DE3781210T2

DE3781210T2 - Bohrlochmesswerkzeug.

Info

Publication number: DE3781210T2
Application number: DE8787304637T
Authority: DE
Inventors: Burchus Quinton Barrington; George Victor Copland
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1986-06-18
Filing date: 1987-05-26
Publication date: 1993-01-28
Anticipated expiration: 2007-05-27
Also published as: DE3781210D1; EP0453051B1; EP0250107A3; DE3751150T2; EP0250107A2; ES2069191T3; CA1305856C; CA1300371C; SG114192G; EP0453052A3; DE3751150D1; EP0250107B1; DE3751273D1; DE3751273T2; EP0453051A2; EP0453052A2; US4673890A; EP0453051A3; EP0453052B1; ES2035054T3

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein Bohrlochmeßwerkzeuge und insbesondere, aber ohne Einschränkung darauf, ein zwischen zwei Packern angeordnetes Tastwerkzeug zur Bestimmung einer Spaltausrichtung.
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.
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.
Wir haben nunmehr ein Tastmeßwerkzeug für ein Bohrloch entwickelt, mit dem dies erreicht werden kann.
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.
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.
Vorzugsweise weisen die Werkzeuge nach der Erfindung Verriegelungsmittel zur Verriegelung der oberen Packermittel mit den unteren Packermitteln auf.
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.
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.
Zum vollständigeren Verständnis der Erfindung werden verschiedene Ausführungen davon nun beispielsweise unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichungen beschrieben. Darin ist:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Doppel- oder Zweifach-Packer/Taster- Anordnung, die eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
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.
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.
Figur 4 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines Riegelgliedes der Verriegelung bei der bevorzugten Ausführung.
Figuren 5A bis 5B zeigen die bevorzugte Ausführung des Aufbaus zur Anbringung des Tasters zwischen den Packern.
Figur 6 ist eine Ansicht einer Grundstruktur zur Ausbildung einer bevorzugten Ausführung des Tasters nach der vorliegenden Erfindung.
Figur 7 ist eine Schnittansicht des Hauptteils einer weiteren bevorzugten Ausführung des Tasters.
Figur 8 ist eine Detailansicht eines Riegelmechanismus in den bevorzugten Ausführungen des Tasters.
Figur 9 zeigt das Begrenzungsgetriebe eines Antriebsmechanismus der bevorzugten Ausführungen des Tasters.
Figur 10 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils einer Kopplungsuntereinheit aus einer Kupplung und einem Armkreuz, die auch in Figur 7 gezeigt ist.
Figur 11 ist eine teilweise Seitenansicht eines Arms des Armkreuzes, mit dem Klinken verbunden sind, und eines Kupplungswälzgliedes, an dem die Klinken angreifen.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

1. Bohrlochmeßwerkzeug für ein Bohrloch mit einer Seitenwand, enthaltend untere Packermittel (6) zur Ausbildung einer unteren Abdichtung in dem Bohrloch; obere Packermittel (8) zur Ausbildung einer oberen Abdichtung in dem Bohrloch; und Meßmittel (10) zwischen den oberen (8) und unteren (6) Packermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel Tastmittel (10) zur Messung einer Abweichung in der Seitenwand (4) des Bohrlochs aufweisen, sowie ferner Haltemittel (9) zur Halterung der Tastmittel zwischen den oberen und unteren Packermitteln derart, daß die Tastmittel mit den unteren und oberen Packermitteln in das Bohrloch einfahrbar sind, aber so, daß die unteren und oberen Packermittel in Längsrichtung relativ zu den Tastmitteln bewegbar sind, wenn die Tastmittel der Seitenwand des Bohrlochs anliegen.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel eine erste Feder (234), eine zweite Feder (236) und Mittel (220, 228) zum Halten der ersten Feder zwischen den oberen Packermitteln und den Tastmitteln und zum Halten der zweiten Feder zwischen den unteren Packermitteln und den Tastmitteln enthalten.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, ferner gekennzeichnet durch Verriegelungsmittel (18) zum Verriegeln der oberen Packermittel mit den unteren Packermitteln.

4. Werkzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastmittel enthalten: ein Stützglied (278); eine Vielzahl von Schwenkarmen (242), die mit dem Stützglied verbunden sind; mit den Schwenkarmen verbundene Antriebsmittel (254, 255, 264, 268, 270, 290) zum Auswärtsschwenken der Schwenkarme aus einem Gehäuse (214); und eine Vielzahl von Sensormitteln (348) zur Erfassung von Bewegungen der Schwenkarme, die jeweils enthalten: mit dem Stützglied verbundene Wegmeßmittel (350) zur Erzeugung eines elektrischen Signals unter Ansprechen auf eine Verstellung des betreffenden Schwenkarms, Verbindungsmittel (352) zur lösbaren Verbindung des betreffenden Schwenkarms mit den Wegmeßmitteln und Betätigungsmittel (386) 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.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastmittel weiterhin eine Vielzahl von Mitteln (318, 322) zur Messung der gesamten Radialverstellung jedes Schwenkarms unter Ansprechen auf die Antriebsmittel enthält.

6. Werkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel einen und nur einen Motor (254) und auf den Motor ansprechende Mittel (255) enthalten, die eine unabhängige Kraft auf jeweils einen der Schwenkarme ausüben.

7. Werkzeug nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel ein Glied (391) enthalten, das in eine entkoppelte Stellung bewegbar ist, in der das Glied von den Verbindungsmitteln entkoppelt ist, so daß jeder Schwenkarm als Folge der Bewegung der Mittel, die eine unabhängige Kraft auf jeweils einen der Schwenkarme ausüben, mit dem zugehörigen Wegmeßmittel verbunden ist.