DE585664C - Instrument zum Untersuchen von Bohrloechern - Google Patents

Description

. Die Erfindung· bezieht sich auf Instrumente, die mit verschiedenen Vorrichtungen ausgerüstet sind, um die Lage von Bohrlöchern im Erdboden feststellen zu können.
' Es ist bekannt, daß die Bohrlöcher niemals genau gleichmäßig und senkrecht verlaufen, und demzufolge, namentlich beim Erbohren von Ölquellen o. dgl., ist es von äußerster Wichtigkeit, die Lage des Bohrloches in den verschiedenen Tiefen genau festzustellen, um einerseits auf die Struktur der Schichten, Wasserabschlüsse o. dgl. Rücksicht nehmen zu können, andererseits aber auch Eigentumsbewertungen bzw. Feststellungen über das Eigentum treffen zu können.

Es ist nun bereits vorgeschlagen worden, derartige Instrumente mit Registrier- oder Aufnahmevorrichtungen zu versehen, die von der Erdoberfläche aus gesteuert werden können. Hierzu ist es aber notwendig, dem Instrument durch in das Bohrloch einzuführende Kabel den erforderlichen Strom zuzuführen. Diese Kabel werden aber innerhalb des Bohrloches leicht beschädigt, so daß ihre Verwendung als Nachteil anzusehen ist.

Mit der Erfindung wird nun ein Instrument vorgeschlagen, das diesen Nachteil beseitigt, und zwar dadurch, daß die an sich bekannte Kamera so eingestellt ist, daß sie außer den Anzeigen des Gyroskops die Anzeigen weiterer Geräte aufnimmt, mit deren Hilfe die Tiefe, in welcher das Instrument sich im Bohrloch befindet, festgestellt werden kann. Dabei kann auch ein Chronometer Verwendung finden, dessen Anzeigen ebenfalls von der Kamera mit aufgenommen werden. Schließlich ist es auch zweckmäßig, eine Druckanzeigevorrichtung von der Kamera aufnehmen zu lassen.

Um nun eine genaue Kontrolle bei der Ausführung der einzelnen Aufnahmen zu erhalten, kann man an der Erdoberfläche eine selbsttätige Vorrichtung vorsehen, die Registrierungen vornimmt, mit deren Hilfe in Verbindung mit den photographischen Chronometerregistrierungen die verschiedenen, von der Vorrichtung erreichten Tiefen genau bestimmt werden können. Diese Vorrichtung arbeitet zweckmäßig mit dem Kabel zusammen, an dem das Instrument in das Bohrloch eingesenkt wird. Die Schaltung der Kamera und der Beleuchtung erfolgt absatzweise derart, daß während der Dunkelpausen der Aufnahmefilm weitergeschaltet wird.

Auf der Zeichnung stellt die

Abb. ι im Längsschnitt das Gehäuse zur Aufnahme der Aufzeichnungsinstrumente dar.

Abb. 2 ist ein vergrößerter Längsschnitt der Gyroskopanordnung,

Abb. 3 ein Ouerschnitt nach Linie 3-3 der Abb. 4.

Abb. 4 ist ein Längsschnitt des oberen Teils des Gehäuses,

Abb. 5 ein vergrößerter Längsschnitt rechtwinklig zur Abb. 4, der Einzelheiten der Kamera erkennen läßt,

Abb. 6 ein Schnitt nach Linie 10-10 der Abb. 4,

Abb. 7 ein gleicher Querschnitt nach Linieii-ii der Abb. 4,

Abb. 8 ein ebensolcher Schnitt nach Linie 12-12 der Abb. 4,

Abb. 9 ein Querschnitt wie Abb. 6 zur Verschaulichung einer abgeänderten Vorrichtung für die Tiefenanzeige und

Abb. 10 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die die Tiefen- und Zeitangaben in Wechselbeziehung bringt.

Das äußere Gehäuse des Instruments, ist von starker, fester Bauart, um dem hohen Drucke in tiefen Bohrlöchern widerstehen zu können, und besteht aus zwei Teilen 2 und 4, die zwecks Einsetzung und Einstellung der arbeitenden Vorrichtungen lösbar miteinander verbunden sind. Die aufzeichnenden Vorrichtungen sind in einem eigenen, zwischen Pufferfedern lagernden Gehäuse 6 eingeschlossen. Der obere Gehäuseteil 2 trägt auf seinem Kopf 8 mit Kugellager eine Drehhülse 10, an der das Kabel 12 zum Niederlassen des Instruments im Bohrloch befestigt wird. Im unteren Ende des anderen Gehäuseteils 4 ist ein Verschlußblock 14 eingesetzt, in dessen axialer Bohrung eine Stange 16 mit einem konischen Schuh 18 hängt, der durch eine von einer Hülse umschlossene Feder 20 in Tiefstellung gehalten wird. Dieser nachgiebige, nasenförmige Schuh ermöglicht ein schnelles, leichtes Niederfahren des Instruments über etwaige Unebenheiten im Bohrloch, wobei die federnde Pufferwirkung auch Störungen der Meßvorrichtungen im Gehäuse durch Aufschlag verhütet. Im übrigen sind noch beide Gehäuseteile 2 und 4 durch eingeschweißte Verschlußstöpsel zum Schütze gegen Eindringen von Schlamm-usw. wasserdicht abgeschlossen.

Das Innengehäuse mit den Meßgeräten besteht aus mehreren, miteinander so verbundenen Rohrteilen 22, 24, 26, 28, daß die Geräte bequem zugänglich sind. Das untere Ende dieses Gehäuse ruht auf dem oberen Ende des äußeren Gehäuseteils 4, wie Abb. 1 zeigt, und der Innenraum dieses Gehäuseteils 4 enthält die Batterien 29, die den Strom für die Meßgeräte liefern.

Im inneren Gehäuseteil 22 ist das Gyroskop untergebracht. Wie die Abb. 2 und 3 zeigen, trägt ein Ring 102 die Ziffernscheibe 103, in der der Zeiger 104 des Gyroskops spielt, weiter auch ein Chronometer 105 zur Anzeige der Tiefe des Bohrlochs. Dieses Uhrwerk oder Chronometer ist magnetisch geschützt, kann aber auch aus nichtmagnetischem Material bestehen, so daß es durch elektrische Ströme oder andere magnetische Einflüsse nicht gestört wird. Eine Seite des zum Gyroskop führenden elektrischen Stromkreises ist geerdet, und die elektrische Verbindung mit dem Ring 102 geht durch die Standklemme 106 und einen Federdraht, dessen unteres Ende in den mit Quecksilber gefüllten Napf 108 taucht, der auf einem im senkrechten Ring 110 des Gyroskops befestigten Zapfen 109 ruht und oben von einer den Zeiger 104 tragenden Gewindekappe 111 geschlossen ist.

Die Kappe in hat eine zentrale Bohrung 112 im Innenkegel 113, durch die der Federdraht geht; das Quecksilber. im Napf 108 kann aber zwischen dem Draht und der Lochwand des Kegels 113 nicht austreten, da nicht so viel Quecksilber vorhanden ist, daß es aus dem Ringraume 114 zwischen dem Kegel 113 und der Napfwandung über- und abfließen könnte, wenn das Instrument gekippt oder umgekehrt gehalten wird. So ist eine gegen Verschütten gesicherte Quecksilberverbindung zwischen dem Gyroskop und dem Gehäuse gebildet, die ein Mindestmaß an Reibung erzeugt. Der Zapfen 109 liegt in einem Führungskugellager 115 der Querwand 116, die durch einen isolierenden Ring mit dem Tragring 102 verbolzt und verbunden ist.

Der sog. senkrechte Ring besteht aus zwei L-förmigen Teilen oder Hälften, von denen die eine, 110, elektrisch mit dem Zapfen 109 verbunden, die andere, 117, bei 118 gegen die Hälfte no isoliert ist. Die Ringhälfte 117 ruht auf dem leitend mit ihr verbundenen Zapfen 119, der, mit Kugellagerung in einem Querstück geführt, von einem Isolierring, der Querwand 116, getragen wird und mit seinem freien Ende auf einer Kugel 120 fußt. Strom geht in den Zapfen 119 von der Federklemme 121 und der Batterie 29 her durch das Quecksilber 122 im napfförmigen Boden des Querstücks. Auch hier kann das Quecksilber infolge der erweiterten Ausbohrung 123 des Napfs nicht verschüttet werden, d. h. zwischen dem Zapfen 119 und dem Kegel 124 austreten, wenn einmal das Instrument umgekehrt wird. Der Strom geht hier von den no Ringhälften 110 und 117 zum Motor durch die waagerechten Lagerzapfen, die das Gyroskopgehäuse 126 schwingbeweglich im senkrechten Ring tragen.

Zur Leitung des Stromes von der Feder- ¹¹S klammer 155 am Boden des Gyroskops zum Stehbolzen 156 oberhalb des Gyroskops, der, wie noch beschrieben werden soll, mit anderen elektrisch bedienten Teilen, dem Kameramotor usw., verbunden ist, dient eine isolierte Blattfeder 157 als Leiter. Dieser Federblattstreifen ist zwischen dem Stehbolzen der

Klammer 155 und dem Stehbolzen 156 über einstellbare Spannarme 158, 159 geführt, die durch Muttern 163 befestigt werden, so daß sie den Streifen 157 unter Spannung flach und fest gegen die Wand des Gehäuses 22 angelegt halten. Auch können noch Keile 162 zwischen die Streifen 157 und die isolierenden Fußstücke, die die Stehbolzen tragen, eingetrieben werden.

So wird die geerdete Stromseite durch den Quecksilbernapf 107 und den Zapfen 109 in das Gyroskop geleitet, von da durch die linksseitige Hälfte 110 des senkrechten Ringes und weiter durch den linken Lagerzapfen zu einem Halbring des Gehäuses und durch den Leitungsdraht zum Motor. Die andere Stromseite geht durch den Quecksilbernapf 122, den Zapfen 119, die Ringhälfte 117, den rechten Lagerzapfen, den anderen Halbring des Gehäuses und eine weitere Leitung zum Motor.

Im oberen Teile des Hauptgehäuses ist herausnehmbar die Wasserwaage 54 mit Glasboden und einer Glasdecke 56 eingesetzt, die eine Kugelkalotte bildet. Wie Abb. 6 zeigt, ist die Decke 56 mit einer Anzahl konzentrischer Kreislinien 58 versehen, so daß man die Lage der Luftblase 59 gut photographieren kann. Als geeignete Flüssigkeit empfiehlt sich ein Gemisch von 75 °/o Äthylenglykol und ²S % Wasser, das ein Trockenwerden der Glasdecke 56 innerhalb der Grenzen der Luftblase nicht eintreten läßt, so daß diese ihren Grenzkreis stets in Berührung mit der Glasdecke hält. Eine mit der Flüssigkeit der Waage in Verbindung stehende Expansionskammer 60 ermöglicht Ausdehnungen der Flüssigkeit, ohne die Größe der Luftblase zu beeinflussen. Eine zwischen der Waage und einer Lampe 64 eingeordnete Opalglasplatte 62 zerstreut das Licht der Lampe, um einen Hintergrund für die Luftblase zu bilden, wobei die Lage der Blase und die Kreislinien der Decke 56 in einer Photographic leicht er-

*5 kennbar werden.

Da häufig in Bohrlöchern Veränderungen verschiedener Größe vorkommen und man die geringen Abweichungen von der Senkrechten mit größter Genauigkeit feststellen will, so empfiehlt sich die Einordnung mehrerer Wasserwaagen von verschiedener Reichweite, beispielsweise dreier Waagen mit Ausschlägen von 5, 20 und 40⁰.

Zwischen Gyroskop und Wasserwaage ist die Kamera eingeordnet, die von einem Motor 66 angetrieben "wird, welcher von der Batterie mit Kraft beliefert wird. Der Motor ist durch ein Getriebe mit einem absatzweise arbeitenden Schaltwerk 68 verbunden, das mittels eines Schaltrades 70 ein Filmband von einer Spule 74 abnimmt unä absatzweise an der Belichtungsöffnung 76 der Kamera vorbeiführt, um es auf eine zweite Spule 78 aufwickeln zu lassen, die durch eine über eine Scheibe der Schaltradwelle laufende elastische Schnur 80 Antrieb erhält. Die Linsen 82 und 84 erzeugen photographische Bilder der Luftblase, des Gyroskopzeigers und der Uhr auf dem Filmband.

Dadurch, daß man die Kugeldecke der Wasserwaage konaxial zur Linse 82 einordnet, erhält man ein scharfes Bild der Liiftblase 59 sowie der Kreislinien 58. Obschon der Krümmungsradius der Glasdecke 56 bei verschiedenen Waagen verschieden sein mag, so fallen doch die Bilder der verschiedenen Waagen ziemlich gleichmäßig scharf aus, selbst wenn der Brennpunkt der Linse 82 unverändert bleibt.

Um keine Blende für die Kamera zu benötigen, ist hier eine Blitzlichtvorrichtung mit einem Schaltrade 86 vorgesehen, dessen Zähne einen Schalter 88 bedienen und absatzweise schließen, der mit den Lampen 64 und 90 verbunden ist, um das Gyroskop und die Waage absatzweise oder periodisch zu belichten. Das Schaltrad wird vom Motor 66 und Zwischengetriebe angetrieben und kann so bemessen oder eingestellt sein, daß alle 3 Sekunden ein Lichtblitz erfolgt. Das Getriebe zwischen dem Filmbandantrieb und dieser Schaltvorrichtung ist so angeordnet, daß das Filmband stillsteht und die richtige Stellung vor der Kameraöffnung 76 einnimmt, wenn die Lampen für eine Belichtung aufblitzen. Nach Erlöschen der Lampen geht das Filmband dann weiter und bringt einen folgenden Abschnitt vor die öffnung. .Das Band kann auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit lichtempfindlicher Emulsion überzogen sein, so daß übereinanderliegende Bilder der Waage, des Gyroskopzeigers und der Uhr erhalten werden.

Da der Motor mit dem Schalter zweckmäßig getrennt von der Kamera angeordnet wird, so wird man eine geeignete Federkupplung zur Verbindung des Motors mit dem Filmbandschaltwerk versehen.

Die elektrischen Verbindungen bedürfen keiner eingehenden Erläuterung. Es genügt zu sagen, daß sie in allen Teilen des Gehäuses unter Verwendung gebräuchlicher Hilfsmittel den üblichen Anordnungen entsprechen und die Stromkreise sich automatisch beim Zusammensetzen des Instruments vollenden oder schließen. Ein Hauptschalter wird dabei vorgesehen, um verhindern zu können, daß die Teile vor dem Einsetzen der Aufzeichnungsinstrumente in das äußere Gehäuse zu arbeiten beginnen.

Das Gyroskop ist durch die Gegengewichte .so ausgeglichen, daß die Drehachse ihre ur-

sprünglich eingestellte Lage zur Erde beibehält. Der Zeiger bleibt natürlich gegenüber dieser Richtung feststehend. Demgemäß wird, obschon das Gehäuse mit den .darin befindlichen Teilen sich während des Niederganges im Bohrloch dreht, die Stellung der Luftblase zur Erde genau bestimmt infolge der gleichzeitigen Aufnahme der Zeigerscheibe und der Luftblase. Die Uhr auf der

ίο gleichen Photographie dient zur Feststellung der Tiefe, in der die Aufnahme geschah, da der Beobachter oben beim Ausgeben des Kabels sich nur zu merken hat, an welchen Zeitpunkten bestimmte Kabellängen im Bohrloch niedergegangen sind. Beim Aufzeichnen der entsprechenden Längen und Zeiten lassen sich dann die Tiefen, in denen die Aufnahmen erfolgten, aus den Angaben der Uhr leicht feststellen.

Die Beziehung der Tiefenangaben zu den Zeiten, in denen verschiedene Tiefen erreicht werden, wird am besten durch automatische Vorrichtungen, beispielsweise nach Abb. 10, vermittelt. Hier wird das mit dem Instrument im Bohrloch nieder fahrende Kabel 12 durch zwei federnde Scheiben gegen eine Meßscheibe 170 gedruckt, deren Umfang eine Meßeinheit, etwa 1 m, beträgt. Die Welle der Scheibe 170 treibt ein Zählwerk 172 an, das die Umläufe der Scheibe und damit die Länge des eingefahrenen Kabels 12 anzeigt. Die Scheibenwelle treibt überdies durch ein Reduktionsgetriebe eine Welle 176 an, auf der ein Kommutator mit leitendem Ring 178

³S sitzt. Eine Bürste 182 schleift ununterbrochen auf dem Ringe 178, während dessen seitlich vorspringende Nase 180 einmal bei jeder Umdrehung der Welle 176 mit einer Bürste 184 Kontakt macht, wodurch der Stromkreis der Batterie 186 und eines Elektromagneten 188 für den Augenblick geschlossen wird. Der Anker des Elektromagneten, in Form eines Schreibstifts 190 wird durch eine Feder 191 gewöhnlich gegen einen Anschlagzapfen gedrückt und zeichnet auf einem endlosen Streifen 192 eine fortlaufende Linie auf. Der Streifen hat an einem Rande eine Lochreihe für Fortschaltung durch die Zähne eines von einem Uhrwerk 194 angetriebenen Schaltrades, am anderen Rande eine Teilung nach Zeitlängen, läuft von einer Rolle ab und wird auf eine zweite Rolle aufgewickelt. Da bei jeder Umdrehung der Welle 176 die aufgezeichnete Linie eine seitliche Abweichung erfährt, so kann man bei Beobachtung des Zählers 172 und der Aufzeichnung des Streifens 192 die Zeiten feststellen, bei denen verschiedene Tiefen erreicht werden, wobei man die Angaben zu Beginn und am Ende eines Kabelabschnitts mit der Zeit vergleicht, die das Chronometer 105 angibt. Zur Erleichterung der Vergleichung kann der Schreibstift 190 so bewegt werden, daß er eine Anzeige (Abweichung) zu einer bestimmten, vom Chronometer angezeigten Zeit durch Momentschluß der Taste 196 gibt.

Anstatt den Aufzeichnungsstreifen so anzuordnen, daß er die Tiefen absatzweise anzeigt, kann man ihn auch durch das Meßrad in Bewegung setzen und die Zeit in Zwischenräumen darauf markieren lassen. Ebenso können Photographien eines durch das Meßrad angetriebenen Zählwerks und gleichzeitig eines mit dem Chronometer 105 im Gehäuse synchron laufenden Chronometers erzeugt werden, wobei die Belichtungen auf einem kinematographischen Filmband in geeigneten Zwischenräumen erfolgen.

Die Tiefen, in denen die Photogramme des Gyroskops und der Luftblase erzeugt werden, können auch in anderer Weise als nach zeitlichen Aufzeichnungen bestimmt werden. Da die Bohrlöcher gewöhnlich mit Wasser gefüllt sind, so kann man eine Vorrichtung nach Abb. 9 verwenden, in der die Angaben eines Manometers zugleich mit den Anzeigen der anderen Instrumente photographiert werden. Das Manometer ordnet man zweckmäßig über der Wasserwaage 56 an. Es besteht aus dem gewöhnlichen, gewundenen, auf Druckänderungen ansprechenden Rohr, das unter Zwischenschaltung einer biegsamen Membran zum Fernhalten von Schlamm mit der Außenseite des Außengehäuses in Verbindung gesetzt ist, so daß es unter dem Druck der Flüssigkeit im Bohrloch steht. Ein Zeiger 94 liegt dabei über einer durchsichtigen Skala 96, deren Teilstriche Drücken oder dem Druck proportionaler Tiefen entsprechen. 1°°

In jedem Falle braucht man bei der Anordnung solcher Zeiten oder Drücke anzeigenden Instrumente zur Feststellung der Tiefen keine besonderen kostspieligen und leicht zerstörbaren Kabel, die bisher bei der Überwachung von Bohrlöchern von der Erdoberfläche aus nötig waren.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Instrument zum Untersuchen von n° Bohrlöchern mit einem Gyroskop zum Anzeigen eines bestimmten Azimuts, einem Instrument zum Anzeigen der Abweichungen aus der Senkrechten, einer Kamera zur selbsttätigen fortlaufenden Aufnahme der vorgenannten Angaben sowie mit einer innerhalb des Gehäuses befindlichen Kraftquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera so eingestellt ist, daß sie gleichzeitig noch die Angaben innerhalb des Gehäuses befindlicher Geräte aufnimmt, mit deren Hilfe die Tiefe,

   in welcher das Instrument sich im Bohrloch befindet, festgestellt werden kann.
2. 2. Instrument nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Chronometer (105) zusammen mit den anderen Instrumenten zur Anwendung kommt und so angeordnet ist, daß es innerhalb des Aufnahmebereichs der Kamera liegt, um die Zeit photographisch registrieren zu können, zu der die Registrierungen der anderen im Gehäuse untergebrachten Instrumente gemacht sind.
3. 3. Instrument nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckanzeigegerät zur Anwendung kommt und so angeordnet ist, daß es gleichzeitig mit den anderen Instrumenten photographiert werden kann, um eine Druckangabe bei irgendeiner jeweiligen Tiefe der Vorrichtung zu erhalten.
4. 4. · Instrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Erdoberfläche eine selbsttätige Vorrichtung vorhanden ist, die Registrierungen vornimmt, mit deren Hilfe sich in Verbindung mit den photographischen Chronometerregistrierungen die verschiedenen, von der Vorrichtung erreichten Tiefen bestimmen lassen.
5. 5. Instrument nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine Wasserwaage zur Anzeige der Abweichungen von der Vertikalen zusammen mit den anderen Instrumenten benutzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserwaage über einem Gyroskop und die Kamera zwischen Wasserwaage und Gyroskop angeordnet ist, so daß gleichzeitige photographische Aufnahmen beider Instrumente erzielt werden können.
6. 6. Instrument nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Instrumente absatzweise beleuchtet werden und der Kamerafilm während der Dunkelzeiten bewegt wird, so daß sich eine Aufeinanderfolge von die Anzeigen der Instrumente registrierenden Aufnahmen ergibt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen