DE60130236T2

DE60130236T2 - Integrierter modularer verbinder in einem bohrgestänge

Info

Publication number: DE60130236T2
Application number: DE60130236T
Authority: DE
Inventors: Helmut Floerke; Detlef Ragnitz; Johannes Witte
Original assignee: Baker Hughes Inc
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2021-11-10
Also published as: WO2002038910A2; WO2002038910A3; US20020112852A1; EP1332270B1; CA2428338C; CA2428338A1; WO2002038910A9; DE60130236D1; EP1332270A2; AU2002234089A1; US6688396B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich insgesamt auf Öl-Bohrlochgeräte und vor allem auf elektrische Steckverbindungen bei einem Gestängebohrrohr zur Verwendung bei Bohranlagen.
2. Beschreibung der verwandten Technik
In der Öl- und Gasindustrie werden Kohlenwasserstoffe aus Öl und Gas enthaltenden Formationen durch Bohren eines Bohrlochs in die Formation und unter Verwendung eines Bohrsystems gewonnen. Das System hat gewöhnlich einen Bohrmeißel, der an einem Ende eines Gestängestrangs gehalten wird. Der Gestängestrang besteht aus einem Rohr, das ein Gestängerohr aus miteinander verbundenen Abschnitten oder ein fortlaufend gewickeltes Rohr sein kann, und aus einer Bohranordnung, die an ihrem sohleseitigen Ende einen Bohrmeißel hat. Die Bohranordnung ist an dem sohlenseitigen Ende des Rohrs befestigt. Zum Bohren eines Bohrrohrs dreht ein Spülfltissigkeitsmotor, der von der Bohranordnung gehalten wird, den Bohrmeißel oder der Bohrmeißel ist mit dem Gestängerohr gekoppelt, das von Übertagemotoren gedreht wird. Von einer Quelle über Tage (Spülflüssigkeitswanne) wird ein Bohrfluid, auf das auch als Schlamm Bezug genommen wird, unter Druck durch das Rohr gepumpt, um unter anderem den Bohrmotor (wenn er verwendet wird) anzutreiben und für eine Schmierung der verschiedenen Elemente des Gestängestrangs zu sorgen.
Über viele Jahre gehörte zu den Bohrvorgängen eine Messausrüstung, die in einem oder mehreren verbundenen Rohrabschnitten angeordnet war, die als Bohrlochsohlenanordnung (BHA – Bottom Hole Assembly) nahe am Bohrmeißel bezeichnet wurde, um verschiedene Eigen schaften der Formation, des Bohrlochs und des Gestängestrangs zu messen. Diese Messungen werden Messungen während des Bohrens (MWD – Measurement While Drilling) oder Sondieren während des Bohrens (LWD – Logging While Drilling) genannt. Zu den aus MWD und LWD stammenden Messungen gehören der Formationsdruck, Eigenschaften der in der Formation eingeschlossenen Kohlenwasserstoffe, Temperatur und Druck von Ringraumfluiden, Bohrmeißelrichtung, Drehzahl und Azimuth.
In der BHA aufgenommene Instrumente, die für verschiedene Messungen eingesetzt werden, werden gewöhnlich von bohrlochseitigen Generatoren, die sich irgendwo längs des Gestängestrangs befinden, mit Strom versorgt, während Signale aus Sensoren gewöhnlich zu einem Spülflüssigkeitsimpuls-Telemetriesubsystem übertragen werden, das sich ebenfalls an dem Gestängestrang befindet. Diese verschiedenen Komponenten sind üblicherweise elektrisch über eine isolierte Verdrahtung miteinander verbunden, die ebenfalls in dem Gestängestrang aufgenommen ist.
Ein besonders schwieriges Problem ergibt sich, wenn Drähte mehr als eine Verbindung eines Gestängestrangs durchqueren müssen. Das Erreichen und Aufrechterhalten einer zuverlässigen elektrischen Verbindung von Bohranschlüssen ist im Hinblick auf die im Bohrloch auftretenden harten Bedingungen, die robuste Handhabung der klobigen Rohranschlüsse und der Zeitzwänge, denen das Bohrpersonal über Tage ausgesetzt ist, sehr schwierig. Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, wie sie in den US-Patenten 3 696 332 für Dickson, Jr. et al. und 5 251 708 für Perry et al. beschrieben sind, haben sich dieses Problems angenommen und dabei einen Ringverbinder mit einem einzigen und im Wesentlichen kreisförmigen Kontakt verwendet, der an gegenüberliegenden Enden eines Rohrverbindungsstücks angeordnet ist. Diese Modulringverbinder sind miteinander durch einen Leiter oder einen Draht in dem Rohrverbindungsstück elektrisch zusammengeschlossen. Wenn ein Rohrverbindungsstück mit dem nächsten verbunden wird, wird ein Kontaktring, der an jedem der zusammenpassenden Modul-Ringverbinder angeordnet ist, elektrisch mit einem gleichen Kontaktring zusammengepasst, der an einem entsprechenden Rohr oder an einem BHA-Subsystem angeordnet ist, wodurch eine elektrische Bahn durch die gekoppelten Rohrverbindungsstücke oder zwischen einem Rohrverbindungsstück und einem BHA-Subsystem hergestellt wird.
Die Datenerfassung in modernen MWD- und LWD-Vorrichtungen wird immer komplizierter und erfordert mehr Leistung, eine größere Bandbreite und mehr Kanäle. Einer der Nachteile der Ringverbinder, wie sie vorstehend beschrieben sind, besteht darin, dass ein einziger Kontakt und ein zugehöriger Leiter oder Draht ein begrenzender Faktor hinsichtlich der Nutzbarkeit einer heute verwendeten Instrumentierung ist. Es besteht deshalb ein Bedürfnis, einen Modulringverbinder bereit zu stellen, der Mehrfachkontakte und eine Mehrwegverdrahtung hat, die in ein Gestängerohr und die verschiedenen daran anbringbaren BHA-Subsysteme integriert ist. Auch wenn ein verbesserter Modulringverbinder mit Mehrfachkontakten vorgesehen wird, besteht ein weiteres Bedürfnis, dafür zu sorgen, dass die Mehrfachkontakte und zugehörigen Leiter richtig zusammengepasst werden.
Die US 4 799 544 offenbart ein Verfahren zum fluchtenden Ausrichten von Mehrleitungsrohren unter Verwendung einer Markierungszunge und einer Markierungsaussparung.
Die US 2 178 931 offenbart zwei Rohranordnungen mit Bezugsmarkierungen an ihren Enden, um eine richtige Ausrichtung der elektrischen Kontakte zu gewährleisten, die zwischen den beiden Rohranordnungen angeordnet sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf die vorstehend erörterten Nachteile und stellt eine beim Bohren verwendete Vorrichtung und ein Verfahren zum Übertragen eines elektrischen Signals zwischen einer oberen und einer unteren Bohrlochstelle unter Verwendung von elektrischen Modulverbindern bereit, die Mehrfachkontakte und Mehrfachleiterbahnen haben, die ein Stück mit einem Gestängestrang-Rohrverbindungsstück bilden.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Transportieren von elektrischem Strom und Datensignalen zwischen einer ersten Stelle und einer zweiten Stelle in einem Bohrloch bereit, wie sie in Anspruch 1 beansprucht ist.
Die Vorrichtung hat vorzugsweise ein erstes Gestängerohr, das an der ersten Stelle angeordnet ist und ein zweites Gestängerohr, das an der zweiten Stelle angeordnet ist. Das zweite Ende des zweiten Gestängerohrs ist mit dem ersten Ende des ersten Gestängerohrs gekoppelt.
Eine erste Vielzahl von Leiterbahnen, beispielsweise isolierte Drähte, erstrecken sich in Längsrichtung durch wenigstens einen Teil des ersten Gestängerohrs und enden an dem ersten Ende. Eine zweite Vielzahl von Leiterbahnen erstreckt sich in Längsrichtung durch wenigstens einen Teil des zweiten Gestängerohrs und endet an dem zweiten Ende. Der ersten und zweiten Vielzahl von Leiterbahnen ist funktionsmäßig eine Prüfvorrichtung zum Prüfen des elektrischen Durchgangs der ersten und zweiten Vielzahl von Leiterbahnen zugeordnet.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Transportieren von elektrischer Leistung und Datensignalen zwischen einer ersten Stelle und einer zweiten Stelle in einem Bohrloch über mehrere Leiterbahnen bereit, wie es im Anspruch 10 beansprucht ist. Bei dem Verfahren wird vorzugsweise ein erstes Ende eines ersten Gestängerohrs mit einem zweiten Ende eines zweiten Gestängerohrs gekoppelt. Die beiden Rohre werden so transportiert, dass das erste Gestängerohr zu der ersten Stelle und das zweite Gestängerohr zu der zweiten Stelle transportiert werden. Das erste und das zweite Gestängerohr haben eine entsprechende Vielzahl von Leiterbahnen, die sich in Längsrichtung durch wenigstens einen Teil eines jeden Gestängerohrs erstrecken und an dem ersten bzw. dem zweiten Ende enden. Das Verfahren sorgt für das Prüfen des elektrischen Durchgangs zwischen der ersten und zweiten Vielzahl von Leiterbahnen durch eine Prüfvorrichtung, die der ersten und zweiten Vielzahl von Leiterbahnen funktionsmäßig zugeordnet ist, um zu gewährleisten, dass die Leiterbahnen elektrisch verbunden sind.
Ein Modulringverbinder, der gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, verbindet mehrere unabhängige elektrische Leiterbahnen nach der Koppelung der Rohrverbindungsstücke oder eines Rohrverbindungsstücks und einem BHA-Subsystem. Die Ringverbinder können vier Segmente aus leitendem Material mit Segmentzentriwinkeln von 45° aufweisen. Zwischen den leitenden Segmenten sind Segmente aus nicht leitendem Material mit Zentriwinkeln von 45° angeordnet.
Die Ausrichtung der leitenden Segmente oder Kontakte wird durch eine elektrische Auswahl erreicht. Bei der elektrischen Auswahl werden die Segmente durch eine elektrische Schaltvorrichtung ausgerichtet. Wenn das System mit Strom beaufschlagt ist, misst die Elektronik automatisch die Position eines jeden unabhängigen Modulrings an jedem Gewinde und richtet die kontaktierten Drähte entsprechend der Messung aus.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird auf die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausgestaltung in Verbindung mit den nachstehend beschriebenen beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Elemente gleiche Bezugszeichen haben.
1A ist eine Seitenansicht eines Gestängerohrs 100 mit einem geschnittenen Muffenende und eine Teilseitenansicht eines zweiten Gestängerohrs 102.
1B ist eine vergrößerte Ansicht der ineinander gefügten Rohre gemäß 1A.
1C ist eine Stirnansicht des unteren Endes des ersten Rohrs von 1B.
2A ist eine isometrische Ansicht einer Ringanordnung gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wobei mehrere Kontakte gezeigt sind.
2B ist eine isometrische Ansicht der Ringanordnung von 2A gesehen unter einem anderen Winkel.
3A ist eine Seitenansicht eines verbundenen Paars von Gestängerohrabschnitten, die der vorliegenden Erfindung nicht entsprechen.
3B ist eine Schnittansicht eines gekoppelten Paars von Gestängerohrabschnitten, die der vorliegenden Erfindung nicht entsprechen.
3C ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen Teil eines Gestängestrangs zeigt.
4A und 4B sind isometrische Schnittansichten einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die alternative Stellen für die Ringverbinder zeigen.
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1A ist eine Seitenansicht eines Gestängerohrverbindungsstücks 100 mit einem geschnitten gezeigten Muffenende und eine teilweise Seitenansicht eines zweiten Rohrverbindungs stücks 102. Das erste Gestängerohr 100 hat eine zentrale Bohrung 104, die sich von einem ersten oder oberen Ende 106 zu einem zweiten oder unteren Ende 108 erstreckt. Das obere Ende 106 hat eine mit Innengewinde versehene Muffe 110. Die Muffe 110 ist gewöhnlich konisch verjüngt und hat eine Endschulter 112, die sich von dem Muffeninnenrand zum Außenrand 114 des Rohrs erstreckt. Das untere Ende 108 hat einen mit Außengewinde versehenen Zapfen 116, der sich konisch verjüngt und mit einem Gewinde für das Zusammenpassen mit einem zweiten Rohr 102 versehen ist, das eine Muffe 118 hat, die im Wesentlichen identisch zur Muffe 110 des ersten Rohrs 100 ist. Der Zapfen 116 hat eine Basisschulter 120, die sich von dem Gewinderand 122 zum äußeren Rand des Rohrs 124 erstreckt. In dem Rohr ist eine Vielzahl von isolierten Drähten 126a, 126b, 126c usw. integral so angeordnet, dass eine elektrische Leiterbahn zwischen der Zapfenbasisschulter 120 und der Muffenendschulter 112 gebildet wird. An jeder der Schultern 120 und 112 sind elektrische Kontakte für die Aufnahme der elektrischen Drähte angeordnet. Der Zapfen 116 und die Muffe 110 haben gewöhnlich Gewinde 128, die den Standards des American Petroleum Institute (API) entsprechen. Unabhängig davon, welche Gewindenorm verwendet wird, müssen die Gewindegänge für ein richtiges Zusammenpassen kompatibel sein. Die Rohre werden gewöhnlich im Wesentlichen identisch zueinander hergestellt, um eine Austauschbarkeit zwischen den Rohren zu ermöglichen. Deshalb kann das zweite Rohr ein mit Zapfen versehenes Ende für ein Zusammenpassen mit einem Muldenende des ersten Rohrs haben. Außerdem können sich die Längen des Rohrs zwischen den Verbindungen ändern, ohne das Zusammenpassen nachteilig zu beeinflussen.
1B ist eine vergrößerte Ansicht von zusammengepassten Rohrverbindungsstücken von 1A. Das erste Rohr 100 ist mit dem zweiten Rohr 102 an einer Koppelung 130 zusammengepasst, wobei der mit Außengewinde versehene Zapfen 116 in eine komplementäre mit Innengewinde versehene Muffe 118 geschraubt ist. Neben einer Endschulter 132 an dem zweiten Rohr 102 ist eine Basisschulter 120 an dem ersten Rohr 100 angeordnet, wenn die beiden Rohre voll zusammengepasst sind. Jede Schulter hat eine Ringanordnung 134 und 140, die sich auf einer Kreisbahn um die zentrale Achse des Rohrs herum erstreckt.
In einer Nut 136 an der Ringanordnung des ersten Rohrs 100 sind mehrere elektrisch leitende Kontakte 142 angeordnet. Eine ähnliche Nut 138 in einer ähnlichen Ringanordnung 140 des zweiten Rohrs 102 hat einen entsprechenden Kontakt 144 für jeden Kontakt 142 am ersten Rohr. Die Kontakte können aus irgendeinem geeigneten leitenden Material bestehen, wobei ein bevorzugtes Material mit Gold plattiertes Kupfer-Beryllium ist. Eine in jedem Kontakt an jedem Rohr zugeordnete Feder 146 sorgt für eine Kraft, die gewährleistet, dass jeder Kontakt des ersten Rohrs elektrisch mit dem zusammengepassten Kontakt an dem zweiten Rohr verbunden bleibt.
1C ist eine Stirnansicht des unteren Endes des ersten Rohrs von 1B. Um den Zapfen 116 erstreckt sich die Basisschulter 120, wobei sich die zentrale Bohrung 104 in der Mitte des Rohres befindet. Die Nut 136 ist in der Ringanordnung 134 angeordnet gezeigt, und die Kontakte 142a, 142b, 142c und 142d sind in der Nut angebracht und durch hochtemperaturbeständige Polyimideinsätze 148a, 148b, 148c und 148d getrennt, um die Kontakte voreinander zu schützen und zu isolieren. Ein bevorzugter Isoliereinsatz ist Polyetheretherketon, das üblicherweise unter der Abkürzung PEEK bekannt ist, während Arlon ein weiteres bekanntes Material ist, das sich für die Erfindung als geeignet erwiesen hat.
2A ist eine isometrische Ansicht einer Ringanordnung 200 nach der vorliegenden Erfindung und zeigt Kontakte und Isoliereinsätze, die in der Ringanordnung abwechselnd angeordnet sind. Die Ringanordnung 200 ist an einem Gestängerohr (nicht gezeigt) über geeignete Befestigungseinrichtungen befestigt, beispielsweise Presspassungs-Dübelstifte 202a, 202b, 202c und 202d. Der Ring kann auch an der Gestängerohrschulter durch Schrauben, Epoxid, einen Haltering, durch ein Gewinde am Innendurchmesser für ein Zusammenpassen mit einem männlichen Anschlussstück, durch ein Gewinde an dem Außendurchmesser für ein Zusammenpassen mit einem weiblichen Anschlussstück und/oder durch Schweißen oder Verlöten befestigt werden.
Zu erwähnen ist hier, dass die Nut 204 direkt in die Schulter des Gestängerohrs geschnitten werden kann. In diesem Fall ist die Ringanordnung 200 nicht erforderlich. Die Ringanordnung hat den zusätzlichen Vorteil, dass sie wartungsfreundlich ist, wenn die Kontakte verschlissen oder gebrochen sind.
Gemäß 2A sind Kontakte 206a, 206b, 206c und 206d in Winkeln von 45° zu den PEEK-Einsätzen 208a, 208b, 208c und 208d angeordnet, die mit 45°-Winkeln und zwischen den Kontakten angeordnet sind. Die Länge eines jeden Kontaktbogens ermöglicht zusammen mit der Länge der die Kontakte beabstandenden PEEK-Einsätze die richtige Verbindung mit einer ähnlichen zusammenpassenden Ringanordnung mit einer wesentlichen Sicherheitstoleranz, um zu gewährleisten, dass die Kontakte nicht fehl ausgerichtet werden. Mehr Kontakte in der Anordnung verringern die verfügbare Sicherheitstoleranz, weil die Kontaktlänge, der Abstand zwischen den Kontakten oder beides verringert werden muss. Eine Reduzierung der Anzahl der Kontakte ermöglicht es, die Sicherheitstoleranz zu steigern, da die Größe des Kontakts und der Abstand zwischen den Kontakten oder beides größer sein können.
2B ist eine isometrische Ansicht der Ringanordnung 200 von 2A unter einem anderen Winkel gesehen. In dieser Ansicht sind die Befestigungseinrichtungen 202a bis 202d so gezeigt, dass sie sich nach oben erstrecken, also zu einer Rohrschulter (nicht gezeigt) hin, an der die Ringanordnung verankert wurde. Jeder Kontakt 206a bis 206d hat einen zugehörigen Leiter 210a bis 210d, der von dem Kontakt ausgeht. Der Leiter ist vorzugsweise ein isolierter Draht mit einer Auslegung für Strom und Spannung, die für einen speziell gewünschten Einsatz geeignet sind. Jeder Draht ist leitend mit seinem zugehörigen Kontakt durch übliche bekannte Verfahren verbunden, beispielsweise durch Löten oder Wickelverdrahtung. Ausgehend von dem Kontakt erstreckt sich jeder Draht zum gegenüber liegenden Ende des Gestängerohrs und jeder Draht geht, wie vorstehend beschrieben und in 1A gezeigt ist, durch eine Leitungs- oder Drahtnut hindurch, die in das Rohr geschnitten ist.
Anhand von 3A bis 3C werden drei Anordnungen zur Prüfung und Gewährleistung einer richtigen Verbindung beschrieben. 3A ist eine Seitenansicht eines gekoppelten Paars von Gestängerohrverbindungsabschnitten 300 und 302, die der vorliegenden Erfindung nicht entsprechen. Jedes Rohrverbindungsstück hat eine Ringanordnung (nicht gezeigt) wie sie vorstehend beschrieben und in 2A und 2B gezeigt ist. Jede Ringanordnung hat eine Vielzahl von Kontakten und jeder Kontakt ist an einem Draht befestigt, der sich durch das jeweilige Rohr wie vorstehend beschrieben und gezeigt erstreckt. Zur Vereinfachung sind in jedem Rohr nur ein einziger leitender Draht 304a und 304b und ein einziges Kontaktpaar 306a und 306b gezeigt.
Die Kontakte 306a und 306b müssen richtig ausgerichtet sein, damit Strom über die Kontaktverbindung und durch die Leiter 304a und 304b fließen kann. Außerdem erfordert die Schaltungsausbildung von Instrumenten in einem Gerät (nicht gezeigt), das in dem Gestängerohr aufgenommen ist, gewöhnlich, dass spezielle Kontakte zusammengepasst werden. Deshalb werden eine mechanische Ausrichteinrichtung mit einer eingestanzten, eingravierten oder auf das Rohr 300 aufgemalten Markierung 308 und eine entsprechende Markierung 310 verwendet, die in ähnlicher Weise an dem Anschlussrohr 302 angeordnet ist. Ein sehr einfaches, jedoch wirksames Markierungspaar ist in 3A gezeigt. Die Markierung 308 für das erste Rohr 300 ist eine Längslinie oder eine Stabmarkierung, während die Markierung 310 an dem Anschlussrohr 302 ein vertikaler Pfeil oder eine vertikale Linie ist.
Die Länge der Linie 308 ist proportional zur Länge eines jeden Kontakts 306a oder die Linie kann proportional zum Abstand zwischen Kontakten sein. Der Pfeil 310 ist an dem zweiten Rohr 302 so angeordnet, dass jeder Kontakt 306b an dem Rohr fluchtend zu einem entsprechenden Kontakt 306a an dem ersten Rohr 300 immer dann ausgerichtet ist, wenn der Pfeil 310 mit irgendeinem Teil der Linie 308 fluchtet. Diese Ausrichtung gewährleistet, dass das gleiche Paar von Kontakten 306a und 306b jedes Mal zusammengeführt wird, wenn zwei Rohre 300 und 302 verbunden werden. Jegliche Änderung aufgrund Verschleiß oder Gewindeverformung wird berücksichtigt, wenn die Länge der Kontakte, der Abstand zwischen den Kontakten und die Länge der horizontalen Markierungslinie 308 bestimmt werden.
Die in 3A gezeigte Anordnung ist eine mechanische Ausgestaltung einer Markierung, die verwendet wird, wenn Rohrverbindungsstücke über Tage durch eine Bohrmannschaft zusammengefügt werden. Von der Bohrmannschaft können auch nicht mechanische Markierungen verwendet werden, um zu gewährleisten, dass die Kontakte richtig zusammengepasst sind. Eine nicht gezeigte elektrische Anordndung hat ein typisches Mehrfachmessgerät, das zum Messen der Kontaktausrichtung und/oder des Durchgangs ausgelegt ist. Das Mehrfachmessgerät wird vorzugsweise an der Oberfläche angeordnet und sollte für die Bohrmannschaft zugänglich sein. Ein Mannschaftsmitglied befestigt das Mehrfachmessgerät an den Kontakten, die am distalen Ende des anzuschließenden Gestängerohrs freiliegen, während ein Messgerätindikator, beispielsweise ein Licht oder ein hörbares Signal, bei Durchgang bestätigt, dass die Kontakte zusammengepasst sind, wenn die Rohre verbunden sind.
3B ist eine Schnittansicht eines gekoppelten Rohrpaars, das nicht zur vorliegenden Erfindung gehört. Ein erstes Rohrverbindungsstück 320 hat einen Zapfen 323 und eine Ringanordnung 324. In der Ringanordnung 324 sind mehrere Kontakte 326 angeordnet, von denen einer gezeigt ist. Jeder Kontakt 326 ist elektrisch mit einem entsprechenden Leiter 328 verbunden, während sich jeder Leiter von dem entsprechenden Kontakt durch wenigstens einen Teil des zweiten Rohrs 320 erstreckt. Ein zweites Rohrverbindungsstück 330 ist zusammengepasst mit dem ersten Rohr 320 gezeigt. Das zweite Rohr hat eine Muffe 323 und eine Ringanordnung 334. In der Ringanordnung 334 sind mehrere Kontakte 336 angeordnet, von denen einer gezeigt ist. Jeder Kontakt 336 ist elektrisch mit einem entsprechenden Leiter 338 verbunden und jeder Leiter erstreckt sich von dem entsprechenden Kontakt durch wenigstens einen Teil des zweiten Rohrs 330. Diese Komponenten sind im Wesentlichen identisch zu den gleichnamigen Komponenten, die vorstehend beschrieben und in 1A bis 2B gezeigt sind.
Der Zapfen 322 hat außen befindliche Gewindegänge 340, die mit den Innengewindegängen 342 der Muffe 332 kompatibel sind. Die Gewinde sind fein geschnitten, was bedeutet, dass sie präzisionsgeschnitten sind, so dass eine vorgegebne Anzahl von Drehungen eine genaue Positionierung der Kontakte 326 und 336 jedes Mal ergibt, wenn die Rohre 320 und 340 zusammen eingepasst werden. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass seitens der Bohrmannschaft außer den typischen Maßnahmen, die zum Zusammenpassen von Rohrverbindungsstücken bei Verrohrungsvorgängen gehören, keine Aktionen erforderlich sind.
3C ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zeigt einen Teil eines Gestängestrangs 250. Ein im Bohrloch oben befindliches Rohrverbindungsstück 352 hat einen mit Außengewinde versehenen Zapfen 354 und ist mit einem im Bohrloch unten befindlichen Rohrverbindungsstück 356 gekoppelt gezeigt, das eine Muffe 358 mit Innengewinde aufweist. Die Koppelung ist vorstehend beschrieben und hat eine im Stand der Technik übliche Ausgestaltung.
Wie vorstehend beschrieben und in 1A bis 2B gezeigt ist, ist eine Modul-Ringanordnung 360 an dem im Bohrloch oben befindlichen Rohrverbindungsstück 352 an der Basisschulter 362 an der Basis des Zapfens angeordnet. Die Ringanordnung 360 hat mehrere Kontakte 364, von denen ein Kontakt gezeigt ist. Die Kontakte sind in einer Nut 365 aufgenommen und haben nicht leitende Einsätze (nicht gezeigt), die die Kontakte wie vorstehend beschrieben und in 1B und 1C gezeigt, trennen. Jeder Kontakt 364 ist mit einem von mehreren Leiterdrähten 366 verbunden, von denen jeder zu einer elektronischen Schalteinheit (ESU) 368 führt, die nachstehend näher beschrieben wird. In dem im Bohrloch oben befindlichen Rohrverbin dungsstück 352 ist an einer geeigneten Stelle eine typische, im Stand der Technik bekannte Bohrlochsteuerung 370 angeordnet. Die Steuerung ist elektrisch mit der ESU 368 über Leiterdrähte 372 verbunden, von denen jeder einem der Drähte 366 von ESU-zu-Kontakt entspricht.
Der Hauptzweck der Steuerung 370 besteht darin, wenigstens ein elektronisches Gerät 374 zu steuern, das in dem im Bohrloch befindlichen Rohrverbindungsstück 356 angeordnet ist. Bei einem typischen im Bohrloch befindlichen Gerät, das durch Leiterdrähte miteinander verbundene elektronische Instrumente aufweist, müssen die von einem Instrument, wie der in 3C gezeigten Steuerung 370 ausgehenden Leiter zu einem speziellen Eingang eines zweiten Instruments führen. Im Bohrloch angeordnete Geräte nach dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik haben gewöhnlich Instrumente, die in zwei Rohrverbindungsstücken angeordnet und über einen einzelnen Leiter verbunden sind, der von dem ersten Instrument in einem im Bohrloch oben befindlichen Rohrverbindungsstück zu einem einzigen Ringverbindungskontakt führt. Ein entsprechender einziger Ringverbindungskontakt in dem im Bohrloch befindlichen Rohrverbindungsstück ist mit dem Kontakt in dem im Bohrloch oben befindlichen Verbindungsstück zusammengepasst und von dem im Bohrloch befindlichen Ringverbindungsstück geht ein Leiter zu einem Instrument, das in dem im Bohrloch befindlichen Rohrverbindungsstück angeordnet ist.
Ein Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung wird verwirklichet, wenn, wie in 3C gezeigt ist, ein im Bohrloch befindliches Rohrverbindungsstück 356 ein Instrument 374 aufweist, das mehrere Eingangsdrähte 376 erfordert. Das gezeigte Instrument ist in dem im Bohrloch befindlichen Rohrverbindungsstück 356 angeordnet. An dem Gerät 374 führen mehrere Drähte 376 zu entsprechenden mehreren Kontakten 378, von denen nur einer gezeigt ist.
Wenn das im Bohrloch oben befindliche Rohr 352 mit dem im Bohrloch unten befindliche Rohr 356 gekoppelt wird, werden die Kontakte 364 in dem im Bohrloch oben befindlichen Rohr 352 an die Kontakte 378 in dem im Bohrloch unten befindlichen Rohr 356 angeschlossen. Die ESU 368 hat eine Messvorrichtung 380, beispielsweise ein Widerstands-Strom- oder Spannungsmessgerät, das die Position der im Bohrloch oben befindlichen Kontakte 364 bezüglich der Bohrlochkontakte 378, wenn das Instrument einmal aktiviert ist, durch übliche bekannte Verfahren erfasst. Es gibt mehrere bekannte Schaltungen, die in der Lage sind, Posi tionen von Kontakten zu erfassen. Die ESU hat auch einen Schaltkreis 382, beispielsweise eine Anordnung von Relais oder elektronischen Schaltern. Wenn die ESU einmal die Ausgangsstellung der Kontakte bestimmt, schaltet der Schaltkreis die Leiterbahnen unter Verwendung der Schaltanordnung so um, dass eine durchgehende elektrische Bahn vorhanden ist, die von der im Bohrloch oben befindlichen elektrischen Vorrichtung 370 durch die ESU 368 führt, die Verbindung der Kontakte 364 und 378 kreuzt und weiter zu den vorgegebenen Eingangs-Ausgangs-Kanälen 384 des Instruments 374 geht, das in dem im Bohrloch unten befindlichen Rohr 356 angeordnet ist.
Natürlich kann das im Bohrloch befindliche Rohr, das in 3C gezeigt ist, auch ein Gerät sein, das am Ende des Gestängerohrs angeordnet ist und ein Muffenanschlussstück hat, das im Wesentlichen identisch zu der in 3C gezeigten Muffe ist. Die Rohre können auch zwei Verbindungsabschnitte einer Drahtleitungsvorrichtung sein, die eine Koppelung haben, die anhand von 3C beschrieben und dort gezeigt ist.
Die insoweit beschriebene und in 1A bis 3C gezeigte Koppelungsausgestaltung ist als bündige Verbindung mit männlichen und weiblichen Gewindegängen bekannt, die direkt in das Rohr geschnitten sind. Dies ergibt die gleichen Innendruchmesser-(ID)- und Außendurchmesser-(OD)-Spielräume an der Rohrkoppelung, wie in der Mitte der Rohrverbindung, wenn die Längenstücke einmal verbunden sind. Die hier vorgesehene Erfindung kann auch in Gestängerohren mit anderen Koppelungsanordnungen eingeschlossen werden, beispielsweise bei einem Gewinde-Kupplungs-Anschluss (T&C – Threaded-And-Coupled) oder einem Geräteanschluss. Diese alternativen Koppelungsausgestaltungen sind im Stand der Technik bekannt.
4A und 4B sind geschnittene isometrische Ansichten einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung und zeigen alternative Stellen für die Ringverbinder, die an einem Zapfen bzw. einer Muffe angeordnet sind. Der Zapfen 402 hat Außengewindegänge 404, die wendelförmig um die Außenseite des Zapfens herum angeordnet sind und sich von einer Basisschulter 406 zu einer Endschulter 408 erstrecken. Ein Modul-Ringverbinder 410 mit mehreren in einer Ringnut 413 angeordneten Kontakten 412 ist an der Schulter 406 angebracht und verankert, wie es vorstehend beschrieben und in 1B bis 2B für einen an einer Basisschulter angebrachten Ringverbinder gezeigt ist. Jeder Kontakt 412 ist von den anderen Kon takten durch einen nicht leitenden Einsatz 414, beispielsweise aus PEEK, getrennt. Mit jedem Kontakt ist ein Draht 416 verbunden und durch einen Kanal 418 geführt, der in die Bohrwand 410 geschnitten ist.
4B ist eine isometrische Schnittansicht eines Muffenendes eines Rohrabschnitts, das mit dem Zapfen 402 zusammenpassbar ist. Die Muffe 422 hat Innengewindegänge 424, die wendelförmig um das Innere der Muffe 422 herum angeordnet sind und sich von einer Basisschulter 426 zu einer Endschulter 428 erstrecken. Wenn der Zapfen 402 in die Muffe 422 geschraubt ist, trifft die Zapfenbasisschulter 406 auf die Muffenendschulter 428. Die Zapfenendschulter 408, die den Zapfen-Ringverbinder aufnimmt, trifft auf die Muffenbasisschulter 426. In einer Nut in der Muffenbasisschulter 426 ist ein kompatibler Muffenringverbinder 430 angeordnet.
Der Muffenringverbinder ist im Wesentlichen identisch zu dem Zapfenringverbinder. Der Muffenringverbinder 430 hat mehrere Kontakte 432, wobei ein Leiterdraht 434 für jeden Kontakt 432 durch einen sich in Längsrichtung durch die Rohrwand 434 erstreckenden Kanal 436 geführt ist. Dort, wo die Drähte in jedem Rohr aus dem Kanal für eine Verbindung mit Komponenten austreten müssen, wie sie beispielsweise vorstehend beschrieben und in 3C gezeigt sind, werden im Stand der Technik bekannte geeignete Ausbrechverbinder (nicht gezeigt) verwendet.
Die vorstehende Beschreibung richtet sich auf spezielle Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung zum Zwecke der Veranschaulichung und Erläuterung. Für den Fachmann ist jedoch offensichtlich, dass viele Modifizierungen und Änderungen der vorstehend angegebenen Ausgestaltung möglich sind, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die folgenden Ansprüche bestimmt ist.

Claims

Vorrichtung zum Transportieren von elektrischer Leistung und von Datensignalen zwischen einer ersten Stelle und einer zweiten Stelle in einem Bohrloch, wobei die Vorrichtung (a) ein erstes lang gestrecktes Rohr (352) hat, das an der ersten Stelle angeordnet ist und ein erstes Ende aufweist, (b) ein zweites lang gestrecktes Rohr (356), das an der zweiten Stelle angeordnet ist und ein zweites Ende hat, das mit dem ersten Ende gekoppelt ist, (c) eine erste Vielzahl von Leiterbahnen (366, 372), die sich in Längsrichtung durch wenigstens einen Teil des ersten lang gestreckten Rohres (352) erstrecken und am ersten Ende enden, (d) eine zweite Vielzahl von Leiterbahnen (376), die sich in Längsrichtung durch wenigstens einen Teil des zweiten lang gestreckten Rohres (356) erstrecken und an dem zweiten Ende enden, und (e) eine Prüfeinrichtung aufweist, die funktionsmäßig der ersten Vielzahl von Leiterbahnen (366, 372) und der zweiten Vielzahl von Leiterbahnen (376) zum Prüfen des elektrischen Durchgangs zwischen der ersten und zweiten Vielzahl von Leiterbahnen zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfvorrichtung (i) einen Sensor (380) zu Bestimmen der Position einer jeden der ersten Vielzahl von Leiterbahnen (366, 372) bezüglich wenigstens einer der zweiten Vielzahl von Leiterbahnen (376) und (ii) eine Schalteinheit (368) zum Umschalten wenigstens einer Leiterbahn in wenigstens eine der Vielzahl von Leiterbahnen (366, 372, 376) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das erste lang gestreckte Rohr (352) und das zweite lang gestreckte Rohr (356) drehbare Gestängerohre sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche weiterhin (i) eine erste Vielzahl von Kontakten (364), die an dem ersten Ende angeordnet sind und von denen jeder mit einer entsprechenden Leiterbahn der ersten Vielzahl von Leiterbahnen (366, 372) elektrisch verbunden ist, und (ii) eine zweite Vielzahl von Kontakten (378) aufweist, die an dem zweiten Ende angeordnet sind und von denen jeder mit einer entsprechenden Leiterbahn der zweiten Vielzahl von Leiterbahnen (376) elektrisch verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, welche weiterhin (i) eine Wand, die an jedem der ersten und zweiten Enden eine Schulter (362) bildet, (ii) in jeder Schulter eine Ringnut (365), von denen jede einen Kontakt der ersten Vielzahl von Kontakten (362) und der zweiten Vielzahl von Kontakten (378) aufnimmt, und (iii) ein Isoliermaterial aufweist, das jedem Kontakt der ersten Vielzahl von Kontakten (364) und der zweiten Vielzahl von Kontakten (378) teilweise umgibt.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welcher das erste Ende einen Zapfen (354) und das zweite Ende eine Muffe (358) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welchem jede Schulter (362) weiterhin (i) ein Ringverbindungsstück (200, 360) und (ii) wenigstens eine Befestigungseinrichtung (202a bis d) zum Verankern des Ringverbindungsstücks an der Schulter aufweist, wobei die Ringnuten (365) in den Ringverbindungsstücken vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher jede Befestigungseinrichtung (202a bis d) aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus (A) einer Vielzahl von Dübeln, die in entsprechenden, sich in den Wänden eines jeden lang gestreckten Rohres befindlichen Dübellöchern festgelegt sind, (B) einer Vielzahl von Schrauben, (D) einer Schweißverbindung und (E) einem Epoxid besteht.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei welcher der Sensor (380) aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus (A) einem Ohmmeter, (B) einem Strommesser und (C) einem Spannungsmesser besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 8, welche weiterhin einen in der Prüfvorrichtung angeordneten Prozessor zum Verarbeiten eines Sensorausgangs aufweist.
Verfahren zum Transportieren von elektrischer Leistung und von Datensignalen zwischen einer ersten Stelle und einer zweiten Stelle in einem Bohrloch über mehrere Leiterbahnen, wobei bei dem Verfahren (a) ein erstes Ende eines lang gestreckten Rohres (352), das eine erste Vielzahl von Leiterbahnen (366, 372) aufweist, die sich in Längsrichtung durch wenigstens einen Teil des ersten lang gestreckten Rohres (352) erstrecken und an dem ersten Ende enden, mit einem zweiten Ende eines zweiten lang gestreckten Rohres (356) gekoppelt wird, das eine zweite Vielzahl von Leiterbahnen (376) aufweist, die sich in Längsrichtung durch wenigstens einen Teil des zweiten lang gestreckten Rohres (356) erstrecken und an dem zweiten Ende enden, und (b) der elektrische Durchgang zwischen der ersten Vielzahl von Leiterbahnen (366, 372) und der zweiten Vielzahl von Leiterbahnen (376) mit einer Prüfeinrichtung geprüft wird, die der ersten und zweiten Vielzahl von Leiterbahnen funktionsmäßig zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, – dass die relative Position der ersten Vielzahl von Leiterbahnen (366, 372) bezüglich der zweiten Vielzahl von Leiterbahnen (362) bestimmt und mit einer Schalteinheit (368) wenigstens eine Leiterbahn in wenigstens eine der Vielzahl von Leiterbahnen (366, 372, 376) umgeschaltet wird.