36, so daß nur einer, der als Loch 166 gekennzeichnet ist, auf FIG. 2B
dargestellt wird. In der bevorzugten Ausführungsweise hat jedes dieser Löcher einen
Durchmesser von 12,4 mm; andere Löcher mit angemessenem Durchmesser
können jedoch Verwendung finden. Das Loch 166 und seine drei Gegenstücke
dehnen sich radial durch die Arretierhülse 36 entlang Ansatz 95 aus, der sich
zwischen den versetzten Innenflächen 92, 94 bildet. So resultieren
Verbindungswege zum Ausströmen des hydrostatischen Drucks aus dem oberen
Packerbereich 8 und uber Packer 26, wo dieser mit Raum 91 in der Arretierhülse 36, d.h.
zwischen den Dichtungen 52, 82, in Verbindung kommt. Diese Locher
ermöglichen gleichfalls das Füllen der hydraulischen Kammer oder des Raums 91 mit
Flüssigkeit, während die Doppelpackergruppe 2 in das Bohrloch eingeführt wird,
wodurch der interne und externe Druck über den Verriegelungsteilen
ausgeglichen wird.
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Um die Verklinkung zu verwenden, wird die Packergruppe 2 an einer
Rohr- oder Leitungskette (ohne Darstellung) befestigt und auf bekannte Weise in das
Bohrloch eingeführt. Wenn sich die Doppelpackergruppe 2 an zutreffender Stelle
befindet, werden Packer 26 und der Packer des unteren Packerbereichs 6,
ebenfalls auf bekannte Weise gesetzt. Beim Einführen dieser Struktur in das
Bohrloch 4 befinden sich die inneren und äußeren Rohrteile des oberen
Packerbereichs 8 an den auf FIG. 2A-2F dargestellten Stellen. Werden die Packer
dagegen gesetzt, kommt es zu einer relativen Bewegung zwischen den inneren und
äußeren Rohrteilen, so daß wenigstens ein Teil der Arretierteileingriffsflächen von
Verriegelungsteil 102 und der drei in Hohlräumen 64, 66, 68 ausgeführten
Verriegelungsteile radial wenigsten teilweise mit der Arretierhülseneingriffsfläche 100
abgestimmt sind. Zu diesem Zeitpunkt, aber bevor ausreichend Betätigungsdruck
durch die Rohr- oder Leitungskette abwärts und in Kanal 58 der Arretierspindel 22
angesetzt wird, halten die Federteile der Spanneinrichtung die jeweiligen
Verriegelungsteile in ihren radialen, unverklinkten Stellungen, siehe Stellung des
Verriegelungsteils 102 auf FIG. 2B. Diese Verriegelungsteile werden ebenfalls durch
den im Ringraum zwischen der Arretierhülse 36 und der Oberfläche des
Bohrlochs 4 herrschenden hydrostatischen Drucks in diesen unverklinkten, radialen
Stellungen gehalten. Dieser hydrostatische Druck wirkt auf die Verriegelungsteile
ein, indem er durch die radialen Laufwege der hydrostatischen
Druckübersetzungseinrichtung (d.h. Loch 166) übertragen wird. Positionieren der Verriegelung
18 über dem oberen Packer 26 trennt und beschränkt die äußere Kraft, die radial
nach innen auf die Verriegelungsteile einwirkt, auf die des hydrostatischen
Drucks.
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Soll die hydrostatische Verriegelung 18 aktiviert werden, wodurch die
Verriegelungsteile in ihre Verklinkungsstellungen bewegt werden und die
Greiferzähne der Verrieglungsteile in die Eingriffsfläche der Arretierhülse 100 eingreifen,
stromt eine Flüssigkeit abwarts durch die Rohr oder Leitungskette in Kanal 58
und führt zur Drucksteigerung, bis ausreichend radial nach außen wirkende
direkte Kraft verfügbar ist, die höher ist als die Krafte, die durch die Federteile und den
hydrostatischen Druck ausgeübt werden, die durch die
Betätigungsdruckübersetzungseinrichtung (d.h. Locher 140,142) auf jedes Verriegelungsteil einwirken.
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Die Anwendung dieser radial nach außen gerichteten Kraft beweigt gleichzeitig
jedes der Verriegelungsteile radial nach außen, um das innere Rohrteil 14 mit
dem äußeren Rohrteil 16 zu verklinken. Dadurch wird der Packer 26 effektiv mit
dem unteren Packerbereich 6 verklinkt, weil das innere Rohrteil 14 durch den
unteren Adapter 24 mit dem unteren Packerbereich 6 verbunden ist.
Vorausgesetzt der Rohrdruck ist höher, als der hydrostatische Druck und die Spannkraft
der Federteile, bleiben die Verriegelungsteile mit dem äußeren Gehäuse des
oberen Packerbereichs 8 verklinkt, wodurch eine Aufwärtsbewegung des oberen
Packers 26 verhindert wird. Nachdem der Spaltungs- oder anderer
Betätigungsdruck abgenommen wird, gehen die Verriegelungsteile infolge des
hydrostatischen Drucks und der Rückzugsfederteile der Spanneinrichtung in ihre
ursprünglichen, radial ausgeklinkten Stellungen zurück.
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Wie generell auf FIG. 1 gezeigt befindet sich zwischen dem unteren
Packerbereich 6 und dem oberen Packerbereich 8 das Bohrlochmeßgerät 10. Die
bevorzugte Ausführungsweise einer Einrichtung zum Befestigen des
Bohrlochmeßgeräts 10 zwischen den zwei Packerbereichen wird auf FIG. 5A-SB dargestellt.
Grundsätzlich wird diese Art der Montage durch eine Befestigungseinrichtung
zum Absichern des Bohrlochmeßgeräts 10 zwischen den unteren und oberen
Packern so vorgenommen, daß das Bohrlochmeßgerät mit den zwei Packern im
Bohrloch zwar bewegt werden kann, jedoch so, daß die zwei Packer, relativ zum
Bohrlochmeßgerät 10, längs beweglich sind, wenn das Bohrlochmeßgerät mit der
Seitenwand des Bohrlochs 4 in Verbindung ist.
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Die Befestigungseinrichtung in der bevorzugten Ausführungsweise umfaßt
die geschlitzte Hülse 9, die auf FIG. SA-5B mit einer zylindrischen Wand 200
dargestellt wird, die ein oberes Ende vorsieht; durch einen Bypaßventilbereich 202,
angepaßt zur Verbindung mit dem oberen Packerbereich 8 sowie einem unteren
Ende, gleichfalls über Bypaßventilbereich 202, angepaßt zur Verbindung mit dem
unteren Packerbereich 6 (Richtungsangaben wie z.B. "oberer" und "unterer"
erfolgen unter Bezugnahme auf die auf den Zeichnungen dargestellte Orientierung
sowie die normale Ausrichtung des Bohrlochmeßgeräts 10 in einem vertikalen
Bohrloch. In Nähe des oberen Endes von Wand 200 ist/sind ein oder mehrere
ffnungen 204 gebildet, durch die Flüssigkeit in oder aus dem internen Hohlraum
des oberen Packerbereichs 8 und in oder aus einem oberen Hohlraum 206
strömen kann der zwischen dem Teil der Wand 200 in der geschlitzten Hülse 9,
durch die besagte Öffnungen 204 gehen und einer ringförmigen Wand 208
gebildet wird. In einem Zwischenwandteil 200 befindet sich eine Mehrzahl von
Schlitzen 210, durch die sich Eingriffselemente des Bohrlochmeßgeräts 10 ausdehnen,
wie nachfolgend näher erläutert wird. Die Schlitze 210 sind um den Umfang der
Wand 200 ausgeführt, vgl. FIG. 5A.
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In einem in der geschlitzten Hülse 9 ausgeführten Hohlraum 212 unter Wand
208 befindet sich ein inneres Gehäuse 214, das ein unteres Ende aufweist (ohne
Darstellung), das mit dem Ankerrohr verbunden ist, mit dem der untere
Packerbereich 6 verbunden ist. Das Gehäuse 214 hat eine zylindrische Wand 216, in der
mehrere Schlitze 218 geformt sind. Das Gehäuse 214 wird in der geschlitzten
Hülse 9 so gehalten, daß die sich längs ausdehnenden Schlitze 218, 210 radial
so abgestimmt werden, daß die ausdehnbaren Teile von Bohrlochmeßgerät 10
sich dadurch radial ausdehnen können.
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Die Wand terminiert an ihrem oberen Ende an einer Endwand 220, durch die
eine Öffnung 222 zur Vermittlung der Flüssigkeitsverbindung zwischen Hohlraum
212 der geschlitzten Hülse 9 und einem Hohlraum 224 des Federgehäuses 214
verläuft. Das Bohrlochmeßgerät 10 wird in Hohlraum 224 aufgenommen. Von der
Endwand 220 dehnt sich ein Naßanschlußadapter 226 axial aus, der eine
zylindrische Form annimmt, in der ein Hals gebildet ist. Der Hals nimmt den
Naßanschluß oder dessen elektrische Steckverbindung in bekannter Weise auf, um
einen elektrischen Anschluß zwischen einer Drahtleitung und dem
Bohrlochmeßgerät 10 herzustellen.
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Das untere Ende des Hohlraums 224 von Gehäuse 214 wird von einer
radialen Wand 228 gebildet. Die Wand 228 bildet nicht nur die Unterseite von
Hohlraum 224 sondern gleichfalls die Oberseite eines Hohlraums 230, in dem ein
Magnetometer 232 ausgeführt ist. Das Magnetometer 232 ist ein Gerät einer Art, mit
der sich die Position von Bohrlochmeßgerät 10 im Verhältnis zum magnetischen
Norden feststellen läßt. Andere Positionsortungsgeräte, wie beispielsweise ein
Neigungsmeter oder ein Kreisel, können gleichfalls Verwendung finden.
Andernfalls läßt sich eine Rohrzählung durchführen.
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In Hohlraum 224 von Gehäuse 214 befindet sich das Bohrlochmeßgerät 10,
das eigens von einer oberen Feder 234 sowie einer unteren Feder 236 in
Hohlraum 224 abgesichert wird. Die Feder 234 dehnt sich zwischen der Innenseite
von Wand 220 und einer Oberseite von Bohrlochmeßgerät 10 aus, während sich
Feder 236 zwischen einer Unterseite von Bohrlochmeßgerät 10 und einer
Oberfläche von Wand 228 ausdehnt, vgl. FIG. 5A-5B. So werden die Federn 234, 236
sowie Bohrlochmeßgerät 10 in der geschlitzten Hülse 9 gehalten, die mit den
Packerbereichen 6, 8 verbunden ist. Die Federn 234, 236 führen zu einer
freischwebenden Aufzugsweise, so daß sich Bohrlochmeßgerät 10 längs frei in
Gehäuse 214 bewegen kann und somit eine Bewegung im Verhältnis zu den
Pakkerbereichen 6, 8 zuläßt. In der bevorzugten Ausführungsweise ermöglichen die
Federn 234, 236 eine Längsbewegung von ca. 2,5 bis 5,1 cm. Das ist bei der
bevorzugten Ausführungsweise dieser Erfindung wichtig, wo das Bohrlochmeßgerät
10 direkt in die Bohrlochwand 4 eingreift, nachdem es zum Einsatz positioniert ist,
wobei diese arretierte Stellung auch dann beibehalten wird, wenn sich die
verriegelten Packerbereiche 6, 8 bewegen sollten. Die Federn 234, 236 vermitteln
gleichfalls beim Einführen in und Entfernen aus dem Bohrloch eine Dämpfung für
Bohrlochmeßgerät 10.
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Der auf FIG. 5B teilweise dargestellte Bypaßventilbereich 202 ist von
bekannter, geeigneter Art. Er umfaßt eine Öffnung 238, durch die Flüssigkeit
strömen kann, wenn das Ventil von Bereich 202 geöffnet wird. Wenn das Ventil
geöffnet ist, kann Flüssigkeit zwischen dem/den oberen Öffnung(en) 204 der
geschlitzten Hülse 9 und Öffnung 238 des Bypaßventilbereichs 202 strömen,
wodurch die Flüssigkeit um das Bohrlochmeßgerät 10 und seine Federhalterung
strömt.
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Das auf FIG. 5A-5B dargestellte Bohrlochmeßgerät 10 wird der Einfachheit
halber nur teilweise dargestellt. Das Gerät 10 wird mit einem oberen Bereich 240
dargestellt, in dem die Elektronik und der Antriebsmotor untergebracht sind.
Gleichfalls von Bereich 240 aufgenommen werden Meßwandler, die auf die
Bewegung der radial ausdehnbaren Teile von Gerat 10 ansprechen. Zwei dieser
Gerate, die an ihren oberen Enden mit dem oberen Bereich 240 verbunden sind,
werden auf FlG. 5A mit Kennzahl 242 bezeichnet. Weitere Meßwandler, die im
oberen Bereich 240 aufgenommen werden können, sind Druckmeßwandler und
Temperaturmeßwandler sowie alle weiteren geeigneten Meßwandler, die im
Rahmen der Abmessungen eines solchen Bohrlochgeräts aufgenommen werden
konnen. Die ausdehnbaren Teile 242 sind an ihren unteren Enden mit einem
unteren Bereich 244 verbunden, der Bestandteil der Antriebseinrichtung zum
Bewegen der ausdehnbaren Teile 242 unter unabhängiger Kraft ist. In Bereich 244
können gleichfalls Kraftmeßwandler aufgenommen werden, mit denen sich das
Ausmaß der unabhängigen Kräfte anzeigen läßt, die auf die ausdehnbaren Teile
242 angesetzt werden. Ohne Darstellung auf FIG. 5A, jedoch gleichfalls
Bestandteil der bevorzugten Ausführungsweise von Bohrlochgerät 10 ist ein
Kupplungsmechanismus, mit dem sich jedes der ausdehnbaren Teile 242 mit einem
zugeordneten Bewegungssensor verbinden läßt, der im oberen Bereich 240
ausgeführt ist. Die Bauteile aller dieser Bereiche werden unter Bezugnahme auf FIG. 6-
11 beschrieben.
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Die auf FIG. 6 dargestellte Ausführungsweise zeigt den oberen Bereichs 240
und den unteren Bereich 244 ohne äußeren Abdeckungen, um die allgemeine
Innenkonstruktion darzustel len. Ebenfalls entfernt ist der Kupplungsmechanismus
zum Anschließen der Teile 242 an die Sensoren; dieser Kupplungsmechanismus
erscheint in der Ausführungsweise auf FIG. 7. Der obere Bereich 240 hat eine
Mehrzahl längs verlaufender Stützstangen 246. Mit diesen Stützstangen 246
verbunden sind zwei laterale Grundplatten 248, 250, die längs im Abstand
voneinander ausgeführt sind. Mit den Enden der Stangen 246 gegenüber Platte 248 ist
eine laterale Platte 252 am oberen Ende verbunden. Die Stangen 246 befinden
sich im Abstand an der äußeren Peripherie von Platten 248, 250, 252, so daß die
wirksamen Bauteile des oberen Bereichs 240 an der Innenseite der Stangen und
zwischen den im Abstand befindlichen Platten 248, 250, 252 ausgeführt werden
können. Diese wirksamen Bauteile umfassen einen Elektromotor 254 geeigneter
und bekannter Art und Weise, wie z.B. ein normaler Bohrlochmeßgerätmotor.
Gleichfalls befinden sich in diesem Bereich Leiterplatten mit geeigneten
Schaltungen zum Konditionieren der verschiedenen Stromsignale, die auf diese
Erfindung angesetzt oder davon erzeugt werden. Ebenfalls mit inbegriffen ist eine
Motorschaltung zum Steuern von Motor 254. Diese Schaltungen werden hier nicht
weiter dargestellt oder erörtert, weil sie Fachkundigen in der Funktion dieser
Erfindung ausreichend bekannt sind.
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Der untere Bereich 244 der auf FIG. 6 dargestellten Ausführungsweise
beinhaltet einen Läufer 255 mit einer äußeren Abdeckung 256 (vgl. FIG. 5A) und
Endstützplatten 258, 260, wo sich dazwischen Verbindungsstangen 262 ausdeh
nen, um die Grundplatten 258, 260 längs im Abstand abzustutzen. Die Endplatten
258, 260 haben eine Mehrzahl von längs abgestimmten Öffnungen, die in Nähe
ihrer äußeren Peripherie vorgesehen sind. Federführungsstangen 264 sind
gleitend
durch die Öffnungen ausgeführt. Sechs Doppelöffnungen und sechs solcher
Federstangen sind in der bevorzugten Ausführungsweise vorgesehen, die den
sechs streckbaren Teilen 242 entsprechen, die bei dieser bevorzugten
Ausführungsweise zur Verwendung kommen. Das obere Ende aller Stangen 264 ist
schwenkbar mit jeweils einem Ende einer der ausstreckbaren Teile 242
verbunden, vgl. FIG. 6.
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Jede der Federführungsstangen 264 hat einen Befestigungskranz 266 zum
Absichern einer zugehörigen Feder 268 zwischen Grundplatte 260 und Kranz
266. Je nach geeigneter Bewegung des Läufers, die über einen
Kugelschraubverbindungsmechanismus 270 erfolgt, der Läufer 255 mit Motor 254 verbindet,
werden die Federn 268 zusammengedrückt.
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Infolge einer Längsbewegung von Läufer 255 im unteren Bereich 244
werden alle ausstreckbaren Teile 242 radial nach innen oder außen bewegt, je nach
der Längsrichtung der Läuferbewegung. Jedes der Teile 242 hat einen
Gelenkarm, bestehend aus einem längeren Streben- oder Armbereich 272 und
einem kürzeren Streben- oder Armbereich 274, die über Drehgelenk 276
schwenkbar miteinander verbunden sind. Das Ende von Strebe 272 gegenüber
Drehgelenk 276 ist über ein Drehgelenk 280 mit einer Absicherungsplatte 278 des
oberen Stützbereichs 240 schwenkbar verbunden. Das Ende der Strebe 274
gegenüber Verbindung 276 ist über Drehgelenk 282 mit dem jeweiligen Teil der
Grundplatte 258 verbunden. Diese Schwenkgelenkverbindungen sind von geeignetem
Typ, wie z.B. eine Gabelkopf- und Steckstiftverbindung, wobei ein gegabelter Teil
durch einen Steckstift mit einer Haltenase verbunden ist, die zwischen den
Gabeln ausgeführt wird.
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Eine detailliertere Beschreibung wenigstens einiger der o.g. Elemente und
ihrer Funktion erfolgt unter spezieller Bezugnahme auf die auf Fig. 7-11
dargestellte Ausführungsweise, die eine detailliertere Konstruktionsweise darstellt, als
die auf FIG. 6. Zu verstehen ist, daß die Ausführungsweisen auf FIG. 6 sowie 7-
11 ähnliche Bauteile verwenden und hinsichtlich ihrer Funktion identisch sind.
Gleiche oder ähnliche Teile der Ausführungsweisen von FIG. 6 und FIG. 7
werden mit gleichen Kennzahlen gekennzeichnet.
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Der obere Bereich der auf FIG. 7 dargestellten Ausführungsweise beinhaltet
einen Stützrahmen, ähnlich wie der auf FIG. 6 dargestellte. Er wird gleichfalls auf
FIG. 7 als von Abdeckung oder Gehäuse 284 abzudeckend dargestellt. Gehause
284 wird neben Gehäuse 214 positioniert. Gehäuse 284 ist mit der Stützwand
oder Trennwand 278 durch Schrauben oder andere geeignete Mittel verbunden.
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In einer abgeschrägten Öffnung 285, die sich axial in der oberen Wand von
Gehäuse 284 bildet, ist ein Naßanschlußadapter 287 ausgeführt. Der Adapter 287
beinhaltet einen abgeschrägten Stecker 289 mit Dichtteil 291, das darauf
getragen wird. Der Stecker wird in der abgeschrägten Öffnung 285 durch eine
zylindrische Gewindeaufnahmehülse 293 mit Öffnung 285 verschraubt. Die Hülse 293
nimmt ein Naßanschlußteil 295 auf, wenn es am Ende einer Drahtleitung in das
Bohrloch abgelassen wird. In der bevorzugten Ausführungsweise ist das
Naßanschlußgerät, von dem sich Teil 295 ausdehnt, von geeigneter Art, wie
beispielsweise Welex, jedoch angepaßt zur Verwendung mit dieser Erfindung. Ein
Merkmal solcher Anpassung wäre beispielsweise die Verwendung einer
Ausdehnungskupplung zwischen dem Naßanschlußgerät und Teil 295. Eine solche
Ausdehnungskupplung würde die vertikale Verdrängung von ca. 17,8 cm aufnehmen,
die beim Setzen des oberen Packerbereichs der bevorzugten Ausführungsweise
auftreten kann.
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Der obere Bereich der auf FIG. 7 dargestellten Ausführungsweise beinhaltet
den Motor 254, der auf Montageprofil 286 aufgezogen ist, das mittels Schrauben
mit der Grundplatte 248 verbunden ist, wovon eine durch Kennzahl 286
gekennzeichnet ist. Die Motorwelle ist mit einer Kupplungs- oder Verbindungsstange 290
verbunden, wodurch die Motorwelle mit einer Kugelschraubwelle 292 des
Kugelschraubverbindungsmechanismus 270 verbunden wird. Zur Antriebswelle von
Motor 254 und der Verbindungswelle 290 gehört ein Zahnrad 294, vgl. FIG. 9.
Das Zahnrad 294 ist mit vier weiteren Zahnrädern 296, 298, 300, 302 verbunden,
die einen übersetzten Antrieb darstellen, dessen Übersetzung in der bevorzugten
Ausführungsweise zweiundzwanzig Drehungen der Kugelschraubwelle 292
zuläßt. Nach Durchführung dieser zweiundzwanzig Umdrehungen greift ein Stift 304
auf Zahnrad 302 in einen oberen Grenzschalter der Grenzschalter 306 ein.
Dadurch wird der Motor 254 ausgeschaltet und weiterem Antrieb der
Kugelschraubwelle 292 vorgebeugt. Diese Zahnräder und der Grenzschalter befinden sich in
einem Fach oder Bereich 308, das/der auf FIG. 7 dargestellt wird und das/der
sich zwischen den längs angeordneten Platten 248, 250 bildet. Die Welle 290
wird von einem Rollenlager 310 und einem Drucklager 312 entsprechend
abgestutzt. Diese Lagerungen sind in Hohlräumen in der Trennwand 278 ausgeführt,
die sich axial gegenüberstehen. Hierbei handelt es sich um eine alternative
Bauweise der Trennwand im Gegensatz zu der dünneren, die aus der
Ausführungsweise auf FIG. 6 hervorgeht. In der auf FIG. 6 dargestellten Ausführungsweise
werden die Drucklager an beiden Seiten des Trennwandblocks ausgeführt.
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Gleichfalls geht ein Kanal 314 durch die Trennwand 278, der Druck an einen
Druckmeßwandler 316 überträgt, der mit Kanal 314 verbunden und im oberen
Bereich der Ausführungsweise auf FIG. 7 vorgesehen ist. In der bevorzugten
Ausführungsweise ist dieser Druckmeßwandler von bekannter Art und dient dem
Erkennen von Druck im Bereich 0 bis 34,5 MPa. Er ist somit imstande, im
Bohrloch anstehenden Druck zu messen, der über Kanal 314 durch die Schlitze in
Hülse 9 sowie Gehäuse 214 übertragen wird.
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Gleichfalls im oberen Bereich der auf FIG. 7 dargestellten Ausführungsweise
ausgeführt ist eine Mehrzahl von Einrichtungen zum Messen des gesamten
Radialabstands, der von allen ausdehnbaren Teilen 242 zurückgelegt wird, wenn
diese auf Motor 254 und andere im unteren Bereich der bevorzugten
Ausführungsweise ausgeführte Antriebsteile von Bohrlochmeßgerät 10 ansprechen. In
der bevorzugten Ausführungsweise aller dieser Meßeinrichtungen ist ein
Widerstandspotentiometer 318, der mit einem Betätigungsarm 320 ausgerüstet ist, mit
einer Betätigungsstange 322 verbunden, die mit einem vorstehenden Ansatzteil
324 des jeweiligen Gelenkarms 242 Kontakt nimmt, der durch die zwischen
Gerätkörper 318 und einem Verbindungs-/Befestigungskranz 328 ausgeführten
Feder 326 gespannt wird. Infolge dieses direkten und permanenten Kontakts
zwischen der Verbindungsstange 322 und Ansatz 324 erzeugt der Potentiometer 318
ein Stromsignal, das im Verhältnis zur Gesamtbewegung des jeweiligen
Gelenkarms steht. Weil die bevorzugte Ausführungsweise sechs Gelenkarme
vorsieht, sind gleichfalls sechs Potentiometer 318 vorgesehen. Die mit
gegenüberstehenden Armen verbundenen Potentiometer 318 werden so verpaart, daß die
von jedem Paar erzeugten Signale eine Anzeige uber den Gesamtdurchmesser
oder Durchschnitt des Bohrlochs vermitteln, der sich aus jedem entsprechenden
Paar von Gelenkarmen ergibt. Jeder Potentiometer 318 mit zugehöriger
Verbindungsstange 322 wird längs im oberen Bereich des Bohrlochmeßgeräts 10
ausgeführt. Der vorstehende Ansatz 324 ist so gebildet, daß im gesamten Bereich der
radialen Bewegung jedes entsprechenden Gelenkarms Kontakt mit dem Ende von
Stange 322 beibehalten wird.
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Obwohl ohne Darstellung auf den Zeichnungen, sieht der obere Bereich der
bevorzugten Ausführungsweise des Bohrlochmeßgeräts 10 gleichfalls einen
Temperaturmeßwandler bekannter Art vor, wie z.B. einen im Bereich bis zu
260ºC.
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Der untere Bereich der auf FIG. 7 dargestellten Ausführungsweise hat
ähnliche Elemente, wie der entsprechende untere Bereich der auf FIG. 6, was durch
Verwendung gleicher Kennzahlen angedeutet wird. Die Ansicht auf FIG. 7 zeigt
dagegen einen Bereich der Federführungsstangen 264 ohne die
Verbindungsstangen 262. Außerdem werden auf FIG. 7 der Einfachheit halber nur zwei der
Gelenkarme 242 dargestellt; alle sechs Arme 242 sind jedoch von gleicher
Bauweise, wie die des nachfolgend ausführlich erläuterten. Diese Ansicht zeigt
gleichfalls den Kugelschraubverbindungsmechanismus 270 und andere Merkmale
des unteren Bereichs 244 der bevorzugten Ausführungsweise, die nicht auf FIG. 6
erscheinen. Hinsichtlich der Stangen 264 zeigt FIG. 7, daß alle durch
zutreffenden obere und untere Dichtungen 334, 336 verlaufen, die gleiche Flächen
vorsehen, über die ein Druckausgleich zwischen den Dichtungen vermittelt wird.
Dichtungen 334 sind in der Grundplatte 258 eingebettet und Dichtungen 226 in
Grundplatte 260.
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Axial von der Grundplatte 258 ausdehnend ist ein Halsteil 338, in das sich
das untere Teil der Verbindungsstange 290 und das obere Teil der
Kugelschraubwelle 292 ausdehnt und miteiander verbindet. Eine Dichtung 340,
ausgeführt an der Oberseite des Halsteils 338, kontaktiert abdichtend die Stange 290.
Das Halsteil 338 hat eine abgestufte oder versetzte äußere Erscheinung, wodurch
ein radialer ringförmiger Ansatz 342 zwischen den zylindrischen Längsflächen
330, 332 entsteht.
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Unter der Grundplatte 258, gegenüber dem Halsteil 338 jedoch axial damit
abgestimmt, ist eine Kugelschraubhülse 343 ausgeführt, in der die
Kugelschraubwelle 292 kooperativ aufgenommen wird. Die Hülse 343 kooperiert mit
Läufer 255 so daß die Drehung der Welle 292 den Läufer, je nach Drehrichtung,
auf- oder abwärts treibt.
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Als Strichlinien auf FIG. 7 werden alternative Ausführungsweisen einer
Sensoreinrichtung zum Erzeugen von Stromsignalen dargestellt, die der Kraft
entsprechen, die durch jeweils eine der mehreren Federn 268 ausgeübt wird. Für
jede Kombination aus Federführungsstange 264 und Feder 268 kann jeweils eine
Sensoreinrichtung vorgesehen sein. Eine dieser alternativen Ausführungsweisen
ist ein Linearpotentiometer 344. Ein solcher Potentiometer ist mit einer der
Federführungsstangen 264 verbunden
(wie z. B. am zutreffenden Befestigungskranz 266), so daß der jeweilige
Potentiometer ein Stromsignal erzeugt, das der Verdrängung des jeweiligen
Befestigungskranzes 266 und somit der der jeweiligen Feder 268 entspricht. Da die Art der
Feder bekannt ist, läßt sich mit ihrer Verdrängung die von der Feder ausgeübte
Kraft ableiten. Ein alternatives Gerät wäre eine Lastzelle 346, die kolinear unter
der jeweiligen Feder ausgeführt wird, um ein Stromsignal im Verhältnis zur Last
zu erzeugen. Die Verwendung eines dieser oder anderer geeigneter Geräte, mit
denen sich die von jeder der entsprechenden Federn ausgeübte Kraft feststellen
läßt, ist nützlich zur Vermittlung von Angaben, mit denen sich lokalisierte
Streßmessungen vornehmen lassen, insbesondere im Zusammenhang mit den
Durchbiegungsmessungen infolge der Bewegung der streckbaren Arme 242. Eine
spezielle Messung, die sich so ableiten läßt, ist der Härtefaktor der Formation.
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Aus der o.g. Erläuterung der oberen und unteren Bereiche des
Bohrlochmeßgeräts 10 läßt sich ohne weiteres erkennen, daß Motor 254,
Verbindungsstange 290, Kugelschraubverbindungsmechanismus 270, Läufer 255 und Stange
264-/Feder 268-Gruppen kombiniert sind, um die bevorzugte Ausführungsweise
einer Antriebseinrichtung darstellen, mit der sich alle sechs Gelenkarme 242 so
gemeinsam bewegen lassen, daß die Drehgelenke 276 der Arme 242 gleichzeitig
aufwärts vom Bohrlochmeßgerät 10 bewegt werden und unabhängige Kräfte auf
die Gelenkarme ausüben, die am Bohrloch 4 anliegen. Dieser Vorgang kommt
zustande, wenn der Motor 254 den Läufer längs aufwärts bewegt, siehe entweder
FIG. 6 oder FIG. 7. Diese Bewegung wird solange fortgesetzt, bis der Stift 304
von Zahnrad 302 in den aufwärts gerichteten Grenzschalter der Grenzschalter
306 eingreift. Im entgegengesetzten Fall ziehen diese Bauteile die Gelenkarme
242 radial nach innen, wenn der Motor 254 den Laufer in die längs
entgegengesetzte Richtung bewegt, bis der Stift 304 in den abwärts gerichteten
Grenzschalter der Grenzschalter 306 eingreift.
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Wenn sich Arme 242 im Bohrloch 4 radial nach außen ausdehnen, kommt es
durch Punkte oder Spitzen 347, die an den Enden von Bereichen 272 der Arme
242 ausgeführt sind, zum Kontakt mit dem Bohrloch. In der bevorzugten
Ausführungsweise sind zwei der Arme 242 mit Karbidspitzen zum Eindringen in die
Formation
ausgeführt, um das Bohrlochmeßgerät fest damit zu arretieren, wogegen
die anderen vier Arme mit mehr gerundeten Spitzen versehen sind. In der
bevorzugten Ausführungsweise wird davon ausgegangen, daß die Haltekraft, die von
einem der Arme ausgeübt werden kann, typischerweise bis zu 1100N betragen
kann; es kann jedoch eine beliebige Kraft vorgesehen werden, indem eine
zutreffende Art von Verdichtungsfeder als Feder 268 Verwendung findet. Das
spezifische Maß an von einer Feder angewendeten Kraft ist abhängig davon, wie weit
der jeweilige Gelenkarm ausgestreckt wird, was wiederum von der Größe und
Form des Bohrlochs abhängig ist.
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Das letzte Hauptbauteil der bevorzugten Ausführungsweise des
Bohrlochmeßgeräts 10, das hier beschrieben werden soll, ist die Einrichtung, mit der
Krümmungen im Bohrloch festgestellt werden. Diese Einrichtung befindet sich
größtenteils in der Mitte des Bohrlochmeßgeräts 10. Diese Einrichtung wird auf
FIG. 7 generell mit Kennzahl 348 gekennzeichnet. Sie umfaßt eine
Sensoreinrichtung zum Feststellen von Bewegungen der Gelenkarme, wenn die
Sensoreinrichtung mit den Gelenkarmen verbunden ist. In der bevorzugten Ausführungsweise
ist jeweils eine solche Sensoreinrichtung für jeden der sechs Gelenkarme
vorgesehen. Die Einrichtung umfaßt weiterhin Betätigungseinrichtungen zum Betätigen
jeder Sensoreinrichtung, nachdem die Antriebseinrichtung die Gelenkarme 242 in
Kontakt mit der Seitenwand des Bohrlochs 4 gebracht hat, so daß jede der
Sensoreinrichtungen nur solche Bewegungen der Gelenkarme feststellt, die auftreten,
nachdem die Gelenkarme in Kontakt mit der Seitenwand des Bohrlochs gebracht
worden sind.
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Jede Sensoreinrichtung beinhaltet eine Verdrängungsmeßeinrichtung, die
mit dem Stützteil verbunden ist, daß vom oberen Bereich 240 des
Bohrlochmeßgeräts 10 gebildet wird und dem Erzeugen eines Stromsignals infolge der
Bewegung des jeweiligen mit dieser Verdrängungsmeßeinrichtung verbundenen
Gelenkarms dient. In der bevorzugten Ausführungsweise ist die
Verdrängungsmeßeinrichtung ein linear variabler Differenztransformator-Meßwandler
geeigneter und bekannter Art, wie z.B. ein Meßwandler der Schaevitz Serie XS-C (wie
z.B. Modell 149 XS-C). Diese Art von Meßwandler hat nur einen beschränkten
Bereich meßbarer Linearverdrängung (beispielsweise ± 3,8 mm), weist jedoch in
diesem Bereich eine Prazision von 0,0025 mm (oder besser als erforderlich) auf.
So lassen sich Bohrlochkrümmungen (die erwartungsgemäß nicht größer als ca.
2,5 mm sind) mit dieser Erfindung bei einer Auflösung von mindestens 0,025 mm
messen.
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Ein solcher Meßwandler wird auf FIG. 7 mit Kennzahl 350 gekennzeichnet.
Jeder Meßwandler 350 hat einen Körper, der in der bevorzugten
Ausführungsweise längs im Gehäuse des oberen Bereichs 240 ausgeführt ist. Gleitend im
Gehäuse ausgeführt ist ein bewegliches Teil, das auch Läufer genannt wird, daß
sich im Verhältnis zum Bohrlochmeßgerät 10 längs bewegt. Diese Montage erfolgt
in der bevorzugten Ausführungsweise wegen der Platzverhältnisse längs; andere
Ausrichtungen des Meßwandlers sind jedoch gleichfalls möglich, wenn geeignete
Meßwandler und Gerätegrößen Platz finden können. Wenn sich das bewegliche
Teil im Meßwandlerkörper bewegt, wird ein Stromsignal erzeugt. Wenn das
bewegliche Teil mit dem jeweiligen Arm 242 verbunden ist, wird dieses Signal
infolge der Bewegung dieses Arms 242 erzeugt, daß auf die Krümmung des
Bohrlochs 4 zurückzuführen ist.
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Diese Krümmungssensoreinrichtung beinhaltet gleichfalls eine
Verbindungseinrichtung zum lösbaren Verbinden jeweils eines Gelenkarms 242 mit
seinem zugehörigen Meßwandler 350. Diese Verbindungseinrichtung beinhaltet eine
Verbindungsleitung, die vom Gelenkarm 242 ausgeht. In der bevorzugten
Ausführungsweise ist diese Verbindungsleitung ein Anschlußband 352, bestehend aus
einem langen, dünnen Edelstahlstreifen, wobei ein Ende in Abstimmung mit dem
Stift oder der Spitze 347, die die Formation an Schwenkgelenk 276 berührt,
verbunden ist. Das Band 352 verläuft durch eine Eingriffseinrichtung, die
nachfolgend näher erörtert wird und um einen Führungsschuh 354, der einen gebogenen
Rand 356 aufweist, um den das Band verläuft und um 90º gebogen wird, so daß
das gegenüberliegende Ende des Bandes quer zum ersten Ende des Streifens
zurückläuft, wobei das erste Ende quer zur Längsrichtung des
Bohrlochmeßgeräts 10 verläuft. Der Führungsschuh 354 ist auf ein L Profil 355 montiert, das
durch zwei Inbusschrauben mit einer runden Grundplatte 370 verbunden wird, vgl.
FIG. 7 und 10.
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Das entgegengesetzte Ende von Band 352 ist durch eine geeignete
Einrichtung mit Laufer 255 der Antriebseinrichtung verbunden. In der bevorzugten
Ausführungsweise wird das durch eine Feder 358 realisiert, die sich in Läufer 255
befindet, vgl. FIG. 7. Die Feder 358 hat ein Ende in Verbindung (wie z.B. Haken
und Öse) mit dem Band 352 und das andere in Verbindung mit einer
Verbindungsplatte
360, die an der Unterseite der Grundplatte 260 befestigt ist. Die
Feder 358 dient dem Aufnehmen von Durchhang und dem permanenten Beibehalten
der Spannung des Streifens oder Bandes 352 hinsichtlich des Unterschieds im
Verhältnis zwischen den zwei Hebelbereichen oder Streben, aus denen sich der
streckbare Arm 242 zusammensetzt und weiter hinsichtlich des nichtlinearen
Laufverhältnisses zwischen dem Kontaktpunkt jedes Arms und der
Federantriebsgruppe im unteren Bereich des Bohrlochmeßgeräts 10. Diese Spannung darf sich
nicht nachteilig auf das Meßsystem auswirken, wenn das Band 352 in seiner
Meßstellung arretiert ist.
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Zum Arretieren von Band 352 in seiner Meßstellung, umfaßt die
Verbindungseinrichtung der Krümmungssensoreinrichtung die o.g. Eingriffseinrichtung,
mit der die Verbindungsleitung mit den jeweiligen Meßwandlern 350 verbunden
werden, wenn die Eingriffseinrichtung in der Eingriffsstellung ist und die
Verbindungleitung von den Meßwandlern abgetrennt wird und wenn sich die
Eingriffseinrichtung in der ausgeklinkten Stellung befindet. Diese Eingriffseinrichtung
klemmt in der bevorzugten Ausführungsweise, durch Ansprechen auf die
Betätigungseinrichtung, die wiederum auf die Antriebseinrichtung anspricht, Band 352
am beweglichen Teil des jeweiligen Meßwandlers 350 fest. Diese
Klemmeinrichtung umfaßt ein(en) rechtwinkligen Hebel oder Krümmerteil 362, das Armbereiche
364, 366 aufweist, die quer (spezifisch vertikal) zueinander ausgeführt sind. Der
Armbereich 364 umfaßt ein Gabelelement 365 (vgl. FIG. 8) mit offenem,
gabelförmigem Ende, in das eine querverlaufende Verlängerung aufgenommen,
verschraubt oder anderweitig abgesichert wird, die ein integriertes Bestandteil des
Armbereichs 366 darstellt, jedoch gleichfalls Bestandteil des Armbereichs 364 ist.
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Dieses Teil 362 dient der Aufnahme einer 90º Richtungsänderung zwischen
der Richtung der Wandverformung und der Laufrichtung des beweglichen Teils
oder Laufers von Meßwandler 350, wenn der Meßwandler langs ausgeführt ist,
vgl. FIG. 7. In der bevorzugten Ausführungsweise hat der Krummer 362 ein 1. 1
Verhaltnis, getragen von einem Bendix Biegungsfedergelenk 368, das an einem
L-Profil 369 abg esichert ist, das durch zwei Inbusschrauben mit der Grundplatte
370 verbunden ist, vgl. FIG. 7 und 10. Die Platte wird mit länglichen Teilen 371
als Bestandteil des Rahmens des oberen Bereichs 240 von Bohrlochmeßgerät 10
verbunden. Diese Art von Verbindung vermittelt ein gefedertes Gelenk, daß
genaues Zentrieren der Drehung des L-förmigen Hebels 362 fast reibungslos und
frei von Wärmeentwicklung zuläßt. Diese Geräte haben größtenteils keinen
Rückschlag, was bei der Vermessung mit Auflösung im Bereich von 0,025 mm
ausschlaggebend ist, wie es bei der bevorzugten Ausführungsweise dieser
Erfindung der Fall ist. Aus diesem Grund ermöglicht diese Konstruktionsweise und
Montage des Krümmers 362 das automatische Zentrieren der Läufer oder des
beweglichen Teils von Meßwandler 350, wenn Teil 362 aus dem zutreffenden Arm
242 ausgerastet wird. Dieser Läufer wird durch einen schmalen, dünnen Streifen
372, der mit Schrauben abgesichert ist (vgl. FIG. 7), mit Arm 366 von Hebel 362
verbunden. Dieser dünne Streifen, der in der bevorzugten Ausführungsweise
ungefähr 0,11 mm dick und 4,7 mm bis 6,4 mm breit und aus Edelstahl gefertigt ist,
wird so verwendet, daß die Verdrängungsbewegung über eine genau bemessene
Distanz von diesem Biegungsgelenk verläuft, so daß jede Seitenbelastung infolge
einer Drehung des L-förmigen Teils 362 entspannt wird.
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Zum Verklinken eines Streifens 352 mit einem Krümmer 362 (es gibt jeweils
einen pro Gelenkarm 242), so daß Bewegung des jeweiligen Gelenkarms 242
durch den zutreffenden Krümmer 362 an die Läufer des jeweiligen Meßwandlers
350 übertragen wird, hat das Armteil 364 des Krümmers 362 einen
selbstsperrenden, unter Federdruck stehenden Kupplungsmechanismus mit bevorzugter
Ausführungsweise, die auf FIG. 8 dargestellt wird. Das Gabelstück 365 von
Armbereich 364 ist mit der Querverlängerung von Armbereich 366 so verbunden, daß
die gebogene Fläche 376 in ihrer Querverlängerung in der zentralen Öffnung der
vergabelten Verlängerung des Gabelelements 365 liegt. Das Band 352 kann mit
Hilfe eines Kupplungsrollenteils 378, das sich aus einer zylindrischen Hülse 379
und einem zylindrischen Stift 381, der axial durch und über beide Enden der
Hülse 379 hinausgeht, zusammensetzt, mit Oberfläche 376 verklemmt werden, vgl.
FIG. 11. Teil 378 wird durch einen Haltekolben oder Amboß 380, der von Feder
382 in Richtung 352 gedrückt wird, in Reibkontakt mit Band 352 gebracht. Diese
Bauweise sieht eine Verbindung des 1:1 Verhältnis-Kupplungssystems vor, das
Bohrlochkrümmungen zwischen Stift 347, der in die Formation eingreift und dem
Läufer von Meßwandler 350 mit keinem oder nur geringfügigem Rückschlag
überträgt.
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Die Rolle 378 hat durch seinen Stift 381 zwei Enden mit kleinerem
Durchmesser, die in den abgestimmten Schlitzen 383 des Gabelelements 365
aufgenommen werden. Einer dieser Schlitze wird auf FIG. 8 dargestellt. Ein zentraler,
zylindrischer Bereich des Teile 378 mit größerem Durchmesser, der von Hülse
379 gebildet wird, dehnt sich zwischen den Schlitzen so aus, daß Rolle 378 nicht
versehentlich aus diesen Schlitzen kommen kann.
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Amboß 380 und Feder 382 werden in der zentralen Öffnung des
Gabelelements 365 so aufgenommen, daß sie sich, infolge der Führung durch eine
Führungsstange 365 des Ambosses 380, längs bewegen können. Die durch Feder
382 in Richtung Rolle 378 gespannte Stirnfläche des Ambosses 380 erscheint auf
FIG. 8 mit flacher Neigung, die auf einen zentralen Bereich zuläuft, der mit Rolle
378 in Verbindung steht. Die Neigung dieser Konvergenz bleibt flach (d.h.
geringer als 13º), um den Kupplungsmechanismus selbstsperrend auszuführen, wenn
dieser zum Eingriff in der Rolle 378 gelöst wird.
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Bewegung der Rolle 378 entgegengesetzt der Spannkraft, die durch die
Feder 382 ausgeübt wird, erfolgt durch die Betätigungseinrichtung, die in der
bevorzugten Ausführungsweise eine Spinne 386 vorsieht, die zur relativen Bewegung
zwischen der Grundplatte 370 und den jeweiligen Rollen 378 ausgeführt ist.
Sprungfedern 388, von denen eine auf FIG. 10 erscheint, werden zwischen der
Grundplatte 370 und der Spinne 386 zum Spannen der Spinne 386 in Richtung
der Rollen 378 gehalten. Obwohl FIG. 10 einen Bolzen 393 und eine
selbstsichernde Mutter 395 im Zusammenhang mit der Feder 388 vorsieht, werden solche
Muttern und Bolzen zwar zur Montage verwendet, sind aber nach Montage nicht
zum Zusammenhalten von Platte 370 und Spinne 386 erforderlich, wie aus
Betrachtung der montierten Baugruppe auf FIG. 7 und 10 zu erkennen ist. Die
Spinne 386 hat eine zentrale, zylindrische Nabe 389, von der sich Finger radial
ausdehnen, wovon einer mit Kennzahl 390 gekennzeichnet ist. Es gibt sechs solche
Finger, wobei jeweils ein Finger zu einem Gelenkarm 242 und der zugehörigen
Verbindungsgruppe zählt. Jeder Finger 390 ist vergabelt und jede Gabelung sieht
an ihrem äußeren Ende eine Sperrklinke 391 vor, in der eine Rille zur Aufnahme
des jeweiligen Endes von Stift 381 der Rolle 378 ausgeführt ist, wenn die Federn
388 die Sperrklinken 391 in Richtung ihrerjeweils abgestimmten Kupplungen mit
Rollen 378 zwingen. Verschiedene Aspekte dieser Konstruktionsweise werden
auf FIG. 7-11 demonstriert. Durch Nabe 389 verläuft ein axialer Kanal, in dem
Stange 290 g leitend ausgeführt wird.
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Die Federn 388 spannen die Spinne 386 in Richtung einer
Spinneneingriffsstellung, in derjede Sperrklinke 391 in die zutreffende Rolle 378 eingreift,
mit der sie abgestimmt ist und bewegt diese in die ausgekuppelte Stellung, weg
vom jeweiligen Band 352. Somit ist die kumulative Kraft, die von Federn 388
ausgeübt wird, größer, als die kumulative Kraft, die von Federn 382 in Krümmern 362
der bevorzugten Ausführungsweise ausgeübt wird.
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Die Spinne 386 wird infolge einer Bewegung der Antriebseinrichtung auf
eine Spinnenauskupplungsstellung bewegt, wo die Sperrklinken 391 der Spinne
386 aus den Stiften 378 so ausgekuppelt sind, daß jeder Gelenkarm 242 unter
Eingriffskraft, die durch Federn 382 ausgeübt wird, so mit seinem zugehörigen
Meßwandler 350 verbunden wird. In der bevorzugten Ausführungsweise, die auf
FIG. 7 erscheint, tritt dieser Fall ein, wenn Läufer 255 ausreichend längs nach
oben bewegt wird, bis Ansatz 342 des Halsteils 338 die Unterseite von Nabe 389
der Spinne 386 berührt und die Spinne längs nach oben bewegt. Dieser Umstand
tritt bei der bevorzugten Ausführungsweise kurz vor der zweiundzwanzigsten
Umdrehung der Übersetzungsgruppe auf Fig. 9 ein, wenn der aufwärts gerichtete
Grenzschalter eingerastet wird, genau gesagt, wenn die Gelenkarme 242
vollständig in das Bohrlochmeßgerät 10 zurückgezogen sind und Ansatz 342 76 mm
unter der Unterseite von Nabe 389 steht. Während der Antriebsmotor 254 die
Schraubwelle 292 zum Ausstrecken der Gelenkarme 242 dreht, bewegen sich die
oberen und unteren Bereiche 240, 244 relativ aufeinander zu und Nabe 389
bewegt sich relativ in Richtung Ansatz 342. Nach ausreichender Bewegung
zwischen Nabe 389 und Ansatz 342 nimmt der Ansatz Kontakt mit der Nabe; dieser
Kontakt wird jedoch vor Abzählen der zweiundzwanzigsten Umdrehung der
Schraubwelle realisiert. Somit dreht sich die Welle weiter, so daß der Ansatz 342
die Spinne 386 in Richtung Grundplatte 370 gegen die Federn 388 drückt. Diese
Maßnahme wird für weitere 6,3 mm fortgesetzt, wenn die Abzählung von
zweiundzwanzig Drehungen erreicht ist, wodurch der Betrieb des Antriebsmotors 254
zum Stillstand gebracht wird. Diese Bewegung ist so relativ, daß die Gelenkarme
242 in den Eingriff mit dem Bohrloch kommen, bevor die letzte Linearbewegung
von 6,4 mm von Ansatz 342 erfolgt. So bleiben die Kupplungen in den Krümmern
362 ausgerastet, bis die Gelenkarme 242 die Bohrlochwand berühren. Eine aus
gekuppelte Stellung wird auf FIG. 7 und 10 dargestellt, während FIG. 8 eine
eingekuppelte Stell ung zeigt.
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Wenn sich also die Spinne 386 auf ihrer, relativ zur Grundplatte 370,
untersten Stellung befindet, greifen die Sperrklinken 391 in die Rollen 378 ein und
halten diese in ihren ausgekuppelten Stellungen, wobe die Klemmteile, die von
den Rollen 378 gebildet werden, die Bänder 352 lösen. Wenn sich die Spinne in
ihrer, relativ zur Grundplatte 370, höchsten Stellung befindet, so daß die
Sperrklinken 391 die Rollen 378 auskuppeln, können die Rollen 378 automatisch von
Federn 382 in Richtung der Bänder 352 gespannt werden, um diese zu greifen
und neben den Eingriffsflächen 376 der Krümmer 362 zu halten.
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In der bevorzugten Ausführungsweise des gesamten Werkzeuges dieser
Erfindung wird das Bohrlochmeßgerät 10 von Federn an jedem Ende zwischen
den oberen und unteren Packerbereichen abgestützt. Diese Federn sind von
einer Art, die ungefähr 2,5 bis 5,1 cm Spielraum des Bohrlochmeßgeräts 10
zwischen den oberen und unteren Packerbereichen zulassen. Der Geräteträgerteil,
in dem sich das Bohrlochmeßgerät 10 zwischen den Packerbereichen befindet,
sieht sechs Schlitze vor, durch die sich Arme 242 in Kontakt mit der Formation
ausstrecken, durch die das Bohrloch 4 führt. Die bevorzugte Ausführungsweise
des Bohrlochmeßgeräts 10 empfängt und sendet Stromsignale über ein
Drahtleitung, die durch das Bohrloch und den oberen Packerbereich sowie über einen
Naßanschluß in Verbindung mit dem Bohrlochmeßgerät steht.
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Ein bedeutendes Merkmal der bevorzugten Ausführungsweise liegt darin,
daß jeder der Arme 242 mechanisch mit zwei Bereichen des Bohrlochmeßgeräts
10 verbunden ist, woraus ein höheres Maß von Starrheit resultiert, das akkuraten
Messungen dienlich ist, die mit dieser Erfindung vorgenommen werden.
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Ein weiteres Merkmal der bevorzugten Ausführungsweise ist, daß jeder der
Arme 242 durch eine unabhängige Kraft angetrieben wird, die jedoch aus einer
gemeinsamen Quelle stammt. Diese unabhängige Antriebskraft ist bedeutend,
weil die zu messenden Bohrlöcher nicht absolut rund sind, so daß sich jeder Arm
242 mit Wahrscheinlichkeit über eine unterschiedliche radiale Entfernung
bewegen muß. Diesen Unterschieden wird in der bevorzugten Ausführungsweise durch
Verwendung einzelner Druckfedern am Ende jedes Arms Rechnung getragen.
Dadurch bedingt treten an jedem Arm verschiedene Belastungen auf. In der
bevorzugen Ausführungsweise wird erwartet, daß sich die Arme während der
Messung einer Formationskrümmung um nicht mehr als ca. 2,5 mm bewegen,
weshalb es wünschenswert ist, durch die Federn 268 Kontaktkraft oder -druck von bis
zu 1100 N auszuuben. Dies wird durch zutreffende Auswahl von Federmerkmalen
realisiert. Geeignete Federn sind beispielsweise Sprungfedern oder Bellville-
Federscheiben.
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Ein weiteres Merkmal dieser Erfindung ist die Einrichtung, mit der die
akkurate Messung bezogen wird. Obwohl sich bei der bevorzugten Ausführungsweise
ein Bohrlochmeßgerätarm um ca. 5,1 cm aus seiner voll zurückgezogenen
Stellung im Bohrlochmeßgerät 10 bis zur Kontaktstellung ausstrecken muß, um mit
der Bohrlochwand in Kontakt zu kommen, ist der Meßbereich der
Präzisionsmeßwandler beschränkter, d.h. der Wandlerbereich liegt zwischen ca. 0,38 mm und
der vollen Ausdehnung. Hierbei handelt es sich um eine Einschränkung des linear
variablen Differenzmeßwandlers 350, der in dieser Ausführungsweise zur
Verwendung kommt. Diese Einschränkung wird dagegen durch die von einem
solchen Gerät realisierten Präzision wettgemacht. Dieser Meßwandler hat eine
mehrspulige, zylindrische Konfiguration mit einem zentralen, beweglichen Läufer,
der relativ zu den Spulen längs gleitet, wodurch sich eine Variation der
Ausgangsspannung linear mit der Läuferverdrängung ergibt. Es werden keine
elektronischen Verstärker erforderlich, so daß sich ein reduzierter Bedarf für
Hilfsschaltungen ergibt. Weiterhin werden diese Gerätearten durch bekannte Typen
von integriertem Schaltungschip unterstützt. Zur Verwendung mit der bevorzugten
Ausführungsweise dieser Erfindung wird erwogen, daß geeignete Meßwandler
verfügbar sind, die Auflösungsstufen von 0,025 mm pro 2,5 mm Laufweg
vermitteln. Weil solche Geräte keinen geeigneten Ausgang über den kompletten
Laufweg vermitteln, d.h. von der voll eingezogenen Stellung in Werkzeug 10,
verwendet diese Erfindung den Kupplungsmechanismus, mit dem die
Präzisionsmeßwandler 350 mit den Armen nur dann verklemmt werden, wenn die Arme ihre ein
greifende Stellung im Bohrloch 4 erreicht haben (speziell nur dann, wenn die
Schraubwelle eine festgelegte Anzahl von Drehungen durchgeführt hat).
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Die Funktion der bevorzugten Ausführungsweise dieser Erfindung verläuft
wie folgt. Strom wird dem Bohrlochmeßgerät 10 über die o.g. Drahtleitung
zugeführt, wenn die oberen und unteren Packer gesetzt wurden und der Naßanschluß
auf bekannte Weise hergestellt. In bevorzugter Ausführungsweise werden die
Packer durch den Verriegelungsmechanismus im oberen Packerbereich 8 arre
tiert. Strom zum Betätigen des Motors 254 wird als mit 60 Hz geliefert
angenommen, Strom für die Instrumente wird als mit 400 Hz geliefert angenommen,
während die Datensignale als sequentielle DC-Pegel angenommen werden.
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Wenn das Werkzeug 10 ein erstes geeignetes Signal erhält, wird der Motor
254 zum Drehen in eine Richtung bewegt, die die oberen und unteren Bereiche
240, 244 längs zusammenzieht, so daß die Arme 242 radial nach außen
geschwenkt werden. Das wird in einer beabsichtigten spezifischen
Ausführungsweise durch Lösen einer elektrischen Bremse am Elektromotor, durch Betätigen
eines Wechselrelais zur Auswahl der zutreffenden Motorwicklung, mit dem die
Drehrichtung der Antriebswelle geregelt wird und Umgehen eines geschlossenen
Grenzschalters realisiert.
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Während der Motor seine Antriebswelle dreht, um die
Bohrlochmeßgerätarme zu öffnen, drehen sich die Zahnräder auf FIG. 9 mit der Hauptantriebswelle.
Wenn zweiundzwanzig Umdrehungen absolviert worden sind, haben sich die
Zahnräder so gedreht, daß Stift 304 in den zutreffenden Grenzschalter eingreift,
der den Motor 254 ausschaltet. Im letzten Teil dieser maximalen Bewegung wird
die Last auf die Druckfedern 268 an jedem Ende der Federführungsstangen 264
übertragen. Bei der Übertragung dieser Last bewegen sich die
Federführungsstangen 264 relativ zum Federbehälterläufer 255 (insbesondere relativ zu den
Platten 258, 260). Ausreichend Bewegung dieses Läufers führt zum Eingreifen
des Halsteils 338 des Läufers in der Spinne 386. Ausreichend Bewegung der
Spinne 386 löst die Rollen 378, so daß die Bänder 352 über die
Verbindungskupplungen mit ihren zugehörigen Meßwandlern verklemmt werden.
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Ein zweites Steuersignal betätigt die Bohrlochelektronik zum Messen oder
Aufzeichnen von Daten, die über verschiedene Meßwandler eingehen. Diese
Funktion läuft auf bekannte Weise ab. Um das Ausmaß der Bohrlochkrümmung
aus diesen Daten abzuleiten, wird eine erste Vermessung durchgeführt, wenn die
Meßwandler 350 zuerst mit den Gelenkarmen 242 verklemmt werden. Daraus
resultiert ein Ausgangspunkt oder "Nullpunkt". Dann wird die Spaltungsflüssigkeit
angesetzt und eine weitere Messung mit den Meßwandlern 350 durchgeführt. Der
Unterschied zwischen beiden Meßdaten gleicht dem Ausmaß der erkannten
Bewegung.
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Wenn das den Motor steuernde Signal von Motor 254 abgenommen wird,
arretiert eine elektrische Bremse am Motor die Motorwelle, um einem Kriechen
der Antriebswelle vorzubeugen. Das Wechselrelais löst und stellt sich für den
nachsten Ablauf zurück, bei dem der Motor rückwärts laufen und die Meßarme
einziehen kann, wenn ein geeignetes Signal an Motor 254 ausgegeben wird. Die
begrenzende Funktion des Grenzschalters wird umgangen, so daß der Motor
während seines nächsten Ablaufs funktionsfähig wird. Diese nächste Anwendung
eines geeigneten Signals führt zum Rückwärtslauf des Motors und Einziehen der
Arme. Ein Grenzschalter erkennt, wenn die Linearbewegung in dieser Richtung
erreicht wurde.
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Nachdem sich die Gelenkarme zurückgezogen haben, geht wieder ein
Steuersignal aus, um die Bohrlochelektronik für bekannte Zwecke und auf bekannte
Weise zu aktivieren.
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So ist diese Erfindung nützlich zum Erkennen von Bewegungen oder
Krümmungen eines Bohrlochs, woraus Angaben resultieren, die zum Bestimmen der
Lochorientierung und Höhe einer Spalte dienen. Das Bohrlochmeßgerät dieser
Erfindung verwendet einen Antriebsmotor und eine Einrichtung zum Ausüben
einer jeweils unabhängigen Kraft auf jeden mehrerer Gelenkarme als Reaktion auf
die Funktion eines solchen Motors. Das Bohrlochmeßgerät 10 ist in der Lage,
präzise Meßwerte im Zusammenhang mit der Erkennung von Krümmungen in
einem engen Bereich zu liefern, wobei Messungen nur dann genommen werden
können, wenn sich die Arme ausreichend ausgestreckt haben und ein
Kupplungsmechanismus zum Festklemmen der Arme an zutreffenden
Präzisionsmeßwandlern gelöst wurde. Weiterhin nutzt diese Erfindung eine frei schwebende
Bauweise, in der das Bohrlochmeßgerät zwischen zwei verriegelten Packern auf
Federn getragen wird. Das Bohrlochmeßgerät hält sich mit Hilfe der Arme, die an
beiden Enden zur Vermittlung einer starren Haltefunktion gegen die Formation
mechanisch abgesichert sind, an der Formation fest.
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So ist diese Erfindung gut zur Realisierung der Zielsetzung und Vorteile, die im
o.g. aufgeführt sind sowie der ihr eigenen geeignet. Während in dieser Schrift
bevorzugte Ausführungsweisen der Erfindung erläutert wurden, werden
Fachkundige ohne weiteres erkennen, daß vielzählige Änderungen in Bauweise und
Anordnung der Bauteile vorgenommen werden können.