-
Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Bohrlochmessvorrichtung wie beispielsweise
eine Bohrlochmessvorrichtung mit einem Blockabbildungssystem, die
eine Mehrzahl von radialen Armen aufweist, die Blöcke tragen,
die gegen die Bohrlochwand gedrückt
werden können.
-
Bei
einem Bohrlochmessen ist eine Bauart einer Vorrichtung, wie beispielsweise
eine Blockvorrichtung, bekannt, in der ein Block, der typischerweise
einen oder mehrere hochauflösende
Sensoren trägt,
an einem Vorrichtungskörper
auf eine derartige Weise montiert ist, dass er gegen die Bohrlochwand
gedrückt
werden kann. Dies hat die Wirkung eines Platzierens des Sensors
(der Sensoren) in großer
Nähe der
Bohrlochwand und erlaubt somit die hochauflösenden Messungen der geometrischen
Merkmale mit kleinem Maßstab in
der Formation, die das zu fertigende Bohrloch umgibt, zu erstellen.
Ein Beispiel einer derartigen hochauflösenden Messung ist eine mikroelektrische
Messung, die zum Bestimmen des Widerstands der Formation, die unmittelbar
das Bohrloch umgibt, oder zum Erzeugen eines Bildes der Formation,
die unmittelbar das Bohrloch umgibt, verwendet werden kann, um Kerben,
Risse oder andere morphologische Merkmale zu identifizieren.
-
Ein
Beispiel einer Blockvorrichtung zum Durchführen von Widerstandsmessungen
ist in der
US 4 692 707 zu
finden. In dieser Vorrichtung trägt
ein Vorrichtungskörper
einen Messblock, der an schwenkbaren und beweglichen Verbindungsgliedern
montiert ist. Der Block wird durch eine Feder von dem Vorrichtungskörper weggedrückt, um
mit der Bohrlochwand in Kontakt gebracht zu werden. Die Verbindungsglieder
halten die Längsachse
des Blocks im Wesentlichen parallel zu der Vorrichtungsachse, während erlaubt
ist, dass der Block in die axiale Ebene gekippt wird, um sich Unregelmäßigkeiten
in der Bohrlochwand anzupassen.
-
Für die Kerbenmessung
oder Abbildungsanwendungen haben Blockvorrichtungen typischerweise
einen Vorrichtungskörper,
der eine Mehrzahl von radialen Armen hat, die eine Mehrzahl von
Blöcken
tragen (z. B. vier Arme, die vier Blöcke tragen, oder sechs Arme,
die sechs Blöcke
tragen), die im Gebrauch um den Umfang der Bohrlochwand angeordnet
sind. Beispiele derartiger Vorrichtungen sind in der
US 4 468 623 , der
US 4 614 250 , der
US 5 502 686 , der
EP 0 285 473 und der
US 2003/0 164 706 und in den Vorrichtungen
Formation Micro-Scanner (FMS), Fullbore Formation Microlmager (FMI)
und Oil-Based Mud Imager (OBMI) von Schlumberger und dem Simultaneous
Acoustic and Resistivity (STAR) Abbildungssystem und dem Hexagonal Diplog
(HDIP) von Baker Atlas zu finden. Alle diese Vorrichtungen haben
Blöcke
mit fester Breite und fester Orientierung. Dementsprechend hängt die
gesamte umlaufende Abdeckung der Bohrlochwand durch die Blöcke von
dem Durchmesser des Bohrlochs ab: je größer das Bohrloch desto geringer
sein Umfang, der durch die Blöcke
abgedeckt werden kann. Dies resultiert in Bildern mit Lücken zwischen
den Bildbahnen von den Blöcken.
Die Blöcke
dieser Vorrichtungen sind typischerweise an parallelen Armen montiert,
die an der Oberseite und dem Boden von jedem Block angebracht sind,
um die Längsachse
jedes Blocks parallel zu dem Vorrichtungskörper zu halten und ein Kippen
in die axiale Ebene zu verhindern. Die Blöcke, die in der
EP 0 285 473 beschrieben sind, haben ein
Paar Klappen, die um eine Längsachse
schwenken, um Veränderungen
in der Bohrlochgestalt aufzunehmen. Ein weiteres Beispiel einer
Messvorrichtung, das eine umlaufende Abdeckung bereitstellt, ist
in der
WO 02/101194 offenbart.
-
Hoch
abweichende Schächte
können
tatsächlich
einigen Schichtgrenzen in der Formation folgen, durch die sie gebohrt
worden sind und stellen als solche längs gestreifte Bilder zur Verfügung, die
schwierig auszuwerten sind, falls die Bilder beträchtliche
Lücken
enthalten. Deshalb und wegen anderer Anwendungen ist eine Abdeckung
des gesamten Bohrlochs für
Bildmessungen wünschenswert.
Mehrere Vorrichtungen mit drehenden Sensoren, wie beispielsweise
das Ultrasonic Borehole Imager (UBI) wireline tool von Schlumberger oder
die Resistivity AtBit (RAB) und Azimuthal Density Neutron (ADN)
logging-while-drilling tool von Schlumberger stellen eine volle
Abdeckung von Bildern bereit, die eine Auswertung insbesondere in
hoch abweichenden Schächten
vereinfachen. Abbildungssystemvorrichtungen werden typischerweise
in Löchern
mit variierenden Größen, möglicherweise
mit Auswaschungen, und in gerichteten Schächten, die nahezu gewiss eine Lochovalisierung
aufweisen, verwendet. Derartige Merkmale können auch Probleme mit vorhandenen
Blockvorrichtungskonstruktionen ergeben.
-
Die
vorliegende Erfindung liegt in der Erkenntnis, dass ein Vorsehen
von Blöcken,
die sich um eine Einrichtung mit radialer Achse drehen können, dass
die Orientierung des Blocks geändert
werden kann, um den Ist-Betrag einer umlaufenden Abdeckung durch
den Block einzustellen und so verschiedene Bohrlochdurchmesser und
Bohrlochformen herbeizuführen,
während
derselbe Grad an Abdeckungen zur Verfügung gestellt wird.
-
Die
vorliegende Erfindung schafft eine Bohrlochvorrichtung mit: einem
Vorrichtungskörper;
einer Mehrzahl von Armen, die mit dem Vorrichtungskörper verbunden
sind und relativ dazu radial beweglich sind; und einer Mehrzahl
von Blöcken,
die derart an den Armen angebracht sind, dass sie relativ dazu schwenkbar
sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Blöcke um eine Drehachse relativ
zu dem Vorrichtungskörper
schwenkbar sind.
-
Durch
Erlauben eines Schwenkens der Blöcke
um eine radiale Achse können
längliche
Blöcke
angeordnet werden, um eine unterschiedliche umlaufende Abdeckung
gemäß ihrer
Orientierung in Bezug auf die Längsachse
des Bohrlochs zu schaffen.
-
Bevorzugt
sind die Blöcke
mit den Armen so verbunden, dass die Blockorientierung relativ zu
dem Vorrichtungskörper
durch die Ausdehnung der Arme in die radiale Richtung bestimmt wird.
Es ist bevorzugt, dass die Schwenkbarkeit der Blöcke derart synchronisiert ist,
dass die Blöcke
ein im Wesentlichen regelmäßiges Orientierungsmuster
annehmen. Eine derartige Synchronisation kann durch Verbindung benachbarter
Blöcke herbeigeführt werden.
Eine besonders bevorzugte Anordnung der Blöcke weist eine Ringanordnung
auf, wobei jeder Block an seinen Enden mit den benachbarten Blöcken verbunden
ist.
-
Die
Arme können
symmetrisch um den Vorrichtungskörper
angeordnet sein. Jeder Arm ist bevorzugt mit dem Vorrichtungskörper an
einem Ende durch einen Stift oder ein Gelenk verbunden, der oder
das den Armen erlaubt, sich in einer radialen Ebene relativ zum Vorrichtungskörper zu
bewegen (eine Ebene mit einem konstanten Azimut, wenn der Arm in
axial-radiale Richtungen schwenkt). Die Enden der Arme können mit
den Blöcken
verbunden sein. Die Arme können
sich zwischen zwei Grenzpositionen bewegen: die erste, in der der Arm
im Wesentlichen parallel zu dem Vorrichtungskörper liegt; und die zweite,
in der der Arm in eine radiale Richtung von dem Vorrichtungskörper weg
ragt, um die Bohrlochwand entweder direkt oder durch die Blöcke zu berühren. Eine
besonders bevorzugte Anordnung von Armen hat zwei Sätze von
Armen, die entlang dem Vorrichtungskörper getrennt sind und wobei
die Mehrzahl von Blöcken
den Körper
zwischen den Sätzen
von Armen umrandet. In dieser Anordnung erstrecken sich die Arme
von jedem Satz von der Verbindung an dem Vorrichtungskörper in
Richtung des anderen Satzes. Es gibt bevorzugt die gleiche Anzahl
von Armen in jedem Satz, wobei die zwei Sätze um den Vorrichtungskörper in
einer winkelmäßig versetzten
Anordnung angeordnet sind. Bei Sätzen
von Armen, die N Arme je Satz haben, beträgt der Versatz üblicherweise
360°/2N
zwischen den Armen der zwei Sätze.
In einer derartigen Anordnung können
die länglichen
Blöcke
auf eine derartige Weise mit den Armen verbunden sein, dass ein
Ende eines Blocks von dem ersten Satz mit einem Arm verbunden ist
und das andere Ende des Blocks mit dem benachbarten Arm des zweiten
Satzes verbunden ist. Somit gibt es, wo es N Arme in jedem Satz
gibt, 2N Blöcke,
die um die Vorrichtung angeordnet sind. In der ersten Grenzposition
der Arme liegen die Blöcke
im Wesentlichen parallel und längsseits
des Vorrichtungskörpers.
In der zweiten Grenzposition hängt
die Orientierung von dem Abstand von dem Vorrichtungskörper der
Blöcke
ab, wenn sie die Bohrlochwand berühren. In einem freien Raum
ist die Grenzposition, wenn die Blöcke alle in einer radialen
Ebene liegen (d. h. die Längsachse
jedes Blocks liegt im Wesentlichen in der gleichen radialen Ebene) (eine
Ebene, die senkrecht zu der Vorrichtungsachse ist, wo die geschlossene
Blockkette einen Kreis bildet, dessen Durchmesser zweimal die Armlänge und
den Vorrichtungsinnendurchmesser beträgt). Dazwischen bilden die
Blöcke
eine zickzackförmige
Reihe aus, die sich um den Umfang des Bohrlochs erstreckt.
-
Eine
Bewegung der Arme kann auf eine Vielzahl von Wegen erreicht werden.
Sie können
durch elektrische oder hydraulische Stellglieder, Federvorspannanordnungen
oder dergleichen betätigt
werden. Wo zwei Sätze
von Armen vorgesehen sind, hat eine bevorzugte Anordnung die Enden
eines Satzes an einer festen Stelle an dem Vorrichtungskörper angeordnet
und die Enden des anderen Satzes mittels eines Gleitrings, der entlang
des Vorrichtungskörpers
zur Veranlassung eines Aus- bzw. Einfahrens der Arme der beiden
Sätze angetrieben
werden kann, an dem Vorrichtungskörper angeordnet. Eine ähnliche
Anordnung kann verwendet werden, wo ein einziger Satz von Armen
verwendet wird, wobei der Gleitring mit den Armen mittels Verbindungsgliedern
verbunden ist.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
sind die Arme fest mit dem Ring verbunden. In diesem Fall sind die Arme
gezwungen, um den gleichen Betrag zu öffnen, um eine im Wesentlichen
kreisförmige
oder regelmäßige Anordnung
zu ergeben. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Arme
mit dem Ring verbunden, um im Bezug auf den Ring zumindest in einem
begrenzten Grad axial beweglich zu sein. Dies erlaubt jedem Arm, abhängig von
der Lochgestalt eine unterschiedliche Position einzunehmen. In beiden
Fällen
können
Sensoren an den Armen vorgesehen sein, um eine Messtastermessung
zu ergeben. In diesem Fall kann eine herkömmliche Lochgrößenmessung
erhalten werden. Im zweiten Fall können eine Lochgröße und eine
Gestalt erhalten werden.
-
Die
Blöcke
können
mit den Armen auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Wegen verbunden
sein. Jeder Arm kann einen Block tragen, der entweder mit seinem
Ende oder auf halbem Weg entlang des Blocks verbunden ist; wobei
jeder Arm an benachbarten Enden mit zwei Blöcken verbunden sein kann, usw.
Die Verbindung sollte eine Schwenkbewegung zwischen dem Block und
dem Arm um drei orthogonale Achsen erlauben. In der vorstehend beschriebenen
Zickzack-Anordnung
ist es bevorzugt, dass die zwei Blöcke, die mit jedem Arm verbunden
sind, derart verkettet sind, so dass sie nicht unabhängig in
einer axialen Ebene kippen können.
-
Jeder
Block kann eine zweidimensionale Reihe von Sensoren, z. B. elektrische,
elektromagnetische, nukleare und akustische Sensoren, aufweisen,
die an seiner Wandeingriffsfläche
verteilt sind. Die Wandeingriffsfläche kann gekrümmt sein,
so dass eine Berührung
zwischen dem Block und der Bohrlochwand für verschiedene Blockorientierungen
optimiert ist.
-
Die
Erfindung ist nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben,
in denen:
-
1 eine
gattungsgemäße Mikrowiderstandsblockvorrichtung
zeigt;
-
2 eine
schematische Seitenansicht einer Blockvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt;
-
3 eine
Draufsicht der Vorrichtung zeigt, die in 2 gezeigt
ist;
-
4 eine
detaillierte Seitenansicht der Befestigung des oberen Arms der Vorrichtung
von 2 zeigt;
-
5 eine
Draufsicht der Befestigung zeigt, die in 4 gezeigt
ist;
-
6 eine
detaillierte Ansicht des Blocks zu einer Armverbindung für die Vorrichtung
von 2 zeigt; und
-
7 ein
alternatives Ausführungsbeispiel
einer Befestigung eines unteren Arms zeigt.
-
Eine
Bohrlochvorrichtung (ein Bohrlochwerkzeug) der Bauart, auf die sich
die vorliegende Erfindung bezieht, ist im Allgemeinen in 1 gezeigt.
Die Vorrichtung (das Werkzeug) 10 hat eine Reihe 12 von
kleinen Prüfelektroden
(Kontakte) 14a–14b,
die an einem leitfähigen
Block 16 montiert sind, der gegen die Bohrlochwand 18 gedrückt wird.
Eine Stromquelle ist mit jedem Kontakt verbunden, so dass Strom
aus jedem Kontakt 14 in die angrenzende Formation senkrecht
zu der Bohrlochwand 18 E1, E2 fließt.
Der Strom kehrt zu einer Elektrode (nicht gezeigt) zurück, die
an oder nahe der Fläche
oder einem anderen Teil der Vorrichtung 10 angeordnet ist.
Die einzelnen Kontaktströme
werden überwacht
und aufgezeichnet (durch einen Prozessor 20 oberhalb des
Lochs), wenn die Vorrichtung 10 durch das Bohrloch bewegt
wird. Die gemessenen Kontaktströme
sind proportional zu der Leitfähigkeit
des Materials vor jedem Kontakt. Die Messungen erlauben eine Identifizierung
von Merkmalen, wie beispielsweise Rissen B aus den Bildern, die
durch die Messungen erzeugt werden.
-
Eine
Vorrichtung, die die Erfindung ausführt, ist in 2 bis 6 gezeigt
und hat einen Vorrichtungsdorn 22 der im Durchmesser zu
einem schlanken Rohr 24 über dem Blockabschnitt 26 verringert
ist. Der Blockabschnitt 26 mit 2N Blöcken 28 (in diesem
Fall N = 4) verwendet eine gerade Anzahl 2N von Trägerarmen 30,
um die Blöcke 28 mit
entweder dem Dorn 22 oder einem vertikalen Gleitring 32 zu
verbinden. Ein Dorn mit einer Standardgröße kann zehn Zentimeter im
Durchmesser betragen, aber dieser ist zu einem sehr dünnen Mittelrohr 24 reduziert.
Dieses Rohr 24 muss die mechanische Integrität der Vorrichtungskette
aufrechterhalten und muss ausreichende Zug- und Biegefestigkeit
aufweisen. Der schlanke Abschnitt 24 dient in erster Linie
als eine mechanische Führungsstange
für den
Einsatz der Sensorblöcke 28.
Er kann ebenso in seiner Mitte einen Kabelbaum (nicht gezeigt) zum
Durchführen
einer Verdrahtung enthalten, falls andere Vorrichtungen (Werkzeuge)
unterhalb der Blockvorrichtung 10 verlaufen.
-
Die
Hälfte
der Trägerarme 30a bildet
einen oberen Satz und ist an dem oberen Ende des schlanken Abschnitts 24 angebracht
und sind gleichmäßig bei
360°/N (90°) um den
Umfang der Vorrichtung beabstandet, um in einer abwärtigen Richtung
zu zeigen und von dem Schwenkbefestigungspunkt 31 radial
auswärts
beweglich zu sein (in größeren Einzelheiten
in 4 und 5 gezeigt).
-
Die
andere Hälfte
der Arme 30b bildet einen unteren Satz und ist an einem
Ring 32 angebracht, der an dem schlanken Abschnitt 24 frei
auf und ab gleitet. Die Arme 30b zeigen in eine aufwärtige Richtung
und sind von einem Schwenkbefestigungspunkt 34 an dem Ring 32 gleichermaßen zu dem,
der in 4 und 5 gezeigt ist, radial auswärts beweglich.
Die Arme 30b sind ferner gleichmäßig um den Umfang des Rings
bei 360°/N
(90°) verteilt.
Die N Arme 30b des unteren Satzes an dem Ring 32 sind
azimutal von den Armen 30a an dem Dorn 24 um 180°/N (45°) versetzt,
was die Hälfte
des Winkels zwischen zwei benachbarten Armen eines gegebenen Satzes
ist.
-
Die
Arme 30 können
auf eine derartige Weise federbelastet sein, dass sie radial auswärts gedrückt werden,
falls sie nicht anderweitig beschränkt werden (nicht in den Figuren
gezeigt). Ferner kann das Lager jedes Arms 30 eine Überwachungsvorrichtung
(nicht in den Figuren gezeigt) enthalten, die den Winkel zwischen
dem Arm 30 und der Vorrichtungsachse Z misst. Diese Messungen
sind kombiniert, um einen N-achsigen (hier vier-achsigen) Bohrlochmesstaster)
zu ergeben.
-
Die
Vorrichtung hat 2N (8) Sensorblöcke 28.
Die Blöcke 28 sind
schmale, länglichen
Blöcke,
die eine gekrümmte äußere Fläche haben,
um sich der Bohrlochwandkrümmung
anzupassen; sie können
auch flexibel sein, um besser an nicht kreisförmige Bohrlochwandformen zu
passen. Jeder Block 28 ist mit dem Ende eines oberen radialen
Arms 30a und dem Ende eines benachbarten unteren radialen
Arms 30b fixiert. Auf diese Weise trägt jeder Arm 30 zwei
Sensorenblöcke 28.
Die Ketten von Blöcken 28 erstrecken
sich faltwandartig um den Umfang der gesamten Vorrichtung. Da sich
die radialen Arme 28 auswärts erstrecken, entfaltet sich
die Sensorblockfaltwand bis sie einen vollen Kreis beschreibt oder
bis die Bohrlochwand die Entfaltung des radialen Arms beschränkt. Mit
ihrer Entfaltung bedeckt jeder Block 28 360°/2N(=45°) unabhängig von
der Bohrlochgröße; die
Blöcke 28 sind
gegenüber
dem senkrechten vertikal-azimutalen Bohrlochwandkoordinatensystem
gekippt. Der Kippwinkel hängt
von der Bohrlochgröße, und
zwar von der radialen Ausdehnung der radialen Trägerarme 30 ab.
-
Die
Arme 30a, die an der Oberseite des dünnen Abschnitts 24 angebracht
sind, enthalten den Kabelbaum (nicht gezeigt) für die Sensorblöcke 28,
die an ihnen angebracht sind (nicht in den Figuren gezeigt). Sie sind
zu dem inneren Dorn 22 in der unmittelbaren Umgebung der
oberen Montagepunkte 31 zugeführt. Der untere Satz von Armen 30b ist
an dem Gleitring 32 angebracht. Der schlanke Abschnitt
des Dorns 24 muss ausreichend lang sein, um sich der Länge der
oberen und unteren radialen Arme 30a, 30b und
der vollen Länge
der Sensorblöcke 28 anzupassen.
Diese Arm- und Blocklängen
sind gemäß dem Bereich
von Bohrlochgrößen und
der Ovalisierung bestimmt, in dem die Vorrichtung verwendet wird.
Der Gleitring 32 wird durch ein geeignetes Stellglied (nicht
gezeigt) aufwärts
gedrückt,
um die Enden der Arme 30 auswärts zu zwängen und die Blöcke 28 gegen
die Bohrlochwand zu entfalten. Das Stellglied kann eine Feder oder
einen elektrischen oder hydraulischen Motor oder jegliche andere
geeignete Antriebseinrichtung aufweisen. Für eine Entsendung abwärts in ein
Loch wird der Ring 32 an seiner Bodenposition an dem schlanken
Dorn 24 an Stelle gesperrt.
-
Die
Sensorblöcke 28 sind
mittels frei drehender Verbindungsglieder an den Armen 30 montiert. 6 zeigt
ein dreiachsiges Verbindungsglied, das eine Drehung um drei bestimmte
senkrechte Achsen X, Y, Z erlaubt, aber die Blockdrehungen in synchrone
Bewegungen beschränkt.
Zwei benachbarte Blöcke 28 sind
angeordnet, um um eine gemeinsame Achse X auf eine synchrone Weise
zu drehen. Die Verbindungsglieder 36 werden in einer geschlossenen
Schleife verwendet, die die gegenseitige Drehung aller Blöcke 28 in
Bezug aufeinander beschränkt.
Eine Achse X ist zwei benachbarten Blöcken gemeinsam (6).
Diese gemeinsame Achse zwingt jegliche zwei benachbarte Blöcke 28,
auf eine synchrone Weise von der Bohrlochwandfläche zu kippen. Die gesamte
Kette von Blöcken
bildet eine geschlossene Schleife, in der alle Blöcke um den
Umfang jeglicher derartiger synchroner Kippbewegung folgen muss.
Dieses synchrone Kippen verleiht der gesamten Blockschleife mehr
Steifigkeit und weniger Anfälligkeit
gegenüber
einem ungewollten Kippen von irgendeinder einzelnen Blockfläche von
der Bohrlochwand. Somit zwingt die Konstruktion die Blockflächen mechanisch,
zueinander in einer auswärts
gerichteten Orientierung unabhängig
von einer Lochgröße oder
Neigung ausgerichtet zu bleiben. Alternativ kann ein Kreuzgelenk
oder jegliche andere Art von Vorrichtung mit schräger ein-
oder zweiachsiger Drehung verwendet werden; jegliche derartige Alternative
kann jedoch nicht die inhärente
Steifigkeit der geschlossenen Blockschleife gegenüber einem
Blockkippen von der Bohrlochwand sicherstellen.
-
Die
Blockbefestigung ist in 6 gezeigt. Sie muss den Blöcken 28 erlauben,
sich frei zu bewegen, wenn sie um den Lochumfang zwischen den radial
verspreizten Trägerarmen
verspreizt werden. Zu der gleichen Zeit müssen die Blockflächen fest
radial auswärts
orientiert werden, was so weit wie möglich jegliches Kippen gegenüber der
Bohrwandfläche
vermeidet. Die Z-Achsen Drehungen aller Blöcke sind unabhängig. Die X-Drehachse
wird durch zwei benachbarte Blöcke
gemeinsam genutzt. Somit ist die Kippdrehung des Blocks mechanisch
mit seinen Nachbarblöcken
in Verbindung.
-
Die
Nachbarblöcke
kippen mit dem gleichen Winkel wie der ursprüngliche Block. Eine X-Drehachse von
einem oberen Trägerarm 30 kann
ein Kippen um eine X-Achse um jeglichen Winkel θ und eine Z-Drehung um jeglichen
Winkel Φ stützen, wobei
die zwei angebrachten Blockflächen
beide abwärts
und zueinander hin kippen (wo der Winkel Φ in entgegengesetzte Richtungen
der zwei Blöcke
weist). Dann müssen
die Achsen von nächsten
Nachbarn von den unteren Arme an dem anderen Ende der Blöcke um den
gleichen Winkel θ dem
abwärts
gerichteten Kippen der Blockfläche
folgend drehen. Hier orientiert jedoch der Z-Winkel Φ die zwei Flächen voneinander
weg. Nacheinander ist diese Kippdrehung mit den nächsten Blöcken jenseits
der nächsten
Nachbarblöcke
durch die X-Drehachse an der entfernten Seite der Nachbarblöcke in Verbindung.
Auf diesen Weg ist jegliche Kippbewegung starr um die gesamte Blockschleife
in Verbindung.
-
Eine
universale Kippbewegung ist immer noch möglich, da die Zahl der Blöcke in der
Schleife geradzahlig ist. Dieses universelle Kippen wird durch den
Durchschnitt der anliegenden Kräfte
an der gesamten Blockschleife gesteuert. Eine geeignete mechanische
Konstruktion dieser Kräfte
dient dazu, sicherzustellen, dass ein Durchschnitt dieses Kippens
null ist und dass die Blockflächen
parallel zu der Bohrlochwand sind.
-
Veränderungen
können
gemacht werden, die mehr Flexibilität hinsichtlich des Einsatzes
schaffen oder Plätze
schaffen, um zusätzliche
Messsensoren einzusetzen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist, wie in 7 gezeigt
ist, das Lager 40 an dem Gleitring 32 für jeden
Arm (zur Klarheit in 7 weggelassen) fähig, innerhalb
des Rings über
einen begrenzten Bereich unabhängig
axial auf oder ab zu gleiten. Dieser axiale Gleitvorgang kann so
federgesteuert werden, dass die Position des Rings (32)
an der axialen Mitte der verschiedenen Kräfte ist.
-
Die
Armlager zum unabhängigen
auf und ab Gleiten erlauben einen Blockeinsatz, der sich jenseits kreisförmiger Bohrlöcher hin
zu ovalen Löchern
erstreckt. Die Länge
des axialen Gleitfreiheitsgrads bestimmt den Bereich der Lochovalisierung,
die unterstützt
werden kann.
-
Die
Arme der Vorrichtung 30 werden zu der Bohrlochwand radial
auswärts
gedrückt
und können
angeordnet werden, um die Wand abzukratzen und sind daher mit einer
gehärteten
Schaberplatte 38 als ein Abrasionspunkt versehen. Diese
Schaberplatten 38 können
durch den Schlammkuchen an der Bohrlochwand und in den Fels der
Bohrlochwand selber schneiden. Der Punkt an dem Ende von jedem Arm
kann ebenso mit einem Sensor mit einer mm-Auflösung, z. B. einem Fluoreszenzerfassungsmessfühler, einem
Röntgenstrahlendichtemessfühler oder
einem Infrarotvideokameramessfühler
ausgestattet sein, die die Messung, die über den Block erfolgt, ergänzen können.
-
Eine
Modifikation der vorstehend beschriebenen Vorrichtungsausführungsbeispiele
umfasst einen Detektor mit dem Winkel θarm zwischen
der Vorrichtungsachse und jeglichem einzelnen radialen Trägerarm.
Die bekannte Vorrichtungskörpergröße dtool und die Trägerarmlänge larm bestimmen
dann den radialen Abstand rarm von der Vorrichtungsachse
zu dem mechanischen Berührungspunkt
mit der Bohrlochwand: ram = 12 dtool + larm sin θarm (1)
-
Daher
bildet jeder Arm einen halben Messtaster.
-
Halbe
Messtaster, die auf diese Weise für Vorrichtungen erhalten werden,
in denen die oberen und unteren Arme axial an dem Richtungskörper 24 oder
dem Gleitring 32 fixiert sind, sind eine Variation von
Standardmesstastern. Zur gleichen Zeit ist der soweit dargestellte
Messtaster auf im Wesentlichen kreisförmige Löcher durch die inhärente Steifigkeit
der Baugruppe begrenzt. Die Tatsache, dass der Gleitring 32 alle
aufwärts gerichteten
Arme an dem gleichen axialen Ort hält, wenn er auf- oder abwärts des
Vorrichtungskörpers
gleitet, zwingt die geschlossenen Blockkette in einen kreisförmigen Ring
ohne jegliche Ovalisierung.
-
In
dem Ausführungsbeispiel
von 7 ist das Lager der aufwärts gerichteten radialen Arme
innerhalb des Gleitrings 32 modifiziert. Die Lagerpunkte
dieser Arme können
sich über
einen begrenzten Abstand axial entlang des Rings bewegen, sogar
wenn der Ring selber an der Vorrichtung axial auf und ab gleitet.
-
Die
axiale Ringposition selber und die axiale Relativposition ihres
Arms innerhalb des Rings werden unabhängig überwacht und verarbeitet, um
getrennte Messungen zu liefern. Die Gleichung (1) ergibt für jeden Arm
den radial halben Messtaster. Die axiale Ringposition Zring,
die von dem oberen Ende der Sonde gemessen ist, und jede axiale
Armposition δZarm, die um den Medianwert Zring gemessen
ist, werden auf den halben Messtaster bezogen und liefern daher
eine unabhängige
ergänzende
Messung zu dem radialen Winkel θarm. Zring = 2 larm cos θave
Zring + δZarm = 2 larm cos θarm (2)
-
Diese
Gleichung wird durch den radialen Winkel θ
arm gelöst
und dann in der Gleichung
(1) verwendet, um die Messung des halben Messtasters zu liefern:
-
Diese
Gleichungen sind, wie geschrieben, eine Annäherung, die nur das Arbeitsprinzip
darstellt. In länglichen
Löchern
sind die Ist-Winkel eine komplexere Funktion der axialen Position δZarm für
zwei benachbarte Arme.
-
Während das
vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Sensorblockvorrichtung zeigt, wird die Erfindung
auf jegliche Bohrlochvorrichtung angewendet, die Blöcke erfordert,
die in die Bohrlochwand anzulegen sind, insbesondere wo eine Abdeckung
des gesamten Umfangs erforderlich ist. Vorrichtungen zum Schachtabschluss
oder Sanierungsbehandlung können
ebenfalls diese Erfindung einsetzen.
