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Diese Erfindung betrifft allgemein Bohrlochmeßwerkzeuge
und insbesondere, aber ohne Einschränkung darauf, ein
zwischen zwei Packern angeordnetes Tastwerkzeug zur
Bestimmung einer Spaltausrichtung.
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Bei der Durchführung von Messungen innerhalb eines Bohrlochs
ist es bekannt, in der Bohrung in oberen und unteren
Stellungen zwei Dichtungen, die als Packer bezeichnet werden,
zu setzen und dazwischen eine Meßeinrichtung anzuordnen.
US-A-4 230 180 beschreibt eine solche Anordnung. Sie kann
verwendet werden entweder, wenn das Bohrloch mit einer
Verkleidung ausgekleidet ist oder wenn das Bohrloch
unverkleidet (hierin als offenes Bohrloch oder dergleichen
bezeichnet) ist. Es ist wichtig, daß nach dem Setzen der
Packer diese in ihrem gesetzten Zustand verbleiben (bis
zur ausdrücklichen Freigabe), insbesondere wenn zwischen
ihnen ein empfindliches Meßwerkzeug wie eine Baugruppe mit
einem Präzisionstastwerkzeug getragen wird. Jede Bewegung
der Packer, die auf ein Werkzeug wie einen Taster
übertragen wird, könnte falsche Ablesungen erzeugen und ein
solches Werkzeug ernsthaft beschädigen, wenn seine Meßarme
ausgefahren sind.
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Ein Tastwerkzeug kann im Zusammenhang mit verriegelbaren
Packern verwendet werden, um die Richtung eines Spaltes zu
bestimmen, der durch einen hydraulischen
Frakturierungsprozeß oder eine Behandlung erzeugt wird, die zwischen den
verriegelten Packern angewendet wird. Diese Bestimmung wird
dadurch gemacht, daß die Verformung des Bohrlochs während
der Aufbringung von hydraulischem Druck auf ein Fluid
gemessen wird, das zwischen den beiden in dem Bohrloch
gesetzten Packern enthalten ist. Es gibt verschiedene Arten
von bekannten Tastern für diesen Zweck. Ein erwünschtes
Merkmal bei einem Taster ist die Möglichkeit, den Taster
nach der Einführung in das Bohrloch zwischen den beiden
Packern unter seiner eigenen Kraft in Eingriff mit der
Formation zu bringen, wobei diese Kraft durch einen
einzigen Satz von Werkzeugen aufgebracht wird, die den Taster
sicher an der Formation befestigen und die auch auf die
Verformung der Formation empfindliche Bewegungen erzeugen.
Die Anbringung dieser Einrichtung zwischen den Packern
sollte in einer solchen Weise erfolgen, daß, wenn einer
oder beide Packer sich gegenüber der Formation bewegen,
solche Bewegung den Betrieb des Tasters nicht beeinflußt.
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Wir haben nunmehr ein Tastmeßwerkzeug für ein Bohrloch
entwickelt, mit dem dies erreicht werden kann.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Bohrloch mit einer
Seitenwand vorgesehen, enthaltend: untere Packermittel,
die eine untere Abdichtung in dem Bohrloch erzeugen;
obere Packermittel, die eine obere Abdichtung in dem
Bohrloch erzeugen; und Meßmittel zwischen den oberen und
unteren Packermitteln; dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßmittel Tastmittel zur Messung einer Abweichung in der
Seitenwand des Bohrlochs aufweisen und daß das Werkzeug
ferner Haltemittel zur Halterung der Tastmittel zwischen
den oberen und unteren Packermitteln aufweist, so daß die
Tastmittel mit den unteren und oberen Packermitteln in
das Bohrloch einfahrbar sind, aber so, daß die oberen und
unteren Packermittel gegenüber den Tastmitteln in
Längsrichtung bewegbar sind, wenn die Tastmittel an der
Seitenwand des Bohrlochs anliegen.
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Vorzugsweise enthalten die Haltemittel in einem
Werkzeug nach der Erfindung eine erste Feder; eine zweite
Feder; und Mittel zur Halterung der ersten Feder zwischen
den oberen Packermitteln und den Tastmitteln und zur
Halterung der zweiten Feder zwischen den unteren
Packermitteln und den Tastmitteln.
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Vorzugsweise weisen die Werkzeuge nach der Erfindung
Verriegelungsmittel zur Verriegelung der oberen Packermittel
mit den unteren Packermitteln auf.
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In den Werkzeugen nach der Erfindung enthalten die
Tastmittel vorzugsweise ein Stützglied; eine Vielzahl von
Schwenkarmen, die mit dem Stützglied verbunden sind; mit
den Schwenkarmen verbundene Antriebsmittel zum
Auswärtsschwenken der Schwenkarme aus dem Gehäuse; eine Vielzahl
von Sensormitteln zur Erfassung von Bewegungen der
Schwenkarme, die jeweils enthalten: mit dem Stützglied verbundene
Wegmeßmittel zur Erzeugung eines elektrischen Signals unter
Ansprechen auf eine Verstellung des betreffenden
Schwenkarms, und Verbindungsmittel zur lösbaren Verbindung des
betreffenden Schwenkarms mit den Wegmeßmitteln und
Betätigungsmittel zur Betätigung der Verbindungsmittel zur
Verbindung des betreffenden Schwenkarms mit den Wegmeßmitteln,
nachdem die Schwenkarme durch die Antriebsmittel in Anlage
an die Seitenwand des Bohrlochs verschwenkt sind derart, daß
durch die Sensormittel Verstellungen der jeweiligen
Schwenkarme erfaßbar sind, die nach Verschwenkung der Schwenkarme
in Anlage an die Seitenwand des Bohrlochs auftreten.
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Bevorzugt ist die Ausbildung des nach der vorliegenden
Erfindung verwendeten Tasters derart, daß der Taster in
freischwebender Weise zwischen den verriegelbaren Packern
angebracht in das Bohrloch eingefahren werden kann. Der Taster
verwendet eine einzige Antriebseinheit, die Angriffsarme zum
Angriff an der Formation ausfahren und einziehen kann,
wobei die Angriffsarme den Taster unter unabhängig
ausgeübten Kräften an der Formation halten und Abweichungen der
Formation infolge des unter Druck gesetzten
Frakturierungsfluids, das zwischen den verriegelten Packern angewendet
wird, erfassen. Der Taster ist hochempfindlich für die
Erfassung solcher Abweichungen; er ist jedoch auch in der
Lage, größere Messungen auszuführen, die Gesamtdurchmesser
oder Querdimensionen des Bohrlochs wiedergeben. In einer
besonderen Ausführung kann der Taster Kräfte erfassen, die
an die Arme angelegt sind, so daß andere Eigenschaften wie
die Gesteinshärte abgeleitet werden können. Diese besondere
Ausführung enthält auch andere Detektoreinrichtungen zur
Erfassung solcher Phänomene wie Druck, Temperatur und
Ausrichtung.
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Zum vollständigeren Verständnis der Erfindung werden
verschiedene Ausführungen davon nun beispielsweise unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichungen beschrieben.
Darin ist:
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Figur 1 eine schematische Darstellung einer
Doppel- oder Zweifach-Packer/Taster-
Anordnung, die eine bevorzugte Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Figuren 2A bis 2F bilden eine Teilschnittansicht
eines oberen Packerabschnitts, der in der
in Figur 1 gezeigten Anordnung verwendet
werden kann und die bevorzugte Ausführung
einer Verriegelung enthält, durch welche
die beiden Packer der Anordnung nach
Figur 1 miteinander verriegelt werden
können.
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Figur 3 ist eine Schnittansicht eines
Verriegelungsdorns der Verriegelung der
bevorzugten Ausführung entlang der Linie 3-3
in Fig. 2B, aber ohne die anderen in Fig. 2B
gezeigten Strukten.
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Figur 4 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines
Riegelgliedes der Verriegelung bei der
bevorzugten Ausführung.
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Figuren 5A bis 5B zeigen die bevorzugte Ausführung
des Aufbaus zur Anbringung des Tasters
zwischen den Packern.
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Figur 6 ist eine Ansicht einer Grundstruktur
zur Ausbildung einer bevorzugten Ausführung
des Tasters nach der vorliegenden
Erfindung.
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Figur 7 ist eine Schnittansicht des Hauptteils
einer weiteren bevorzugten Ausführung des
Tasters.
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Figur 8 ist eine Detailansicht eines
Riegelmechanismus in den bevorzugten Ausführungen
des Tasters.
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Figur 9 zeigt das Begrenzungsgetriebe eines
Antriebsmechanismus der bevorzugten
Ausführungen des Tasters.
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Figur 10 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils
einer Kopplungsuntereinheit aus einer
Kupplung und einem Armkreuz, die auch in
Figur 7 gezeigt ist.
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Figur 11 ist eine teilweise Seitenansicht eines
Arms des Armkreuzes, mit dem Klinken
verbunden sind, und eines
Kupplungswälzgliedes, an dem die Klinken angreifen.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist darin eine
Doppelpackeranordnung 2 gezeigt, die in einem offenen
Bohrloch 4 angeordnet ist. Diese besondere Konstruktion ist in
Figur 1 schematisch dargestellt (obwohl dies wegen der
schematischen Natur von Figur 1 nicht so gezeigt ist, hat
die Bohrung 4 eine unregelmäßige und nicht eine glatte
Seitenwand, wie in der Technik bekannt ist).
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Die schematisch in Figur 1 dargestellte
Doppelpackeranordnung 2 enthält einen unteren Packerabschnitt 6
üblicher Bauart (wie das untere Ende einer Nr. 2
NR-Packeranordnung von Halliburton Services). Im Abstand oberhalb
des unteren Packerabschnitts 6 befindet sich ein oberer
Packerabschnitt 8, der wenigstens einen Teil einer üblichen
oberen Packeranordnung enthält (wie das Oberteil einer
Nr. 2 NR-Packeranordnung von Halliburton Services), der
aber auch die neue und verbesserte Verriegelung einschließt,
mittels derer die Packer nach der vorliegenden Erfindung
miteinander verriegelt werden können.
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Ein Tastwerkzeug 10, das ebenfalls einen Teil der
vorliegenden Erfindung bildet, ist, wie dargestellt,
innerhalb einer Schlitzhülse 9 angebracht, die sich zwischen den
Packerabschnitten 6, 8 erstreckt. Obwohl ein Tastwerkzeug
allgemein ein Beispiel für eine Einrichtung ist, deren
korrekter Betrieb erfordern kann, daß sich der obere
Packerabschnitt 8 nicht verschiebt, wenn der Frakturierdruck, der
an das Volumen des Bohrlochs 4 zwischen den
Packerabschnitten angelegt wird, in dem sich das Tastwerkzeug 10
befindet, eine Kraft ausübt, die das nach unten wirkende
Gewicht des Rohres übersteigt, an dem die Packeranordnung 2
und das Werkzeug 10 in die Bohrung herabgelassen werden,
wie auch die Kraft durch die hydrostatische Höhe, die auf
den oberen Packerabschnitt 8 nach unten einwirkt, ist das
Tastwerkzeug 10 der bevorzugten Ausführung so konstruiert
und angebracht, daß eine gewisse Verstellung der Packer
zulässig ist. Die Verwendung eines Tasters in Verbindung
mit den Packern zeigt jedoch allgemein die Notwendigkeit
einer Verriegelung, durch die der obere Packerabschnitt 8
wirksam mit dem unteren Packerabschnitt 6 verriegelt werden
kann, der durch ein Ankerrohr 12 am Grund oder in der
Wand des Lochs 4 verankert ist, um eine Aufwärtsbewegung
des Packers des Abschnitts 8 zu verhindern. Selbst bei
alleiniger Verwendung kann es notwendig sein, die Packer
zu verriegeln, um ein Ablösen des oberen Packers zu
verhindern; eine solche Ablösung könnte möglicherweise einen
Abfluß des Frakturierfluids zur Erdoberfläche ermöglichen,
woraus sich eine Gefahrensituation ergeben könnte. Die
bevorzugte Ausführung dieser Verriegelung ist innerhalb
der in Figuren 2A bis 2F gezeigten Bohrlochvorrichtung
dargestellt.
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Die in Figuren 2A bis 2F dargestellte Bohrlochvorrichtung
in Verbindung mit der Verriegelung ist ein Beispiel für
den oberen Packerabschnitt 8. Diese Vorrichtung enthält
im weitesten Sinne ein inneres rohrförmiges Glied 14 und
ein äußeres rohrförmiges Glied 16, die beide eine
Vielzahl von Bauteilen enthalten. Das innere Glied 14 ist
gegenüber dem äußeren Glied 16 gleitfähig, aber diese
beiden Glieder können durch eine Verriegelung 18
aneinander verriegelt werden.
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Das innere rohrförmige Glied 14 des oberen Packerabschnitts 8
ist in der bevorzugten Ausführung als eine Dornanordnung
gekennzeichnet mit einem Packerdorn 20 (Figuren 2C bis 2F)
und einem Verriegelungsdorn 22 (Figuren 2A bis 2C). Der
Packerdorn 20 ist ein Zylinderrohr üblicher Bauart mit einem
unteren Ende mit Außengewinde zum Eingriff mit einem unteren
Adapter 24 üblicher Art zur Verwendung für die Verbindung
(durch das Tastwerkzeug 10 in der Konfiguration von Figur 1)
mit dem unteren Packerabschnitt 6, der am Grunde oder in
der Seitenwand des Bohrlochs 4 durch das Ankerrohr 12
verankert ist. Der Packerdorn 20 hat an seinem anderen Ende
eine Öffnung mit Innengewinde zur Gewindeverbindung mit
einem außen mit Gewinde versehenen Ende des
Verriegelungsdorns 22. Der Verriegelungsdorn 22 bildet einen Teil der
Verriegelung 18 und wird im einzelnen weiter unten
beschrieben.
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Das äußere rohrförmige Glied 16 ist in der bevorzugten
Ausführung als eine obere packertragende Anordnung
gekennzeichnet, die einen Packer 26 (Figuren 2D bis 2E)
enthält, der mit einer Packerträgerhülse verbunden ist
(beispielsweise durch Bolzenbefestigungsmittel mit einer
Bolzen-Mutter-Kombination 28, wie in Figur 2D gezeigt).
Die Packerträgerhülse enthält einen Packerhaltering 30,
an dem der Packer 26 befestigt ist, und eine
Verbindungshülse 32, mit der der Haltering 30 durch eine
Schnellwechselkupplung 34 (Figuren 2B bis 2D) verbunden ist.
Die Packerträgerhülse des äußeren rohrförmigen Glieds 16
enthält auch eine Verriegelungshülse 36 (Figuren 2A bis
2C), die mit der Verbindungshülse 32 in Schraubverbindung
steht und einen weiteren Teil der Verriegelung 18 bildet,
die im einzelnen weiter unten beschrieben ist.
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Der Packer 26 der bevorzugten Ausführung besteht aus einer
Zusammensetzung (zum Beispiel einem Elastomer) einer in der
Technik bekannten Art. Der Packer hat eine Ringform und
bestimmt ein hohles Inneres, in dem der Packerdorn 20
gleitfähig aufgenommen ist. Zur unteren Abstützung des Packers 26
dienen eine Packerstütze 38 (die in Fig. 2E als mit dem
Pakkerdorn 20 in Keileingriff gezeigt ist), ein Packerschuh 40
aus Gummi, eine Packerschuhstütze 42 und ein Kupplungsring
44, der die Schuhstütze 42 mit dem unteren Adapter 24 (Fig.
2E bis 2F) durch eine Schraubverbindung verbindet. Diese
Elemente
sind von üblicher, in der Technik bekannter Bauart
und werden daher nicht weiter beschrieben.
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Der Packerhaltering 30, die Verbindungshülse 32 und die
Schnellwechselkupplung 34 sind ebenfalls von üblicher
Bauart und werden nicht im einzelnen beschrieben, weil diese
Ausbildungen in der Technik bekannt sind. Es sei jedoch
bemerkt, daß die Kupplung zwischen dem Packerhaltering 30
und der Verbindungshülse 32 eine bekannte Art einer Dichtung
46 enthält, die zwischen dem Packerhaltering 30 und der
Verbindungshülse 32 und an dem Packerdorn 20 gehalten ist,
wie in Figur 2D gezeigt. Weiterhin steht die
Verbindungshülse 32, wie gezeigt, in einer Keilverbindungsbeziehung
zu dem Packerdorn 20, die in Figur 2C durch das
Bezugszeichen 48 bezeichnet ist.
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Das äußere rohrförmige Glied 16 ist an seinem oberen Ende
mit einem oberen Adapter 50 (Figur 2A) von üblicher
Bauart zur Verbindung mit dem (nicht gezeigten) Rohr oder
Rohrstrang verbunden, an dem die Doppelpackeranordnung 2
und das Tastwerkzeug 10 in dem Beispiel von Figur 1 in das
offene Bohrloch 4 eingefahren werden. Der obere Adapter 50
trägt eine Dichtung 52, die eine gleitende Fluiddichtung
zwischen dem oberen Adapter 50 und dem Verriegelungsdorn 22
bewirkt.
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Die Verriegelung 18 enthält nicht nur den vorgenannten
Verriegelungsdorn 22 und die Verriegelungshülse 36, sondern
auch einen Riegelmechanismus 54. Jedes dieser
Elemente wird besonders beschrieben, und zwar hauptsächlich
unter Bezugnahme auf die Figuren 2A bis 2C, 3 und 4.
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Der Verriegelungsdorn 22 ist ein Mittel für die Verbindung
eines Teils der Verriegelung 18 mit dem Packerdorn 20
innerhalb des Teils des oberen Packerabschnitts 8, der das äußere
rohrförmige Glied 16 bestimmt. Der Verriegelungsdorn 22 ist
ein längliches Glied mit einer zylindrischen Innenfläche 56,
die einen Längskanal 58 bestimmt, der sich über die gesamte
Länge des Verriegelungsdorns 22 erstreckt. Der Kanal 58
der bevorzugten Ausführung verläuft axial durch den Dorn 22.
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Der Dorn 22 hat auch ein zylindrisches vorstehendes Teil 60,
das sich vom Hauptkörper des Dorns 22 radial nach außen
erstreckt. In dem vorstehenden Teil 60 sind durch Fräsen oder
dergleichen vier Hohlräume 62, 64, 66, 68 (Figuren 2B und 3)
ausgebildet, die sich durch die Außenfläche des vorstehenden
Teils 60 und in das vorstehende Teil 60 hinein quer zur
Länge des Dorns 22 erstrecken. In der bevorzugten Ausführung
verlaufen diese Hohlräume radial mit entsprechenden
parallelen Seitenwänden oder Flächen, die senkrecht zu einer
jeweiligen Bodenwandung oder -fläche verlaufen. Mit jedem
der vier Hohlräume sind zwei Schlitze verbunden, die in
Längsrichtung von gegenüberliegenden Enden des jeweiligen
Hohlraums her verlaufen. Die beiden mit dem Hohlraum 62
verbundenen Schlitze sind in Figur 2B durch die
Bezugszeichen 70, 72 bezeichnet. Für die Hohlräume 64, 66, 68
sind jeweils Schlitze 74, 76, 78, die dem Schlitz 72
des Hohlraums 62 entsprechen, in Figur 3 gezeigt. Die
Hohlräume 62, 64, 66, 68 sind in zwei Paaren von diametral
gegenüberliegenden Hohlräumen angeordnet, wobei ein Paar
die Hohlräume 62, 66 und das andere Paar die Hohlräume 64,
68 enthält. Diese Hohlräume und Schlitze sind zu der
Verriegelungshülse 36 hin offen oder liegen dieser gegenüber.
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Der Dorn 22 enthält auch eine zylindrische Außenfläche 80,
die eine untere Dichtfläche bestimmt, der eine Dichtung 82
(Figur 2C) anliegt, die in einer Ausnehmung 84 der
Verriegelungshülse 36 gehalten ist. Der Durchmesser der
Fläche 80 ist geringer als der größte Außendurchmesser
des vorstehenden Teils 60, so daß zwischen diesen eine
radial verlaufende Ringschulter 86 bestimmt ist.
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Der Dorn 22 hat eine weitere zylindrische Außenfläche 88.
Die Außenfläche 88 verläuft in Längsrichtung von dem Ende
des vorstehenden Teils 60, das dein Ende gegenüber liegt,
von dem sich die Fläche 80 erstreckt. Die Fläche 88 hat
den gleichen Durchmesser wie die Fläche 80; es wird daher
auch eine radial verlaufende Ringschulter zwischen der
Fläche 88 und dem äußersten Teil des vorstehenden Teils 60
bestimmt, die in Figur 2B durch das Bezugszeichen 90
bezeichnet ist. Die Außenfläche 88 bestimmt eine obere
Dichtfläche, der die von dem oberen Adapter 50 getragene
Dichtung 52 anliegt. Die Dichtung 52 und die Dichtung 82
haben dieselbe Größe, so daß eine hydraulisch ausgeglichene
Abdichtung zwischen dem Verriegelungsdorn 22 und der
Verriegelungshülse 36 an gegenüberliegenden Seiten des
vorstehenden Teils 60 gebildet wird.
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Das vorstehende Teil 60 kann sich in Längsrichtung oder
axial innerhalb eines Volumens 91 bewegen, das zwischen
gegenüberliegenden Flächen des Verriegelungsdorns 22 und
einer Innenfläche 92 der Verriegelungshülse 36 bestimmt ist.
Dieses Volumen ist ebenfalls zwischen den in Längsabstand
befindlichen Umfangsdichtungen 52, 82 vorhanden. Dieses
Volumen ist zu einem Teil durch die Innenfläche 92 der
Verriegelungshülse 36 bestimmt, die gegenüber einer
Innenfläche 94 der Verriegelungshülse 36 radial nach außen
versetzt ist. Dieser Versatz besteht über eine radiale
Ringschulter 95, die der Schulter 86 des Verriegelungsdorns 22
gegenüber-liegt. Die Verriegelungshülse 36 hat eine
zylindrische Außenfläche 96 und eine mit Gewinde versehene
zylindrische Außenfläche 98, die gegenüber der Fläche 96
zum Eingriff mit einem Innengewinde der Verbindungshülse 32
radial nach innen versetzt ist.
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Entlang der Innenfläche 92 ist eine Angriffsfläche 100 an
der Verriegelungshülse bestimmt, die in der bevorzugten
Ausführung Nuten oder einen Sägezahnschnitt oder Zähne
enthält, die Eingriffsmittel zur Verriegelung mit
zusammenwirkenden Elementen eines Riegelgliedes bildet, die Teil
des Riegelmechanismus 54 sind. Die Angriffsfläche 100 an
der Verriegelungshülse verläuft nicht in Verlängerung
der Fläche 92, so daß der Riegelmechanismus 54 zwischen
einer in Längsrichtung befindlichen entriegelten oder
entkoppelten Stellung, die in der bevorzugten Ausführung
relativ dichter an der Schulter 95 als an dem gegenüberliegenden
Ende des Volumens an einer radialen Ringfläche 101 des
oberen Adapters 50 befindlich ist, und einer in
Längsrichtung befindlichen verriegelten oder eingerückten
Stellung in Längsrichtung beweglich ist. Dabei liegt wenigstens
ein Teil des Riegelmechanismus über wenigstens einem Teil
der Angriffsfläche 100 an der Verriegelungshülse.
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Der Riegelmechanismus 54 der bevorzugten Ausführung
enthält Riegelgliedmittel, die in wenigstens einem der
Hohlräume 62, 64, 66, 68 gleitfähig angeordnet sind, und zwar
zum Eingriff mit der packertragenden Hülsenanordnung
(speziell der Angriffsfläche 100 an der Verriegelungshülse
in der bevorzugten Ausführung), wenn die Riegelgliedmittel
in die vorerwähnte Eingriffsstellung in Längsrichtung und
dann in eine radial angeordnete verriegelte oder
Eingriffsstellung verstellt werden. Der Riegelmechanismus 54
enthält auch Mittel zur Übertragung des Betätigungsdrucks,
die in dem rohrförmigen Glied angeordnet sind, an dem die
Riegelgliedmittel angebracht sind. Dadurch wird ein
Betätigungsdruck auf die Riegelgliedmittel übertragen, so daß
sich die Riegelgliedmittel zu dem anderen rohrförmigen Glied
und in die radiale Eingriffsstellung infolge des
Betätigungsdrucks verstellen. Der Riegelmechanismus enthält auch
Vorspannmittel,
die mit dem rohrförmigen Glied verbunden sind,
an dem die Riegelgliedmittel angebracht sind, um eine
Vorspannkraft auf die Riegelgliedmittel auszuüben, die einer
Kraft entgegengerichtet sind, die auf die Riegelgliedmittel
durch den Betätigungsdruck ausgeübt wird. Die
Riegelgliedmittel werden so von dem anderen rohrförmigen Glied weg und
in eine radiale Entkopplungsstellung außer Eingriff mit der
Angriffsfläche 100 an der Verriegelungshülse vorgespannt,
obwohl die Riegelgliedmittel sogar teilweise die
Angriffsfläche 100 überdecken und dadurch in einer in Längsrichtung
verriegelbaren oder eingriffsfähigen Stellung sind. Die
Vorspannkraft trachtet so, die Riegelgliedmittel tiefer
in den jeweiligen Hohlraum hinein zu bewegen. Weiterhin
enthält der Riegelmechanismus 54 noch Mittel zur
Übertragung des hydrostatischen Drucks, die in dem rohrförmigen
Glied angeordnet sind, an dem die Riegelgliedmittel nicht
angebracht sind, um einen hydrostatischen Druck auf die
Riegelgliedmittel zu übertragen, so daß eine durch den
hydrostatischen Druck ausgeübte Kraft an die
Riegelgliedmittel angelegt wird, die einer durch den Betätigungsdruck
auf die Riegelgliedmittel ausgeübten Kraft
entgegengerichtet ist.
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Die Riegelgliedmittel der bevorzugten Ausführung enthalten
vier Riegelglieder, die jeweils in einem der Hohlräume 62,
64, 66, 68 angeordnet sind. Da die Riegelglieder identisch
ausgebildet sind, wird nur ein Riegelglied 102 beschrieben,
das im Prinzip in Figur 2B dargestellt ist. Das
Riegelglied 102 enthält ein Greifglied oder -mittel 104, das eine
Angriffsfläche 106 des Riegelgliedes bestimmt (siehe auch
Figur 4) und der Innenfläche 92 der Verriegelungshülse 36
gegenüber liegt. Die Greifmittel 104 der bevorzugten
Ausführung sind aus einem länglichen Trägerblock 108 und einer
Vielzahl von Greifzähnen 110 konstruiert, die in der
bevorzugten Ausführung durch Karbideinsätze bestimmt sind, die
in dem Trägerblock 108 gegenüber diesem unter einem schiefen
Winkel gehalten sind, wodurch die Karbideinsätze eine
Schrägstellung einnehmen, die ihre Fähigkeit zum Eingriff
in die Angriffsfläche 100 der Verriegelungshülse
unterstützt. Die Zähne 110 sind entlang einer rechteckigen
Planfläche 111 an dem Trägerblock 108 aufgenommen und bestimmen
eine Vielzahl von Vorsprüngen, die von der Oberfläche des
Trägerblocks 108 ausgehen. In die gegenüberliegenden
gebogenen Enden des länglichen Blocks 108 sind jeweils
Ausnehmungen 112, 114 durch Fräsen oder dergleichen
ausgebildet. Die Ausnehmung 112 hat eine gebogene untere Fläche
116. Von gegenüberliegenden Kanten der Fläche 116
verlaufen parallele Planflächen 118, 120. Die Ausnehmung 114
hat eine gebogene untere Fläche 122 und parallele
Planflächen 124, 126, die sich von gegenüberliegenden Kanten
der Fläche 122 erstrecken.
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Das Riegelglied 102 enthält auch Dichtmittel 128, die
abnehmbar mit dem Trägerblock 108 verbunden sind und eine
Gleitdichtung zwischen dem Riegelglied 108 und den inneren
Seitenwänden des Hohlraums 62 bilden, in dem das
Riegelglied 102 angeordnet ist. Die Dichtmittel 128 enthalten
ein Dichtungsstützglied 130 von länglicher Konfiguration
ähnlich der des Trägerblocks 108 und der Form des
Hohlraums 62. Eine Umfangsnut 132 ist um den Umfang des
Dichtungsstützgliedes 130 herum bestimmt. Die Nut 132
nimmt eine Dichtanordnung 134 aus einem O-Ring oder einem
anderen geeigneten Fluidglied und einem Dichtungsstützring
auf, der die Reibung der beweglichen Dichtung verringert
und den Hauptdichtungsring gegen hohe Druckunterschiede
verstärkt, die an der Dichtstruktur anliegen können.
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Das Dichtungsstützglied 130 ist mit dem Trägerblock 108
durch geeignete Verbindungsmittel verbunden, wodurch beide
lösbar verbunden sind und der Trägerblock 108 von dem
Dichtungsstützglied 130 gelöst werden kann, beispielsweise
wenn die Angriffsfläche des Riegelgliedes, die durch die
Greifzähne 110 bestimmt ist, abgenutzt ist und durch andere
solche Greifmittel ersetzt werden muß. Bei der bevorzugten
Ausführung enthalten diese Verbindungsmittel einen
Schwalbenschwanzzapfen, der von einem Mittelteil des
Dichtungsstützgliedes 130 vorsteht, und eine Zapfenaufnahme 138, die
mittig entlang und quer über eine Fläche des Trägerblocks
108 bestimmt ist und den Schwalbenschwanzzapfen 136
gleitfähig aufnimmt.
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Diese Bauteile des Riegelgliedes 102 bestimmen einen
gleitfähigen Körper, der innerhalb des Hohlraums 62 beweglich
ist. Entsprechende Bauteile bestimmen eine Vielzahl anderer
Riegelglieder, die äeweils in den Hohlräumen 64, 66, 68
angeordnet und gleichzeitig mit dem Riegelglied 102
gleitbeweglich sind. Diese Bewegungen treten unter Ansprechen
auf einen Betätigungsdruck auf, der durch das Rohr oder den
Rohrstrang von der Erdoberfläche und in den Kanal 58 des
Verriegelungsdorns 22 zur Übertragung auf die Hohlräume 62,
64, 66, 68 durch die jeweiligen einer Vielzahl von
Übertragungsmitteln für den Betätigungsdruck, die in der
bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung enthalten sind,
gegeben wird. Da in der bevorzugten Ausführung diese
Übertragungsmittel identisch ausgebildet sind, wird nachfolgend
nur das dem Hohlraum 62 zugeordnete Übertragungsmittel im
einzelnen beschrieben.
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In der bevorzugten Ausführung übertragen die
Übertragungsmittel für den Betätigungsdruck einen hydraulischen Druck
aus dem Axialkanal 58 in die Hohlräume 62, 64, 66, 68 des
Verriegelungsdorns 22. Dieser Druck übt eine Kraft auf
das Riegelglied 102 und die anderen ähnlichen
Riegelglieder aus. Wenn diese Kraft hinreichend groß ist,
verstellt sie die Riegelglieder radial nach außen, so daß
wenigstens Teile ihrer Angriffsfläche mit wenigstens einem
Teil der Angriffsfläche 100 der Verriegelungshülse in
Eingriff gelangen, wenn diese Teile radial zueinander
ausgerichtet sind. Diese radiale Ausrichtung wird erreicht,
nachdem die Packer gesetzt worden sind, wie weiter unten
im einzelnen beschrieben wird.
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Um diese Übertragung auf den Hohlraum 62 zu bewirken,
enthalten die dem Hohlraum 62 zugeordneten Übertragungsmittel
für den Betätigungsdruck bei der bevorzugten Ausführung
zwei Löcher 140, 142, jeweils in Querwänden des
Verriegelungsdorns 22. Diese Wände verlaufen zwischen dem
Kanal 58 und dem quer verlaufenden Hohraum 62. In der
bevorzugten Ausführung sind diese Wände insbesondere radial
verlaufende Wände. Der durch diese Löcher übertragene
Betätigungsdruck kann aus dem Frakturierungsfluid
abgeleitet werden, das durch den Mittelkanal, der durch den
gesamten oberen Packerabschnitt 8 hindurch verläuft, zur
Eingabe in das Volumen des offenen Bohrlochs gepumpt wird,
das sich zwischen den im Abstand befindlichen Packern der
unteren und oberen Packerabschnitte 6, 8 befindet.
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Die Vorspannmittel der bevorzugten Ausführung (für den)
des Riegelmechanismus 54 enthalten zwei Federglieder
für jedes Riegelglied. Da die Federglieder identisch
ausgebildet sind, werden nur die beiden Federglieder
beschrieben, die dem in Figur 2B gezeigten Riegelglied 102
zugeordnet sind. Diese Federglieder sind durch die
Bezugszeichen 144, 146 bezeichnet. Das Federglied 144 hat ein
Stützteil 148 und ein Angriffsteil 150, das unter einem
stumpfen Winkel von dem Stützteil 148 verläuft. Das
Federglied
144 ist aus einem federnden Material hergestellt,
so daß sich das Angriffsteil 150 gegenüber dem
Stützteil 148 verbiegen kann, aber unter Ausbildung einer
resultierenden Vorspannkraft, die trachtet, das
Angriffsteil 150 in seine in Figur 2B gezeigte Ruhestellung
zurückzubringen. Diese Wirkung erzeugt eine Vorspannkraft, die
der Richtung des hydraulischen Betätigungsdrucks, der durch
die Löcher 140, 142 angelegt wird, entgegengerichtet ist
und daher dazu tendiert, die Riegelglieder 102 tiefer in
den Hohlraum 62 hinein zu bewegen. Dies wirkt als eine
Rückstellkraft, wenn der Betätigungsdruck abgesetzt wird.
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Das Stützteil 148 ist in dem Schlitz 70 aufgenommen, und
das Angriffsglied 150 verläuft als ein Federfinger in die
Ausnehmung 112 an dem Riegelglied 102. Das Federglied 144
wird in dem Schlitz 70 durch geeignete Verbindungsmittel
gesichert, welche die vorgenannte Konstruktion erreichen,
in der das Ende des Federgliedes 144, das durch das
Angriffsteil 150 bestimmt ist, über den Hohlraum 62
vorsteht und dem Trägerblock 108 in seiner Ausnehmung 112
einliegt, um eine radial nach innen gerichtete Kraft auf
den Block 108 und damit auf das gesamte Riegelglied 102
auszuüben. Diese Verbindungsmittel enthalten in der
bevorzugten Ausführung ein Federstützglied 152, das an dem
Stützteil 148 des Federgliedes 144 angeordnet ist. Die
Verbindungsmittel enthalten auch eine Schraube oder einen
Bolzen 154, der durch Löcher in dem Stützteil 148 und dem
Federstützglied 152 in eine radial verlaufende
Gewindeböhrung verläuft, die sich von dem Schlitz 70 in das
vorstehende Teil des Verriegelungsdorns 22 erstrecken.
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Das Federglied 146 ist ähnlich dem Federglied 144
konstruiert und angeordnet außer, dass es ein Stützteil 156
hat, das in dem Schlitz 72 durch ein Federstützglied 158
und eine Schraube oder einen Bolzen 160 gesichert ist.
Dies gestattet, daß ein Angriffsteil 162 des Federgliedes
146 in die Ausnehmung des Riegelgliedes 102 hinein verläuft.
Das Federglied 146 verläuft daher in Gegenrichtung zu dem
Federglied 144 und in einer solchen Weise, daß das
Angriffsteil 162 den Hohlraum 62 überdeckt und an dem
Trägerblock 108 angreift, um auf den Block 108 eine radial nach
innen gerichtete Kraft auszuüben.
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Die Vorspannmittel enthalten auch einen Haltering 164, der
frei zwischen den Schrauben oder Bolzen 154, 160 angeordnet
ist und teilweise die Federglieder 144, 146 und den
Trägerblock 108 überdeckt. Der Ring 164 wirkt als ein
Sicherheitsmittel, um zu verhindern, daß die Federglieder 144,
146 zu weit nach außen gelangen.
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Die Übertragungsmittel für den hydrostatischen Druck des
Riegelmechanismus 54 enthalten vier Radialkanäle, die
durch die Verriegelungshülse 36 hindurch verlaufem, so
daß ein außerhalb der Verriegelungshülse 36 bestehender
Druck auf deren Inneres überteagen wird, um eine radial
nach innen gerichtete Kraft auf das Riegelglied 102
und insbesondere auf dessen Trägerblock 108 auszuüben.
Diese vier Kanäle sind in gleichen Abständen um den Umfang
der Verriegelungshülse 36 herum angeordnet, so daß nur
einer, der als ein Loch 166 bezeichnet ist, in Figur 2B
gezeigt ist. In der bevorzugten Ausführung hat jedes dieser
Löcher einen Durchmesser von einem halben Zoll (12,7 mm);
jedoch kann ein Loch von jeder geeigneten Größe verwendet
werden. Das Loch 166 und seine drei Gegenstücke verlaufen
radial durch die Verriegelungshülse 36 entlang der Schulter
95, die zwischen den gegeneinander versetzten Innenflächen
92, 94 bestimmt ist. Dies erzeugt Übertragungskanäle, die
gestatten, daß der hydrostatische Druck, der außerhalb des
oberen Packerabschnitts 8 und oberhalb des Packers 26
besteht, auf das Volumen 91 innerhalb der
Verriegelungshülse 36 zwischen den Dichtungen 52, 82 übertragen wird.
Diese Löcher gestatten auch, daß sich die hydraulische
Kammer oder das Volumen 91 mit Fluid in dem Maße füllt,
in dem die Doppelpackeranordnung 2 in das Loch eingefahren
wird, wodurch sich während dieser Zeit die an den
Riegelgliedern anliegenden Innen- und Außendrücke
ausgleichen.
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Zur Verwendung der Verriegelung wird die Packeranordnung 2
an einem (nicht gezeigten) Rohr oder Rohrstrang angebracht
und auf eine in der Technik bekannte Weise in das Bohrloch
eingefahren. Wenn sich die Doppelpackeranordnung 2 an der
richtigen Stelle befindet, werden der Packer 26 und der
Packer des unteren Packerabschnitts 6 gesetzt, was
ebenfalls in einer in der Technik bekannten Weise geschieht.
Beim Einfahren dieser Struktur in das Bohrloch 4 befinden
sich die inneren und äußeren rohrförmigen Glieder des
oberen Packerabschnitts 8 in der Lage wie in Figuren 2A
bis 2F gezeigt; jedoch tritt, wenn die Packer gesetzt sind,
eine Relativbewegung zwischen den inneren und äußeren
rohrförmigen Gliedern auf, so daß das Riegelglied 102 und die
anderen drei Riegelglieder in den Hohlräumen 64, 66, 68
wenigstens mit Teilen ihrer Angriffsflächen zu wenigstens
einem Teil der Angriffsfläche 100 an der
Verriegelungshülse radial ausgerichtet sind. Zu dieser Zeit, aber vor
dem Aufbringen eines ausreichenden Betätigungsdrucks durch
das Rohr oder den Rohrstrang und auf den Kanal 58 des
Verriegelungsdorns 22, halten die Federglieder der
Vorspannmittel die jeweiligen Riegelglieder in ihren radial
entriegelten Stellungen, welche die radial inneren
Stellungen sind, wie dies durch die Stellung des
Riegelgliedes 102 in Figur 2B dargestellt ist. Diese
Riegelglieder werden in diesen entriegelten Radialstellungen
auch durch den hydrostatischen Druck gehalten, der in dem
Ringraum zwischen der Verriegelungshülse 36 und der
Oberfläche des Bohrlochs 4 besteht. Dieser hydrostatische Druck
wird dadurch auf die Riegelglieder ausgeübt, daß er durch
die Radialkanäle der Übertragungsmittel für den
hydrostatischen Druck (zum Beispiel das Loch 166) auf die
Riegelglieder übertragen wird. Die Anordnung der
Verriegelung 18 oberhalb des oberen Packers 26 isoliert und
begrenzt die außenseitige oder äußere Kraft, die radial
nach innen auf die Riegelglieder wirkt, auf den
hydrostatischen Druck.
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Wenn die hydraulische Verriegelung der bevorzugten
Ausführung der vorliegenden Erfindung betätigt werden soll,
wodurch die Riegelglieder in ihre Eingriffsstellungen mit
den Greifzähnen der Riegelglieder verstellt werden, die
mit der Angriffsfläche 100 der Verriegelungshülse in
Eingriff kommen, wird ein Fluid durch das Rohr oder den
Rohrstrang nach unten in den Kanal 58 gefördert und unter Druck
gesetzt, bis eine hinreichend starke, radial nach außen
gerichtete Kraft durch die Übertragungsmittel für den
Betätigungsdruck (zum Beispiel die Löcher 140, 142) auf jedes
der Riegelglieder ausgeübt wird. Ausreichend ist eine Kraft,
die die Kräfte übersteigt, die durch die Federglieder und
den hydrostatischen Druck ausgeübt werden. Gleichzeitig
verstellt das Anlegen dieser radial nach außen gerichteten Kraft
jedes der Riegelglieder radial nach außen zur Verriegelung
des inneren rohrförmigen Glieds 14 mit dem äußeren
rohrförmigen Glied 16. Dadurch wird im Effekt der Packer 26 mit dem
unteren Packerabschnitt 6 verriegelt, weil das innere
rohrförmige Glied 14 mit dem unteren Packerabschnitt 6 durch den
unteren Adapter 24 verbunden ist. Solange der Rohrdruck den
hydrostatischen Druck und die Vorspannkraft der Federglieder
übersteigt, sind die Riegelglieder mit dem Außengehäuse des
oberen Packerabschnitts 8 verriegelt und verhindern
dadurch eine Aufwärtsbewegung des oberen Packers 26. Wenn
der Frakturier- oder andere Betätigungsdruck abgesetzt
wird, werden die Riegelglieder durch den
hydrostatischen Druck und die zurückziehenden Federglieder der
Vorspannmittel in ihre ursprünglichen radial entriegelten
Stellungen zurückgeführt.
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Wie allgemein in Figur 1 gezeigt ist, ist das
Tastwerkzeug 10 zwischen dem unteren Packerabschnitt 6 und dem
oberen Packerabschnitt 8 angebracht. Die bevorzugte
Ausführung der Mittel zur Anbringung des Tastwerkzeuges 10
zwischen den beiden Packerabschnitten ist in den Figuren 5A
und 5B dargestellt. Allgemein wird diese Anbringung durch
Haltemittel zur Halterung des Tasters 10 zwischen den
oberen und unteren Packern erreicht, so daß der Taster mit
den beiden Packern in das Bohrloch eingefahren werden kann,
aber so, daß die beiden Packer in Längsrichtung gegenüber
dem Taster verstellbar sind, wenn der Taster der Seitenwand
des Bohrlochs anliegt.
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Diese Haltemittel enthalten bei der bevorzugten Ausführung
die in Figuren 5A und 5B gezeigte Schlitzhülse 9 mit einer
Zylinderwand 200, deren oberes Ende zur Verbindung mit dem
oberen Packerabschnitt 8 und deren unteres Ende zur
Verbindung mit dem unteren Packerabschnitt 6 durch einen
Umgehungsventilabschnitt 202 eingerichtet ist
(Richtungshinweise wie "obere" und "untere" sind unter Bezugnahme
auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausrichtungen und die
normale Ausrichtung des Werkzeugs 10 in einem vertikalen
Bohrloch gegeben). Nahe dem oberen Ende der Wand 200 sind
eine oder mehrere Öffnungen 204 bestimmt, durch die Fluid
in oder aus dem inneren Hohlbereich des oberen
Packerabschnitts 8 und in oder aus einem oberen Hohlraum 206,
der innerhalb der Schlitzhülse 9 durch den Teil der Wand 200,
durch den die Öffnungen 204 bestimmt sind, und durch eine
Ringwand 208 bestimmt ist, fließen kann. In einem mittleren
Teil der Wand 200 sind eine Vielzahl von Schlitzen 210
bestimmt, durch die Angriffswerkzeuge des Tastwerkzeugs 10
verlaufen, wie weiter unten im einzelnen beschrieben wird.
Die Schlitze 210 sind umfangsmäßig im Abstand zueinander
um die Wand 200 herum angeordnet, wie sich aus Figur 5A
ergibt.
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In der Schlitzhülse 9 ist unterhalb der Wand 208 ein
Hohlraum 212 bestimmt, in dem ein inneres Federgehäuse 214
angebracht ist, dessen (nicht gezeigtes) unteres Ende mit
dem Ankerrohr verbunden ist, an das der untere
Packerabschnitt 6 angeschlossen ist. Das Gehäuse 214 hat eine
Zylinderwand 216, in der eine Vielzahl von Schlitzen 218
bestimmt sind. Das Gehäuse 214 ist innerhalb der
Schlitzhülse 9 so gehalten, daß die in Längsrichtung verlaufenden
Schlitze 218, 210 radial zueinander ausgerichtet sind, so
daß die ausfahrbaren Werkzeuge des Tastwerkzeuges 10 radial
durch diese hindurch erstreckt werden können.
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Die Wand 216 endet an ihrem oberen Ende in einer
Stirnwand 220, in der ein Durchbruch 222 bestimmt ist, um eine
Fluidverbindung zwischen dem Hohlraum 212 der
Schlitzhülse 9 und einem Hohlraum 224 des Federgehäuses 214
herzustellen. Innerhalb des Hohlraums 224 ist das
Tastwerkzeug 10 aufgenommen. Axial erstreckt sich von der
Stirnwand 220 ein Naßverbindungsadapter 226 von
Zylinderform, die eine Einschnürung bildet, innerhalb derer ein
verengter Durchlaß bestimmt ist. Dieser Durchlaß nimmt
einen Naßverbinder oder dessen elektrische Kupplung in einer
Weise auf, wie sie in der Technik bekannt ist, um eine
elektrische Verbindung zwischen einem Kabel und dem
Tastwerkzeug 10 herzustellen.
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Das untere Ende des Hohlraums 224 des Gehäuses 214 wird
durch eine Radialwand 228 bestimmt. Die Wand 228 bestimmt
nicht nur den Boden des Hohlraums 224, sondern auch das
obere Ende eines Hohlraums 230, in dem ein Magnetometer 232
angeordnet ist. Das Magnetometer 232 ist eine Art von
Einrichtung, durch welche die Stellung des Tastwerkzeugs 10
gegenüber der magnetischen Nordrichtung bestimmt werden
kann. Andere Instrumente zur Positionsbestimmung wie ein
Neigungskompaß oder ein Kreiselkompaß können ebenfalls
verwendet werden. Alternativ kann auch eine Rohrzählung
gemacht werden.
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Innerhalb des Hohlraums 224 des Gehäuses 214 ist das
Tastwerkzeug 10 enthalten, das innerhalb des Hohlraums 224
speziell durch eine obere Feder 234 und eine untere Feder
236 gehalten wird. Die Feder 234 verläuft zwischen der
Innenfläche der Wand 220 und einer oberen Fläche an dem
Tastwerkzeug 10, und die Feder 236 verläuft zwischen einer
unteren Fläche des Tastwerkzeugs 10 und einer oberen Fläche
der Wand 228, wie in Figuren 5A und 5B gezeigt ist. Es
werden so die Federn 234, 236 und das Tastwerkzeug 10
innerhalb des Gehäuses 214 gehalten, das wiederum innerhalb der
Schlitzhülse 9 gehalten wird, die mit den Packerabschnitten
6, 8 verbunden ist. Die Federn 234, 236 bewirken eine
freischwebende Anbringung, so daß der Taster 10 innerhalb des
Gehäuses 214 in Längsrichtung frei beweglich ist und
dadurch eine Verstellung gegenüber den Packerabschnitten 6, 8
gestattet wird. In der bevorzugten Ausführung gestatten die
Federn 234, 236 eine Längsbewegung von ungefähr 1 oder
2 Zoll (2,5 bis 5,1 cm). Dies ist wichtig für die
bevorzugte Ausführung nach der vorliegenden Erfindung, bei der
der Taster 10 direkt mit dem Bohrloch 4 verriegelt ist,
nachdem er zur Verwendung plaziert wurde. Dieser
Verriegelungseingriff darf nicht gestört werden, selbst dann,
wenn sich die miteinander verriegelten Packerabschnitte 6, 8
bewegen sollten. Die Federn 234, 236 bewirken auch eine
Pufferung für das Tastwerkzeug 10 während seiner Fahrten
in das Bohrloch oder aus dem Bohrloch.
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Der teilweise in Figur 5B gezeigte
Umgehungsventilabschnitt 202 ist von einer geeigneten, in der Technik
bekannten Art. Er enthält wenigstens eine Öffnung 238,
durch die Fluid fließen kann, wenn das Ventil des
Abschnitts 202 offen ist. Wenn das Ventil offen ist,
gestattet es den Fluß von Fluid zwischen der oberen Öffnung
oder Öffnungen 204 der Schlitzhülse 9 und der Öffnung 238
des Umgehungsventilabschnitts 202, wodurch das Fluid um
das Tastwerkzeug 10 und seinen Federträgerabschnitt herum
fließt.
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Aus Gründen der Einfachheit ist das in Figuren 5A und 5B
dargestellte Tastwerkzeug 10 nur teilweise gezeigt. Das
Werkzeug 10 ist so gezeigt, daß es allgemein einen oberen
Abschnitt 240 enthält, in dem die Elektronik und der
Antriebsmotor untergebracht sind. Ebenfalls in dem
Abschnitt 240 sind Wandler untergebracht, die auf Bewegungen
der radial ausfahrbaren Werkzeuge des Werkzeugs 10
ansprechen. Zwei dieser Werkzeuge, die an ihren oberen Enden
mit dem oberen Abschnitt 240 verbunden sind, sind in
Figur 5A durch das Bezugszeichen 242 bezeichnet. Andere
Wandler, die in dem oberen Abschnitt 240 enthalten sein
können, sind Druckwandler und Temperaturwandler und andere
geeignete Wandler, die innerhalb der Raumbegrenzungen einer
solchen Bohrlochvorrichtung untergebracht werden können.
Die ausfahrbaren Glieder 242 sind an ihren unteren Enden
mit einem unteren Abschnitt 244 verbunden, der Teil der
Antriebsmittel für die Verstellung der ausfahrbaren
Glieder 242 durch unabhängige Kräfte bildet. Kraftanzeigende
Wandler können auch in dem Abschnitt 244 enthalten sein
und zeigen die Größe der unabhängigen Kräfte an, die an
jedes der ausfahrbaren Glieder 242 angelegt sind. In Figur 5A
nicht dargestellt, aber Teil dar bevorzugten Ausführung
des Tastwerkzeugs 10, ist ein Kupplungsmechanismus, mittels
dessen jedes der ausfahrbaren Glieder 242 mit einem die
jeweilige Verstellung erfassenden Sensor verbindbar ist,
der in dem oberen Abschnitt 240 enthalten ist. Die Bauteile
dieser Abschnitte werden im einzelnen unter Bezugnahme
auf die bevorzugte Ausführung beschrieben, die in den
Figuren 6 bis 11 dargestellt ist.
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Bei der in Figur 6 gezeigten bevorzugten Ausführung sind
die äußeren Abdeckungen des oberen Abschnitts 240 und des
unteren Abschnitts 244 entfernt, um ihre allgemeine
Innenkonstruktion zu zeigen. Ebenfalls entfernt ist der
Kupplungsmechanismus zur Kupplung der Glieder 242 mit den
Sensoren; dieser Kupplungsmechanismus ist vielmehr in der
in Figur 7 gezeigten Ausführung dargestellt. Der obere
Abschnitt 240 enthält eine Vielzahl von in Längsrichtung
verlaufenden Stützstäben 246. Zwei seitliche
Stützplatten 248 sind mit diesen Stützstäben 246 verbunden und
sind in einem Längsabstand zueinander angeordnet. Eine
seitliche Platte 252 am oberen Ende ist mit den Enden der
Stäbe 246 gegenüber der Platte 248 verbunden. Die Stäbe 246
befinden sich im Abstand voneinander nahe dem Außenumfang
der Platten 248, 250, 252, so daß die Arbeitsteile des
oberen Abschnitts 240 innerhalb der Stäbe 246 und zwischen
den im Abstand befindlichen Platten 248, 250, 252
angebracht werden können. Diese Arbeitsteile enthalten einen
Elektromotor 254 geeigneter, in der Technik bekannter Art,
wie einen Motor für ein Standardwerkzeug zur
Bohrlochvermessung. In diesem Bereich sind ebenfalls Leiterplatten
angebracht, die geeignete Schaltungen für die Aufbereitung
der verschiedenen elektrischen Signale enthalten, die nach
der vorliegenden Erfindung angelegt oder erzeugt werden.
Ebenfalls enthalten ist eine Motorsteuerschaltung zur
Steuerung des Motors 254. Diese Schaltungen sind nicht
gezeigt oder weiter beschrieben, da sie von geeigneter
Art sind, die dem Fachmann ohne weiteres geläufig sind,
um die Funktionen der vorliegenden Erfindung auszuführen,
die nachstehend im einzelnen beschrieben werden.
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Der untere Abschnitt 244 der in Figur 6 gezeigten
Ausführung enthält einen Schlitten 255 mit einer äußeren
Abdeckung 256 (in Figur 5A gezeigt) und endseitigen
Stützplatten 258, 260, zwischen denen sich Verbindungsstäbe 262
erstrecken, um die Endplatten 258, 260 im Längsabstand
zu halten und zu stützen. Die Endplatten 258, 260 haben
eine Vielzahl von in Längsrichtung zueinander
ausgerichteten Durchbrüchen nahe ihrem Außenumfang.
Federführungsstäbe 264 sind gleitfähig in den Durchbrüchen angeordnet.
In der bevorzugten Ausführung sind sechs solche Paare von
Durchbrüchen und sechs solche Federführungsstäbe vorhanden,
die den sechs ausf ahrbaren Gliedern 242 in der verwendeten
bevorzugten Ausführung entsprechen. Das obere Ende jedes
der Stäbe 264 ist schwenkbar mit dem Ende eines
betreffenden ausfahrbaren Gliedes 242 verbunden, wie in Figur 6
gezeigt ist.
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Jeder der Federführungsstäbe 264 hat einen Haltering 266
zur Halterung der betreffenden Feder 268 zwischen der
Stützplatte 260 und dem Ring 266. Die Federn 268 werden
im Ansprechen auf geeignete Bewegung des Schlittens
zusammengedrückt, was durch einen
Kugelumlaufspindel-Kupplungsmechanismus 270 erfolgt, der den Schlitten 255
an den Motor 254 kuppelt.
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Unter Ansprechen auf Längsbewegung des Schlittens 255 des
unteren Abschnitts 244 wird jedes der ausfahrbaren Glieder
242 in Abhängigkeit von der Längsrichtung der Bewegung des
Schlittens radial nach innen oder nach außen verstellt.
Jedes der Glieder 242 bestimmt einen Schwenkarm, der eine
längere Strebe oder einen längeren Armabschnitt 272 und
eine kürze Strebe oder einen kürzen Armabschnitt 274
aufweist, die schwenkbar an einem Schwenkgelenk 276 verbunden
sind. Das dem Schwenkgelenk 276 entgegengesetzte Ende der
Strebe 272 ist schwenkbar mit einer Halteplatte 278 des
oberen Stützabschnitts 240 an einem Schwenkgelenk 280
verbunden. Das dem Gelenk 276 entgegengesetzte Ende der
Strebe 274 ist an einem Schwenkgelenk 282 mit einem
zugehörigen Teil der Stützplatte 258 verbunden. Diese
Schwenkverbindungen sind von irgendeiner geeigneten Art
wie eine Art Bolzen-Öse-Kupplung, bei der ein Gabelteil
mit einem zwischen den Gabeln aufgenommenen Lappen
verstiftet ist.
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Eine mehr ins einzelne gehende Beschreibung wenigstens
einiger der vorstehenden Elemente und die Funktionen
dieser Elemente werden insbesondere unter Bezugnahme auf
die Ausführung beschrieben, die in Figuren 7 bis 11
gezeigt ist und eine mehr ins einzelne gehende Konstruktion
zeigt als die in Figur 6 gezeigte Ausführung. Es versteht
sich, daß die in Figuren 6 und 7 bis 11 gezeigten
Ausführungen viele ähnliche Bauteile enthalten und in ihrer
Funktion identisch sind. Gemeinsame oder ähnliche Elemente
in den Ausführungen nach Figur 6 und Figur 7 werden mit
gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Der obere Abschnitt der in Figur 7 gezeigten Ausführung
enthält einen Stützrahmen, der dem in Figur 6 gezeigten
ähnlich ist. Dieser ist auch in Figur 7 als in eine
Abdeckung oder ein Gehäuse 284 eingeschlossen gezeigt. Das
Gehäuse 284 ist neben dem Gehäuse 214 angeordnet. Das
Gehäuse 284 ist mit der Stützwand oder Trennwand 278 durch
Schrauben oder andere geeignete Mittel verbunden.
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In einem abgeschrägten Durchbruch 285, der axial in der
oberen Wand des Gehäuses 284 bestimmt ist, ist ein
Adapter 287 für einen Naßverbinder angebracht. Der
Adapter 287 enthält einen sich verjüngenden Stopfen 289
mit einem daran gehaltenen Dichtglied 291. Der Stopfen
ist in dem abgeschrägten Durchbruch 285 durch eine
zylindrische, mit Gewinde versehene Aufnahmehülse 293
gesichert, die mit dem Durchbruch 285 in Schraubverbindung
steht. Die Hülse 293 nimmt ein Naßverbindungsglied 295 auf,
wenn dies am Ende eines Kabels in das Bohrloch
herabgelassen wird. In der bevorzugten Ausführung ist das
Naßverbinderwerkzeug, von dem das Glied 295 ausgeht, von
irgendeiner geeigneten Art wie der, wie sie von Welex
verwendet wird, die aber für die besondere Verwendung mit
der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist. Ein Merkmal
einer solchen Anpassung könnte darin bestehen, zwischen
dem Naßverbinderwerkzeug und dem Glied 295 eine
Ausdehnungskupplung zu verwenden. Eine solche Ausdehnungskupplung würde
die ungefähr 7 Zoll (17,8 cm) betragende
Vertikalverstellung aufnehmen, die beim Setzen des oberen Packerabschnitts
der bevorzugten Ausführung auftreten kann.
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Der obere Abschnitt der in Figur 7 gezeigten Ausführung
hält den Motor 254, der an einem Stützträger 286 angebracht
ist, der durch Schrauben mit der Stützplatte 248 verbunden
ist, von denen eine mit dem Bezugszeichen 288 bezeichnet
ist. Die Motorwelle ist an eine Kupplungs- oder
Verbindungsstange 290 gekoppelt, welche die Motorwelle mit
einer Kugelumlaufspindelwelle 292 des Kugelumlaufspindel-
Kupplungsmechanismus 270 verbindet. Der Antriebswelle des
Motors 254 und der Verbindungswelle 290 ist ein in Figur 9
gezeigtes Zahnrad 294 zugeordnet. Das Zahnrad 294 gehört
zu vier anderen Zahnrädern 296, 298, 300, 302, um einen
Zahnantrieb zu bilden, der so bemessen ist, daß er in der
bevorzugten Ausführung 22 Umdrehungen der
Kugelumlaufspindelwelle
292 zählt. Nach Ablauf dieser 22 Umdrehungen
greift ein Stift 304 an einem Begrenzungsschalter für die
Aufwärtsrichtung von Begrenzungsschaltern 306 an. Dies
schaltet den Motor 254 und damit den weiteren Antrieb der
Kugelumlaufspindelwelle 292 ab. Diese Zahnräder und der
Begrenzungsschalter befinden sich in einem Abteil oder
Bereich 308, der in der Darstellung von Figur 7 zwischen
den in Längsrichtung im Abstand befindlichen Platten 248,
250 angeordnet ist. Ein Wälzlager 310 und ein Drucklager
312 werden verwendet, um die Welle 290 in geeigneter Weise
abzustützen. Diese Lager sind in einander
gegenüberliegenden Hohlräumen abgestützt, die in axialer Richtung in der
Trennwand 278 bestimmt sind. Es handelt sich dabei um eine
alternative Konstruktion der Trennwand im Vergleich zu
der dünneren Konstruktion, die in der Ausführung nach
Figur 6 gezeigt ist. In der Ausführung nach Figur 6 sind
die Drucklager an beiden Seiten des Trennwandblocks
angebracht.
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Durch die Trennwand 278 erstreckt sich auch ein Kanal 314,
der Druck auf einen Druckwandler 316 überträgt, der an
den Kanal 314 gekoppelt ist und innerhalb des oberen
Abschnitts der in Figur 7 gezeigten Ausführung angebracht
ist. In der bevorzugten Ausführung ist dieser Druckwandler
von einer Art, wie sie in der Technik zur Erfassung eines
Drucks im Bereich zwischen 0 und 5 000 p.s.i. (0 bis
34,5 MPa) bekannt ist. Dieser ist dadurch in der Lage,
den Druck zu messen, der im Bohrloch besteht und durch die
Schlitze in der Hülse 9 und dem Gehäuse 214 auf den Kanal
314 übertragen wird.
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Ebenfalls in dem oberen Abschnitt der in Figur 7 gezeigten
Ausführung angebracht sind eine Vielzahl von Mitteln zur
Messung des gesamten Radialweges, um den sich jedes der
ausfahrbaren Werkzeuge 242 unter Ansprechen auf den Motor
254 und die anderen Antriebsbauteile verstellt, die in dem
unteren Abschnitt der bevorzugten Ausführung des
Tastwerkzeugs 10 enthalten sind. In der bevorzugten
Ausführung besteht jedes dieser Meßmittel aus einem
Widerstandspotentiometer 318 mit einem Betätigungsarm 320,
der an eine Verbindungsstange 322 gekoppelt ist, die
einem vorstehenden Schulterteil 324 des betreffenden
Schwenkarms 242 unter Vorspannung durch eine Feder 326
anliegt, die, wie dargestellt, zwischen dem Aufbau der
Einrichtung 318 und einem Kupplungs/Haltering 328
angebracht ist. Wegen dieser direkten und ständigen Anlage
der Kupplungsstange 322 an der Schulter 324 erzeugt das
Potentiometer 318 ein elektrisches Signal, das der
gesamten Verstellung des betreffenden Schwenkarms
proportional ist. Da in der bevorzugten Ausführung sechs
Schwenkarme vorgesehen sind, sind auch sechs Potentiometer
318 vorhanden. Die Potentiometer 318, die gegenüberliegend
angeordneten Armen zugeordnet sind, sind so gepaart, daß
die von jedem Paar erzeugten Signale eine Anzeige für
den Gesamtdurchmesser oder das Quermaß des Bohrlochs
geben, der bzw. das von dem jeweiligen Paar von
Schwenkarmen bestimmt wird. Jedes Potentiometer 318 und seine
Verbindungsstange 322 sind in Längsrichtung in dem oberen
Abschnitt des Tastwerkzeugs 10 angebracht. Die vorstehende
Schulter 324 ist so ausgebildet, daß sie Kontakt mit dem
Ende der Stange 322 über den gesamten radialen
Verstellungsbereich des jeweiligen Schwenkarms aufrechterhält.
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Obwohl nicht in den Zeichnungen dargestellt, enthält der
obere Abschnitt der bevorzugten Ausführung des
Tastwerkzeugs 10 ebenfalls einen Temperaturwandler von in der
Technik bekannter Art. Beispielsweise kann ein
Temperaturwandler mit einem Bereich bis zu 500 ºF (260º C)
verwendet werden.
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Der untere Abschnitt der in Figur 7 gezeigten Ausführung
hat Elemente ähnlich dem entsprechenden unteren Abschnitt
der in Figur 6 gezeigten Ausführung, wie durch die
Verwendung der gleichen Bezugszeichen angezeigt ist. Die
in Figur 7 dargestellte Ansicht ist jedoch eine Ansicht
eines Abschnitts der Federführungsstangen 264, ohne daß
die Verbindungsstäbe 262 gezeigt werden. Auch sind in
Figur 7 nur zwei der Schwenkarme 242 gezeigt, um die
Zeichnung zu vereinfachen; jedoch ist jeder der sechs
Arme 242 ähnlich konstruiert wie der eine, der
anschliessend vollständig beschrieben wird. Diese Ansicht zeigt
auch den Kugelumlaufspindel-Kupplungsmechanismus 270 und
andere Merkmale des unteren Abschnitts 244 der bevorzugten
Ausführung, die in Figur 6 nicht gezeigt sind. In Bezug
auf die Stäbe 264 zeigt Figur 7, daß jeder durch
entsprechende obere und untere Dichtungen 334 und 336
hindurch verläuft, die gleiche Flächen haben, um einen
Druckausgleich zwischen den Dichtungen hervorzurufen. Die
Dichtungen 334 sind in der Stützplatte 258 und die
Dichtungen 336 in der Stützplatte 260 gehaltert.
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Axial erstreckt sich von der Stützplatte 258 ein
verjüngtes Teil 338, in das der untere Teil der
Kupplungsstange 290 und der obere Teil der Kugelumlaufspindelwelle
292 verlaufen und in dem diese aneinander gekoppelt sind.
Eine Dichtung 340 am oberen Ende des verjüngten Teils 338
liegt der Stange 290 abdichtend an. Das verjüngte Teil 338
ist außen gestuft oder abgesetzt ausgebildet, wodurch
zwischen den zylindrischen Längsflächen 330, 332 eine
radiale Ringschulter 342 bestimmt wird.
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Unterhalb der Stützplatte 258 und gegenüber von dem
verjüngten Teil 338, aber dazu axial ausgerichtet, ist eine
Kugelumlaufspindelhülse 343 angebracht, welche die
Kugelumlaufspindelwelle 292 damit zusammenwirkend aufnimmt.
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Die Hülse 343 wirkt mit dem Schlitten 255 in der Weise
zusammen, daß Verdrehung der Welle 292 den Schlitten in
Abhängigkeit von der Drehrichtung nach oben oder unten antreibt.
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In Figur 7 sind mit gestrichelten Linien alternative
Ausführungen von Sensormitteln abgebildet, die jeweils
elektrische Signale erzeugen, die der Kraft entsprechen, die von
der betreffenden Feder einer Vielzahl von Federn 268
ausgeübt wird. Es kann ein solches Sensormittel für jede
Kombination einer Federführungsstange 264 und einer Feder 268
vorhanden sein. Eine dieser alternativen Ausführungen ist
ein Linearpotentiometer 344. Es ist ein solches
Potentiometer mit einer der entsprechenden Federführungsstangen 264
verbunden (wie speziell mit dem betreffenden Haltering 266),
so daß das jeweilige Potentiometer ein elektrisches Signal
erzeugt, das dem Verstellweg des jeweiligen Halterings 266
und damit der betreffenden Feder 268 entspricht. In Kenntnis
der Federcharakteristik kann man diesen Verstellweg
verwenden, um die Kraft zu bestimmen, die von der Feder
ausgeübt wird. Eine alternative Einrichtung ist eine
Kraftmeßdose 346, die kolinear unter der betreffenden Feder
angebracht ist, um ein der Belastung proportionales elektrisches
Signal zu erzeugen. Die Verwendung jeder dieser Einrichtungen
oder einer anderen geeigneten Einrichtung, mittels derer die
von der jeweiligen Feder ausgeübte Kraft bestimmt werden kann,
ist brauchbar zur Erzeugung von Daten, aus denen
Belastungsmessungen am Ort vorgenommen werden können,
insbesondere in Verbindung mit Abweichungsmessungen, die unter
Ansprechen auf Verstellungen der ausfahrbaren Arme 242
durchgeführt werden. Eine spezielle Messung, die davon
abgeleitet werden kann, ist der Härtefaktor der Formation.
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Aus den vorstehenden Beschreibungen der oberen und unteren
Abschnitte des Tastwerkzeugs 10 geht ohne weiteres hervor,
daß der Motor 254, die Kupplungsstange 290, der
Kugelumlaufspindel-Kupplungsmechanismus
270, der Schlitten 255 und
die Stange 264/Feder 268-Anordnungen zusammen die
bevorzugte Ausführung eines Antriebsmittels darstellen, um
gemeinsam alle sechs Schwenkarme 242 so zu verstellen, daß
die Schwenkgelenke 276 der Arme von dem Tastwerkzeug 10
gleichzeitig nach außen verstellt werden, und um unabhängige
Kräfte auf die verschwenkten Arme zur Anlage an dem
Bohrloch 4 auszuüben. Dies erfolgt, wenn der Motor 254 den
Schlitten in der Ansicht von Figur 6 oder Figur 7 in
Längsrichtung nach oben verstellt. Diese Verstellung
erfolgt, bis der Stift 304 des Zahnrads 302 an dem
Begrenzungsschalter für die Aufwärtsrichtung der
Begrenzungsschalter 306 angreift. In der Gegenrichtung ziehen diese
Bauteile die verschwenkten Arme 242 radial nach innen
zurück, wenn der Motor 254 den Schlitten in der
entgegengesetzten Längsrichtung antreibt, bis der Stift 304 den
Begrenzungsschalter für die Abwärtsrichtung der
Begrenzungsschalter 306 berührt.
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Wenn die Arme 242 radial nach außen in Anlage an das
Bohrloch 4 ausgefahren sind, erfolgt die Anlage am
Bohrloch durch die Funkte oder Spitzen 347, die mit den Enden
der Abschnitte 272 der Arme 242 verbunden sind. In der
bevorzugten Ausführung sind zwei der Arme 242 mit
Karbidpunkten zum Eindringen in die Formation versehen, um das
Tastwerkzeug starr damit zu verriegeln. Die anderen vier
Arme sind mit mehr abgerundeten Punkten versehen. In der
bevorzugten Ausführung wird davon ausgegangen, daß die
an irgendeinen der Arme angelegte Haltekraft bis zu
250 Pfund (1100 N) betragen kann; die Ausgestaltung kann
jedoch auch für jede geeignete Kraft durch Verwendung
einer geeigneten Art von Druckfeder für die Federn 268
vorgenommen werden. Die Größe der von jeweils einer der
Federn angelegten Kraft im einzelnen hängt davon ab,
wieweit der betreffende Schwenkarm ausgefahren ist, was von
der Größe und Form des Bohrlochs abhängig ist.
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Der letzte Hauptbauteil der bevorzugten Ausführung des
Tastwerkzeugs 10, der noch zu beschreiben ist, besteht
aus den Mitteln, mittels derer die Abweichungen in dem
Bohrloch erfaßt werden. Diese Mittel sind im wesentlichen
mittig innerhalb des Tastwerkzeugs 10 enthalten. In
Figur 7 werden diese Mittel allgemein durch das
Bezugszeichen 348 bezeichnet. Diese Mittel enthalten
Sensormittel zur Erfassung der Verstellungen der Schwenkarme,
wenn die Sensormittel mit den Schwenkarmen gekoppelt sind.
Es ist jeweils ein solches Sensormittel für jeden der
sechs Schwenkarme in der bevorzugten Ausführung vorhanden.
Die Mittel 348 enthalten auch Betätigungsmittel zur
Betätigung jedes der Sensormittel, nachdem die
Antriebsmittel die Schwenkarme 242 in Anlage an die Seitenwand
des Bohrlochs 4 verschwenkt haben, so daß jedes der
Sensormittel nur Verstellungen der Schwenkarme erfaßt, die
auftreten, nachdem die Schwenkarme in eine solche Anlage an
die Seitenwand des Bohrlochs verschwenkt worden sind.
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Jedes Sensormittel enthält Wegmeßmittel, die mit dem
Stützglied verbunden sind, das durch den oberen Abschnitt
240 des Tastwerkzeugs 10 bestimmt ist, um ein
elektrisches Signal im Ansprechen auf die Verstellung des
jeweiligen Schwenkarms zu erzeugen, der dem Wegmeßmittel
zugeordnet ist. In der bevorzugten Ausführung stellt das
Wegmeßmittel einen linear veränderlichen
Differentialtransformatorwandler geeigneter, in der Technik bekannter
Art dar, wie einen Schaevitz-Wandler der XS-C-Reihe
(z.B. Modell 149 XS-G). Diese Wandlerart hat nur einen
begrenzten Bereich des gesamten meßbaren linearen
Verstellweges (z.B. + 0,15 Zoll entsprechend 3,8 mm), aber
innerhalb dieses Bereiches wird eine Genauigkeit von
0,0001 Zoll (0,0025 mm) oder darunter zur Verfügung
gestellt.
Dies erlaubt die Messung von Bohrlochabweichungen
(die erwartungsgemäß nicht größer als ungefähr 0,1 Zoll
entsprechend 2,5 mm sind) nach der vorliegenden Erfindung
mit einer Auflösung von wenigstens 0,001 Zoll (0,025 mm).
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Einer dieser Wandler ist in Figur 7 durch das
Bezugszeichen 350 bezeichnet. Jeder Wandler 350 hat einen Aufbau,
der in der bevorzugten Ausführung in Längsrichtung
innerhalb des Gehäuses des oberen Abschnitts 240 angebracht ist.
Ein bewegliches Glied, das gelegentlich als Anker
bezeichnet wird, ist gleitfähig innerhalb des Aufbaus
angeordnet und verstellt sich in Längsrichtung gegenüber
dem Tastwerkzeug 10. Diese Anbringung ist bei der
bevorzugten Ausführung in Längsrichtung aus Gründen der
Raumbegrenzung; es wird jedoch in Betracht gezogen, daß andere
Anordnungen der Wandler erreicht werden können, wenn
geeignete Wandler- und Werkzeuggrößen untergebracht werden
können. Wenn sich das bewegliche Glied innerhalb des
Aufbaus des Wandlers gleitend verschiebt, wird ein
elektrisches Signal erzeugt. Wenn das bewegliche Glied mit dem
betreffenden Arm 242 verbunden ist, wird dieses Signal
unter Ansprechen auf die Verstellung des Arms 242 erzeugt,
die durch die Abweichung des Bohrlochs 4 hervorgerufen
wird.
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Diese Abweichungssensormittel enthalten auch
Verbindungsmittel zur lösbaren Verbindung des jeweiligen Schwenkarms
242 mit dem betreffenden Wandler 350. Diese
Verbindungsmittel enthalten eine von dem Schwenkarm ausgehende
Kupplungsleine. In der bevorzugten Ausführung besteht diese
Kupplungsleine aus einem Verbindungsband 352, das ein
langes, dünnes Band aus rostfreiem Stahl bildet, dessen
eines Ende in Ausrichtung zu dem Stift oder der Spitze 347
verbunden ist, der oder die mit der Formation an dem
Schwenkgelenk 276 in Berührung ist. Das Band 352 erstreckt
sich durch nachfolgend beschriebene Anlagemittel und um
einen Führungsschuh 354 mit einer gebogenen Kante 356,
entlang derer das Band verläuft und um 90º umgelenkt wird,
so daß das andere Ende des Bandes quer zu dem zuerst
genannten Ende des Bandes verläuft. Das zuerst genannte
Ende verläuft quer zur Längsrichtung des Tasters 10. Der
Führungsschuh 354 ist an einem L-förmigen Träger 355
angebracht, der mit zwei Allen-Schrauben an einer
kreisförmigen Stützplatte 370 angebracht ist, wie in Figuren 7 u.
10 dargestellt ist.
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Dieses andere Ende des Bandes 352 ist durch geeignete
Mittel mit dem Schlitten 255 der Antriebsmittel
verbunden. Bei der bevorzugten Ausführung wird dies durch
eine Feder 358 erreicht, die sich innerhalb des Schlittens
255 befindet, wie in Figur 7 gezeigt ist. Die Feder 358
ist mit einem Ende (beispielsweise durch eine Haken- und
Öse-Verbindung) mit dem Band 352 und mit ihrem anderen
Ende mit einer Verbindungsplatte 360 verbunden, die an
der unteren Stützplatte 260 angebracht ist. Die Feder 358
wird verwendet, um zu jeder Zeit Durchhängen des Bandes
352 auszuschließen und das Band 352 unter Spannung zu
halten, und zwar in Anbetracht des Unterschiedes im
Verhältnis der beiden Hebelabschnitte oder Streben, die den
ausfahrbaren Arm 242 bilden, und ferner in Anbetracht des
nicht-linearen Verstellwegverhältnisses zwischen dem
Kontaktpunkt jedes Arms und der Federantriebsanordnung
im unteren Abschnitt des Tasters 10. Diese Spannung wirkt
sich nicht ungünstig auf das Meßsystem aus, nachdem das
Band 352 in seiner Meßstellung verriegelt ist.
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Um das Band 352 in seiner Meßstellung zu verriegeln,
enthalten die Verbindungsmittel der Abweichungssensormittel
die vorgenannten Angriffsmittel, die verwendet werden,
um die Kupplungsleine an den jeweiligen Wandler 350 zu
legen, wenn sich die Angriffsmittel in einer
Angriffsstellung befinden, und um die Kupplungsleine von dem
Wandler zu lösen, wenn sich die Angriffsmittel in einer
Lösungsstellung befinden. In der bevorzugten Ausführung
klemmen die Angriffsmittel das Band 352 an das bewegliche
Glied des jeweiligen Wandlers 350 unter Ansprechen auf die
Betätigungsmittel, die wiederum auf die Antriebsmittel
ansprechen. Diese Klemmmittel enthalten einen L-förmigen
Hebel oder Winkelhebel 362 mit Armabschnitten 364, 366,
die in Querbeziehung (speziell in senkrechter
Querbeziehung) zueinander stehen. Der Armabschnitt 364
enthält ein Gabelelement 365 (siehe Figur 8) mit einem offenen
Gabelende, das eine Querverlängerung aufnimmt oder damit
verschraubt oder in anderer geeigneter Weise verbunden
ist, die aus einem Teil mit dem Armabschnitt 366 gebildet
ist, aber einen Teil des Armabschnitts 364 bildet.
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Dieses Glied 362 wird verwendet, um die
90º-Richtungsänderung zwischen der Richtung der Wandabweichung und der
Bewegungsrichtung des beweglichen Glieds oder Ankers des
Wandlers 350 aufzunehmen, wenn der Wandler 350 in
Längsrichtung angebracht ist, wie in Figur 7 dargestellt. In
der bevorzugten Ausführung hat der Winkelhebel 362 ein
1 : 1 - Verhältnis und stützt sich an einem Bendix-
Biegefederschwenklager 368 ab, das an einem L-förmigen
Träger 369 befestigt ist, der durch Allen-Schrauben mit
der Stützplatte 370 verbunden ist, wie in Figuren 7 und 10
gezeigt ist. Die Platte 370 ist durch längliche Glieder 371
verbunden, die Teile des Rahmens des oberen Abschnitts 240
des Tastwerkzeugs 10 sind. Diese Verbindungsart bildet
ein Federschwenklager, das eine genaue Zentrierung für
die Drehung des L-förmigen Hebels 362 nahezu ohne Reibung
und Hysterese ermöglicht. Diese Vorrichtungen sind im
wesentlichen ohne Spiel, was von äußerster Bedeutung für
Messungen mit einer Auflösung in der Größe von 0,001 Zoll
(0,025 mm) ist, wie dies bei der bevorzugten Ausführung
nach der vorliegenden Erfindung der Fall ist. Diese
Ausbildung und Anbringung des Winkelhebels 362 erlaubt so
die automatische Zentrierung des Ankers oder beweglichen
Gliedes in dem Wandler 350, wenn das Glied 362 von dem
betreffenden Arm 242 gelöst ist. Dieser Anker ist mit
dem Arm 366 des Hebels 362 durch einen schmalen, dünnen
Streifen 372 verbunden, der, wie in Figur 7 dargestellt,
damit durch Schrauben verbunden ist. Dieser dünne Streifen,
der in der bevorzugten Ausführung eine Stärke in der Größe
von 0,004 Zoll (0,11 mm) und eine Breite zwischen 0,187
Zoll (4,7 mm) und 0,025 Zoll (0,64 mm) hat und aus
rostfreiem Stahl besteht, wird so verwendet, daß die
Verstellbewegung in einem genauen Abstand von diesem
Biegefederschwenklager verläuft, und so, daß eine
Entlastung von jeder Seitenlast durch Verdrehung des
L-förmigen Gliedes 362 erfolgt.
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Um ein Band 352 mit einem Winkelhebel 362 (die jeweils
für einen Schwenkarm 242 vorhanden sind) zu verriegeln,
so daß die Verstellung des betreffenden Schwenkarms 242
über den betreffenden Winkelhebel 362 an den Anker des
betreffenden Wandlers 350 gekoppelt ist, ist der
Armteil 364 des Winkelhebels 362 mit einem selbsthemmenden,
federbelasteten Kupplungsmechanismus in einer
bevorzugten, in Figur 8 gezeigten Ausführung versehen. Das
Gabelelement 365 des Armteils 364 ist mit der
Querverlängerung des Armteils 366 verbunden, so daß eine
gebogene Fläche 376 an dieser Querverlängerung innerhalb
der Mittelöffnung der gegabelten Verlängerungen des
Gabelelementes 365 liegt. Das Band 352 kann an die Fläche
376 durch ein Kupplungswälzglied 378 geklemmt werden,
das eine Zylinderhülse 379 und einen zylindrischen Stift
381 aufweist, der sich axial durch und über die beiden
Enden der Hülse 379 hinaus erstreckt, wie in Figur 11
gezeigt ist. Das Glied 378 wird in Reibeingriff mit dem
Band 352 durch einen Haltekolben oder-Amboß 380 gebracht,
der gegen das Band 352 durch eine Feder 382 vorgespannt
ist. Diese Konstruktion erlaubt eine Verbindung, welche
die Bohrlochabweichung zwischen dem an der Formation
anliegenden Stift 347 und dem Anker des Transformators 350
ohne oder nur mit geringem Spiel des Kupplungssystems
mit dem 1 : 1-Verhältnis überträgt.
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Die Rolle 378 hat durch ihren Stift 381 zwei Enden von
kleinerem Durchmesser, die in zueinander ausgerichteten
Schlitzen 383 des Gabelelementes 365 aufgenommen sind.
Einer dieser Schlitze 383 ist in Figur 8 gezeigt. Ein
mittiges Zylinderteil des Gliedes 378 ist durch die
Hülse 379 bestimmt und hat einen größeren Durchmesser;
es erstreckt sich zwischen den Schlitzen, so daß die
Rolle 378 nicht unabsichtlich aus diesen Schlitzen
herauskommen kann.
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Der Amboß 380 und die Feder 382 sind so in der
Mittelöffnung des Gabelelements 365 aufgenommen, daß sie sich
in Längsrichtung unter Führung durch eine Führungsstange
384 des Ambosses 380 verstellen können. Die
Führungsstange 384 verläuft durch ein Loch 385, das in dem
geschlossenen Ende des Gabelelementes 365 bestimmt ist.
Die Fläche des Ambosses 380, die durch die Feder 382
gegen die Rolle 378 vorgespannt wird, ist in Figur 8
mit einer geringen Neigung gezeigt, die in einem
mittleren Bereich zusammenläuft, der die Rolle 378 berührt.
Die Neigung dieser Vereinigung ist gering gehalten
(beispielsweise weniger als ungefähr 13º), um diesen
Kupplungsmechanismus selbsthaltend zu gestalten, wenn
er zur Anlage an die Rolle 378 freigegeben wird.
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Die Verstellung der Rolle 378 in Gegenrichtung zu der
Vorspannkraft, die von der Feder 382 ausgeübt wird, wird
durch Betätigungsmittel bewirkt, die in der bevorzugten
Ausführung ein Armkreuz 386 enthalten, das zur
Relativbewegung zwischen der Stützplatte 370 und den jeweiligen
Rollen 378 angebracht ist. Schraubenfedern 388, von denen
eine in Figur 10 gezeigt ist, sind zwischen der
Stützplatte 370 und dem Armkreuz 386 gehalten, um das
Armkreuz 386 gegen die Rollen 378 zu spannen. Obwohl Fig. 10
in Verbindung mit der Feder 388 einen Bolzen 393 und eine
selbsthemmende Mutter 395 zeigt, werden solche Mutter und
Bolzen zum Zusammenbau verwendet, sind aber nicht
erforderlich, um die Platte 370 und das Armkreuz 386 nach
dem Zusammenbau zusammenzuhalten, wie aus der Ansicht
der Gesamtanordnung in Figuren 7 und 10 ersichtlich ist.
Das Armkreuz 386 hat eine mittige zylindrische Nabe 389,
von der sich Radialfinger erstrecken, von denen einer
in Figuren 10 und 11 mit dem Bezugszeichen 390 bezeichnet
ist. Es sind sechs solche Finger vorhanden, deren jeder
jeweils einen Schwenkarm 242 und der zugehörigen
Verbindungsanordnung zugeordnet ist. Jeder Finger 390 ist
gegabelt und jede Gabelung ist an ihrem Außenende mit
einer Klinke 391 verbunden, die eine Nut zur Aufnahme
des jeweiligen Endes des Stiftes 381 der Rolle 378
enthält, wenn die Federn 388 die Klinken 391 gegen ihre
jeweils ausgerichteten Kupplungen drückt, welche die
Rollen 378 enthalten. In den Figuren 7 bis 11 sind
verschiedene Ansichten dieser Konstruktion dargestellt.
Die Nabe 389 hat einen Axialkanal, in dem die Stange 290
gleitend aufgenommen ist.
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Die Federn 388 spannen das Armkreuz 386 in eine
Armkreuzanlagestellung vor, in der jede Klinke 391 an der
jeweils dazu ausgerichteten Rolle 378 angreift und diese
in ihre gelöste Kupplungsstellung weg von dem jeweiligen
Band 352 verstellt. Die von den Federn 388 ausgeübte
Gesamtkraft ist so größer als die Gesamtkraft, die in
der bevorzugten Ausführung von den Federn 382 innerhalb
der Winkelhebel 362 ausgeübt wird.
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Das Armkreuz 386 wird unter Ansprechen auf die Bewegung
der Antriebsmittel in eine gelöste Stellung des
Armkreuzes verstellt, in der die Klinken 391 des Armkreuzes
386 von den Stiften 378 gelöst sind, so daß jeder
Schwenkarm 242 dadurch mit dem jeweiligen Wandler 350 unter einer
Anlagekraft verbunden ist, die durch die Federn 382
ausgeübt wird. In der in Figur 7 gezeigten bevorzugten
Ausführung geschieht dies, wenn der Schlitten 255 in
ausreichendem Maße in Längsrichtung aufwärts verstellt wird,
so daß die Schulter 342 des verjüngten Teils 338 an der
unteren Fläche der Nabe 389 des Armkreuzes 386 angreift
und das Armkreuz in Längsrichtung aufwärts verstellt.
Dies geschieht in der bevorzugten Ausführung unmittelbar
bevor die in Figur 9 dargestellte Zahnradanordnung 22
Umdrehungen zählt und in Anlage an den Begrenzungsschalter
für die Aufwärtsrichtung kommt. Im Speziellen ist die
Schulter 342 in einem Abstand von 3 Zoll (76 mm) unter
der unteren Fläche der Nabe 389, wenn die Schwenkarme 242
vollständig in das Werkzeug 10 zurückgezogen sind. Wenn
der Antriebsmotor 254 die Schraubenwelle 292 verdreht,
um die Schwenkarme 242 auszufahren, verstellen sich die
oberen und unteren Abschnitte 240, 244 gegeneinander und
die Nabe 389 wird gegenüber der Schulter 342 verstellt.
Nach einer ausreichenden Länge dieser Relativbewegung
zwischen der Nabe 389 und der Schulter 342 greift die
Schulter an der Nabe an; dieser Angriffspunkt wird jedoch
erreicht, bevor die 22 Umdrehungen der Schraubenwelle
gezählt worden sind. Die Welle kann sich daher so weiter
drehen, daß die Schulter 342 das Armkreuz 386 gegen die
Federn 388 in Richtung auf die Stützplatte 370 drückt.
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Dies setzt sich fort um ein weiteres 1/4 Zoll (6,3 mm),
wenn die Zahl von 22 Umdrehungen erreicht wird, wodurch
der weitere Betrieb des Antriebsmotors 254 angehalten
wird. Diese Verstellung ist so abgestimmt, daß die
Schwenkarme 242 vor der letzten Linearbewegung der
Schulter 342 um ein viertel Zoll (6,3 mm) in Anlage an
das Bohrloch verstellt werden. Dadurch werden die
Kupplungen in den Winkelhebeln 362 gelöst gehalten, und zwar
bis zu einem Zeitpunkt, nach-dem die Schwenkarme 242
in Anlage an das Bohrloch kommen. Eine ausgerückte
Stellung der Kupplung ist in Figuren 7 und 10 dargestellt,
und eine eingerückte Stellung der Kupplung ist in Figur 8
dargestellt.
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Wenn sich das Armkreuz 386 in seiner vollen
Abwärtsstellung gegenüber der Stützplatte 370 befindet, werden
daher die Klinken 391 an den Rollen 378 angreifen und diese
in ihren gelösten Kupplungsstellungen halten, in denen
die durch die Rollen 378 bestimmten Klemmglieder die
Bänder 352 freigeben. Wenn sich das Armkreuz 386 in seiner
höchsten Stellung gegenüber der Stützplatte 370 befindet,
so daß die Klinken 391 von den Rollen 378 gelöst sind,
gestattet dies, daß die Rollen 378 automatisch durch die
Federn 382 gegen die Bänder 352 vorgespannt werden, um
diesen anzuliegen und sie dadurch in Anlage an den
Anlageflächen 376 der Winkelhebel 362 zu halten.
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Sowohl in Zusammenfassung und Ergänzung des Vorstehenden
wird das Tastwerkzeug 10 verwendet, um die Abweichung
des Bohrlochs 4 zu messen, beispielsweise eine Erweiterung
des Bohrlochs, die als Folge eines Frakturierungsprozesses
eintritt. In der bevorzugten Ausführung war der Durchmesser
des Werkzeugs 10 in Anbetracht der allgemeinen Abmessung
von Bohrlöchern, in denen die Verwendung des Werkzeugs
in Betracht gezogen wird, so gewählt, daß er ungefähr
8 Zoll (20,3 cm) beträgt. Um in angemessener Weise
Änderungen in der Form des Bohrlochs abzudecken, wird
in der bevorzugten Ausführung des Werkzeugs 10 eine
sechsarmige Ausbildung verwendet. Die sechs Arme 242
sind in gleichmäßigen Abständen von 60º um den
Mittelabschnitt des Werkzeugs 10 angeordnet. Die entsprechenden
Wandler 350, die den Armen 242 zugeordnet sind, sind
ebenfalls innerhalb des Werkzeugs 10 in 60º-Abständen
angeordnet. Diese sind im Inneren des Werkzeugs 10
derart angeordnet, daß die Mitte für den einzigen Motor 254,
der in der bevorzugten Ausführung verwendet wird, und die
einzige Hauptantriebswelle, die durch den Motor 254
angetrieben wird, offen gelassen ist.
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In der bevorzugten Ausführung des Gesamtwerkzeugs nach der
vorliegenden Erfindung wird der Taster 10 an jedem Ende
zwischen den oberen und unteren Packerabschnitten durch
Federn abgestützt. Diese Federn sind von einer Art, die
eine Bewegungsfreiheit in Längsrichtung von ungefähr 1 bis
2 Zoll (2,5 bis 5,1 cm) für den Taster 10 zwischen den
oberen und unteren Packerabschnitten gestatten. Der
Instrumententrägerabschnitt, in dem der Taster 10 zwischen
den Packerabschnitten aufgenommen ist, hat sechs Schlitze,
durch welche die Arme 242 in Anlage an die Formation
ausgefahren werden, die von dem Bohrloch 4 durchsetzt ist.
Die bevorzugte Ausführung des Tasters 10 empfängt und
sendet elektrische Signale über ein Kabel, das durch das
Bohrloch und den oberen Packerabschnitt zur Verbindung
durch einen Naßverbinder am oberen Ende des Tasters 10
verläuft.
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Ein Hauptmerkmal der bevorzugten Ausführung ist, daß jeder
der Arme 242 mechanisch an zwei Teilen des Tastwerkzeugs
befestigt ist, um eine größere Starrheit auszubilden, wie
sie für die genauen Messungen, die nach der vorliegenden
Erfindung ausgeführt werden, erforderlich ist.
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Ein anderes Merkmal der bevorzugten Ausführung besteht
darin, daß jeder der Arme 242 durch eine unabhängige
Kraft angetrieben wird, die aber von einer gemeinsamen,
einzigen Antriebsquelle ausgeht. Diese unabhängige
Antriebskraft ist wichtig, weil die zu vermessenden
Bohrlöcher nicht absolut rund sind, so daß es wahrscheinlich
ist, daß die Arme 242 um unterschiedliche radiale
Stellwege verstellt werden müssen. Diese Unterschiede werden
in der bevorzugten Ausführung dadurch aufgenommen, daß
an den Enden der Arme einzelne Druckfedern verwendet
werden. Dies ergibt unterschiedliche Belastungen an den
jeweiligen Armen. Es wird in der bevorzugten Ausführung
vorausgesetzt, daß die Arme sich nicht um mehr als
ungefähr 0,1 Zoll (2,5 mm) während der Messung einer
Formationsabweichung verstellen; es ist daher erwünscht, durch
die Federn 268 Kontaktkräfte oder -drücke von bis zu
ungefähr 250 Pfund Kraft (1100 N) auszuüben. Dies wird
durch eine entsprechende Auswahl der Federcharakteristiken
bewirkt. Geeignete Arten von Federn schließen
Schraubenfedern oder Tellerfederscheiben ein.
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Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht
in den Mitteln, durch welche die genauen Messungen erzielt
werden. Obwohl in der bevorzugten Ausführung ein Tastarm
um eine Größenordnung von ungefähr 2 Zoll (5,1 cm) aus
seiner vollständig zurückgezogenen Stellung innerhalb des
Tastwerkzeugs 10 bis in seine Anlageposition zur Kopplung
mit dem Bohrloch 4 ausgefahren werden kann, ist der Bereich
der Präzisionswandler stärker begrenzt, beispielsweise
auf ± 0,015 Zoll (0,38 mm) für den vollen
Auslenkungsbereich. Dies ist eine Begrenzung durch den linear
veränderlichen Differential-Transformator 350, der bei der
bevorzugten Ausführung verwendet wird; diese Begrenzung
wird jedoch aufgehoben durch die Genauigkeit, die mit
einer solchen Einrichtung erreicht wird. Dieser Wandler
hat eine aus vielen Windungen bestehende zylindrische
Konfiguration mit einem mittig verstellbaren Anker, der
in Längsrichtung zu den Windungen gleitet und dadurch
bewirkt, daß sich die Ausgangsspannung linear mit der
Ankerverstellung ändert. Es sind keine elektronischen
Verstärker notwendig, so daß eine geringere
Stützschaltung benötigt wird. Weiterhin stützt diese Arten
von Vorrichtungen eine einzige bekannte Art von Chip
mit integrierter Schaltung. Es wird in Betracht gezogen,
daß geeignete Wandler zur Verwendung in der bevorzugten
Ausführung nach der vorliegenden Erfindung derzeit
erhältlich sind, die verlangt, daß Verstellschritte von
0,001 Zoll (0,025 mm) bei einem Verstellweg von ± 0,1 Zoll
(2,5 mm) aufgelöst werden. Da eine solche Vorrichtung
keine geeignete Ausgangsleistung über den gesamten
Verstellbereich von der voll zurückgezogenen Stellung
innerhalb des Werkzeuges 10 erzeugt, wird nach der vorliegenden
Erfindung der Kupplungsmechanismus verwendet, um die
Präzisionsmeßwandler 350 mit den Armen erst dann zu
verriegeln, nachdem die Arme sich in ihrer Anlagestellung
an dem Bohrloch 4 befinden (genauer erst, nachdem die
Schraubenwelle um eine vorgegebene Anzahl von Umdrehungen
verdreht worden ist).
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Der Betrieb der bevorzugten Ausführung nach der
vorliegenden Erfindung ist wie folgt. Nachdem die oberen und
unteren Packer gesetzt worden sind und der Naßverbinder auf
in der Technik bekannter Weise angebracht worden ist, wird
das Tastwerkzeug 10 über das vorgenannte Kabel mit Leistung
versorgt. In der bevorzugten Ausführung sind die Packer
durch den Verriegelungsmechanismus in dem oberen
Packerabschnitt 8 verriegelt. Die Leistung zum Betrieb des
Motors 254 ist mit 60 Hertz vorgesehen, die Leistung für
den Instrumentenabschnitt ist mit 400 Hertz vorgesehen
und die Datensignale sind als aufeinanderfolgende
Gleichspannungen vorgesehen.
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Beim ersten Anlegen eines geeigneten Signals an das
Werkzeug 10 wird der Motor 254 betätigt, um in eine
Richtung zu drehen, welche die oberen und unteren
Abschnitte 240, 244 in Längsrichtung dichter zueinander
bringt, so daß die Arme 242 radial nach außen verschwenkt
werden. Dies wird in einer in Betracht gezogenen
besonderen Ausführung dadurch erreicht, daß eine elektrische
Bremse an dem Elektromotor gelöst wird, ein doppelt
wirkendes Relais betätigt wird, um die geeignete
Motorwindung zur Steuerung der Drehrichtung der Antriebswelle
auszuwählen, und ein geschlossener Begrenzungsschalter
umgangen wird.
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In dem Maße, in dem der Motor die Antriebswelle dreht, um
die Tastarme zu öffnen, drehen sich die in Figur 9
gezeigten Zahnräder in Entsprechung zu der
Hauptantriebswelle. Wenn 22 Umdrehungen aufgetreten sind, haben sich
die Zahnräder so verdreht, daß der Stift 304 an dem
geeigneten Begrenzungsschalter angreift, der den Motor 254
abschaltet. Während wenigstens eines Teils dieser
Maximalverstellung wird die Last auf die Druckfedern 268 an jedem
der Federführungsstäbe 264 übertragen. In dem Maße, in dem
diese Last übertragen wird, verstellen sich die
Federführungsstäbe 264 gegenüber dem Federbehälterschlitten 255
(speziell gegenüber den Platten 258, 260). Ausreichende
Verstellung dieses Schlittens bewirkt, daß dessen
verjüngtes Teil 338 an dem Armkreuz 386 angreift. Ausreichende
Verstellung des Armkreuzes 386 löst die Rollen 378, so
daß die Bänder 352 über die verbindenden Kupplungen an die
jeweiligen Wandler 350 geklemmt werden.
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Ein zweites Steuersignal betätigt die im Bohrloch
befindliche Elektronik, um die Daten, die von den
verschiedenen Wandlern erhalten werden, zu messen oder zu
registrieren. Dies wird in einer in der Technik
bekannten Weise durchgeführt. Um aus diesen Daten den
Umfang einer Bohrungswandungsabweichung zu bestimmen,
wird eine erste Ablesung gemacht, wenn die Wandler 350
zuerst an die Schwenkarme 242 geklemmt werden. Dies
ergibt die Basis- oder "Nullpunkt-"Information. Das
Frakturierfluid wird dann angelegt, und es erfolgt eine
weitere Ablesung der Wandler 350. Die Unterschiede zwischen
diesen Daten und den zuerst erhaltenen Daten sind die
Beträge der erfaßten Verstellung.
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Wenn das Motorsteuersignal von dem Motor 254 entfernt
wird, verriegelt eine elektrische Bremse am Motor die
Motorwelle, um ein Kriechen der Antriebswelle zu
verhindern. Das doppelt wirkende Relais wird frei und zu
seiner nächsten Wirkung zurückgesetzt, um den Motor
umzuschalten und die Meßarme zurückzuziehen, wenn beim
nächsten Mal ein geeignetes Steuersignal an dem Motor 254
angelegt wird. Die Begrenzungsfunktion des
Begrenzungsschalters wird umgangen, so daß der Elektromotor während
seines nächsten Zyklus betrieben wird. Diese nächste
Anlage eines geeigneten Signals bewirkt, daß der Motor
umgesteuert wird und die Arme zurückzieht. Ein
Begrenzungsschalter erfaßt, wenn die Linearbewegung in
dieser Richtung erreicht worden ist.
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Nachdem die Schwenkarme zurückgezogen sind, wird ein
weiteres Steuersignal gesandt, um die im Bohrloch
befindliche Elektronik wieder für Zwecke und in einer in
der Technik bekannten Weise zu aktivieren.
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Damit ist die vorliegende Erfindung brauchbar zum
Erfassen von Bewegungen oder Abweichungen eines
Bohrlochs und stellt damit Informationen zur Verfügung,
die brauchbar sind, um die Lochorientierung und die
Frakturierungshöhe zu bestimmen. Der Taster nach dieser
Erfindung verwendet einen einzigen Antriebsmotor und
Mittel zur Ausübung jeweils einer unabhängigen Kraft
auf die verschiedenen Schwenkarme im Ansprechen auf
den Betrieb eines solchen Motors. Der Taster ist in
der Lage, präzise Messungen von erfaßten Abweichungen
innerhalb eines engen Bereiches durchzuführen, die nur
ausgeführt werden können, nachdem die Arme ausreichend
ausgefahren worden sind und ein Kupplungsmechanismus
freigegeben worden ist, um die Arme an die jeweiligen
Präzisionswandler zu klemmen. Weiterhin verwendet diese
Erfindung eine freischwebende Konstruktion, in der der
Taster an Federn zwischen zwei miteinander
verriegelbaren Packern angebracht ist. Der Taster hält sich starr
an einer Formation durch die Arme, die an beiden Enden
mechanisch eingespannt sind, um eine starre Haltewirkung
an der Formation zu erzeugen.
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Die vorliegende Erfindung ist damit gut dazu eingerichtet,
die Aufgaben zu lösen und die Zwecke und Vorteile zu
erreichen, die oben angegeben sind, wie auch diejenigen,
die der vorliegenden Erfindung eigen sind. Während
bevorzugte Ausführungen der Erfindung zum Zweck dieser
Offenbarung beschrieben worden sind, können in der
Konstruktion und Anordnung der Teile durch Fachleute
zahlreiche Änderungen vorgenommen werden.