DE68908144T2

DE68908144T2 - Ausdehnungsmesssonde zur Messung der Belastung für ein Bohrelement.

Info

Publication number: DE68908144T2
Application number: DE89403525T
Authority: DE
Inventors: Claude Mabile; Pierre Morin
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1989-12-18
Publication date: 1993-11-25
Anticipated expiration: 2009-12-19
Also published as: NO895262D0; NO175653B; US5099700A; FR2641377B1; EP0376795A1; FR2641377A1; EP0376795B1; DE68908144D1; NO175653C; DK667589A; NO895262L; DK667589D0; CA2006937A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Extensometer-Aufnehmer zum Messen von Beanspruchungen, die auf ein Bohrelement am Boden eines Bohrlochs wirken, sowie seine Montagevorrichtung auf dem Element, mit dem Ziel, die Spannung und das Torsionsmoment zu messen, die unter den Bodenbedingungen beim Bohren wirken.
Die auf die Bohrausrüstung am Boden eines Bohrlochs ausgeübten Beanspruchungen beim Fortschritt in der Formation sind beachtlich und bringen erhebliche Verformungen mit sich, die gegebenenfalls Meßgeräte beschädigen können, die benachbart dem mit einem Werkzeug oder einer Sonde ausgestatteten Ende angeordnet sind. Es ist also notwendig, die Beanspruchungen zu analysieren, die auf das Material wirken, um hieraus die an den Bohrbedingungen vorzunehmenden Modifikationen abzuleiten.
Wenn man die auf ein den Bohrbodenbedingungen unterworfenes Rohr ausgeübten Beanspruchungen bzw. Belastungen untersucht, so stellt man fest, daß diese im wesentlichen von drei Qualitasten sind: Biegung (Durchbiegung) bezogen auf die Achse des Bohrelements, Spannung/Zug längs dieser Achse und Torsionsmoment. Unter diesen Beanspruchungen sind die auf die Biegung zurückzuführenden klar größer als die auf die Spannung oder das Torsionsmoment zurückzuführenden.
Bekannt ist durch die GB 1456403 eine Meßvorrichtung für Beanspruchungen vermittels Dehnungsmeßstreifen, die auf der Meßseite angeordnet sind. Diese Vorrichtung ermöglicht jedoch nicht die Entkopplung der Belastungsmessungen unterschiedlicher Richtungen. Bekannt ist durch die US 4251918 ein einsinniges oder biaxiales Extensometermeßsystem. Dieses System ist jedoch nicht dafür ausgelegt, die Beanspruchungen der Biegung, des Zuges, der Kompression und der Torsion an einem Bohrelement am Boden eines Bohrlochs zu messen.
Eines der existierenden Verfahren zur Bewertung der auf dem Bohrgebiet zur Auswirkung kommenden Beanspruchungen besteht darin, Dehnungsmeßstreifen in geeigneten Positionen längs des Bohrelements aufzukleben und die gesammelten Signale derart zu behandeln, daß sie nach Entkoppelung die Beanspruchungen der Biegung, des Zuges und der Torsion auswerten. Man stellt dann fest, daß die Biegebeanspruchungen in einer Richtung senkrecht zu den Torsionsbeanspruchungen sich auswirken.
Um so sich von den Biegebeanspruchungen zu befreien, wenn man Dehnungsbeanspruchungsmeßstreifen diametral symmetrisch bezogen auf die Achse des Rohres anordnet, so wird die Summe dieser Biegebeanspruchungsmessungen zu null. Dagegen ermoglicht es die Summe der unter den gleichen Bedingungen gemessenen Zugbeanspruchungen, die Sensibilität der Messung zu verdoppeln.
Durch ein geeignetes Verkleben der Dehnungsmeßstreifen erhält man so theoretisch eine vollständige Entkoppelung zwischen den Messungen hinsichtlich Biegung, Zug/Spannung und Torsion.
Unvollständigkeiten des Metalls jedoch und geringe Fehler beim Kleben führen dazu, daß man sogenannte Quersensibilitätseffekte beobachtet.
Wenn man das Element einer reinen Biegung somit aussetzt, erhält man einen mehr oder weniger großen Einfluß auf die Messung der Spannung oder der Torsion.
Diese Querempfindlichkeit ist umso größer wie das Niveau des Effekts, den man messen will, gering bezogen auf den des Störsignals ist. Dies ist der Fall für ein Rohr, das den Bohrbodenbedingungen ausgesetzt ist.
Die vorliegende Erfindung ist also darauf gerichtet, diese genannten Nachteile zu beheben und insbesondere die Effekte der Quersensibilität durch Verwendung eines Extensometer-Aufnehmers zu unterdrücken, der auf dem Rohr montiert und den Bohrbodenbedingungen ausgesetzt ist, wobei dieser Aufnehmer derart ausgebildet ist, daß er eine einfache und zuverlässige Positionierung der Meßstreifen für ein vollständiges Entkoppeln zwischen den Messungen hinsichtlich Biegung, Zug und Torsion sicherstellt.
Die Grundidee der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, den Extensometer-Aufnehmer in Form von zwei verformbaren Parallelogrammen zu realisieren, die senkrecht zueinander angeordnet sind, wobei jedes auf zwei gegenüberliegenden Seiten, die geringfügig bezogen auf die Gesamtlänge des Aufnehmers dimensioniert sind, die Fxtensometermeßstreifen anzuordnen, die aufgrund der jeweiligen Position der beiden Parallelogramme bezüglich einander und durch die Fixierung des Aufnehmers längs auf dem Rohr ein Entkoppeln der Messungen von Zug und Torsion erlauben.
Der vorliegenden Erfindung liegt also als Aufgabe zugrunde ein Extensometer-Aufnehmer zum Messen von Beanspruchungen, die auf ein Bohrelement am Boden eines Bohrlochs wirken, mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnehmer umfaßt
- eine erste Meßzone, die aus wenigstens zwei Zugstäben zusammengesetzt ist, auf denen Dehnungsmeßstreif en montiert sind, die an ihren Enden über Ständer derart verbunden sind, daß ein erstes verformbares Parallelogramm gebildet wird, wobei diese Zugstäbe gemäß einer ersten Richtung orientiert sind,
- eine zweie Meßzone, die aus wenigstens zwei Torsionsstäben zusammengesetzt ist, auf denen Dehnungsmeßstreifen montiert sind, die an ihren Enden über Traversen derart verbunden sind, daß ein zweites verformbares Parallelogramm gebildet wird, wobei diese Torsionsstäbe gemäß einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung orientiert sind,
- wobei diese erste Zone und diese zweite Zone miteinander über Zusammenwirkungsmittel verbunden sind, welche mit Montagemitteln auf diesem Bohrelement versehen sind und
- wobei diese Traversen und diese Pfosten einen groß bezogen auf diese Torsionsstäbe und diese Spannungsstäbe dimensionierten Querschnitt haben.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung umfassen die Mittel zum Zusammenwirken zwischen der ersten Zone und der zweiten Zone eine Anlenkausbildung, die mittig bezogen auf eine Längsachse angeordnet ist, die durch diese erste und zweite Zone geht, wobei diese Gelenkausbildung eine Biegung des Aufnehmers längs dieser Längsachse ohne Verformungswirkung auf die ersten und zweiten Zonen sicherstellt.
Vorzugsweise umfassen die Ständer der ersten Zone je an einem ihrer Enden eine Verlängerung im Winkel hierzu, wobei eine Verlängerung eines ersten Ständers verbunden ist mit der Biegeanlenkausbildung sowie eine Verlängerung eines zweiten Pfostens mit einer Pratze zur Befestigung an diesem Bohrelement versehen ist.
Nach noch einem anderen Merkmal der Erfindung ist eine erste Traverse dieser zweiten Zone verbunden mit der Biegegelenkausbildung und eine zweite Traverse mit einer Pratze zur Befestigung an diesem Bohrelement versehen.
Die Verlängerungen der Pfosten und die Traversen sind vorzugsweise in parallelen Richtungen senkrecht zur Richtung der Biegegelenkausbildung angeordnet.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt jede der ersten und zweiten Meßzonen drei Stäbe, von denen zwei die sich gegenüberliegenden Flächen das verformbaren Parallelogramms realisieren und deren dritter, mittlerer zu den beiden ersten, die Beanspruchungsdehnungsmeßstreifen trägt.
Vorzugsweise liegt das Verhältnis zwischen der Länge der Stäbe und der Gesamtlänge des Aufnehmers in einem Intervall zwischen 1/10 - 2/10 und das Verhältnis zwischen der Dicke dieser Stäbe und der Dicke der Pfosten oder der Traversen in einem Intervall zwischen 1/20 - 1/10.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Montagevorrichtung wenigstens eines Extensometer-Aufnehmers zum Messen von Beanspruchungen der vorbeschriebenen Art auf einem Bohrelement am Boden eines Bohrlochs und zeichnet sich dadurch aus, daß der Aufnehmer auf diesem Element vermittels Trägermitteln derart montiert ist, daß die Achse dieses Aufnehmers im wesentlichen in der Längsrichtung dieses Bohrelementes liegt.
Nach einer besonderen Ausführungsform dieser Montagevorrichtung sind die Trägermittel gebildet durch zwei Ringkränze, die um das Bohrelement herum angeordnet sind und einerseits je ein Ende eines Aufnehmers vermittels einer Befestigungspratze und andererseits ein Bauteil trägt, das symmetrisch bezüglich dieses Aufnehmers bezogen auf die Achse des Bohrelements angeordnet ist.
Vorzugsweise ist dieses symmetrisch zu einem Aufnehmer angeordnete Bauteil gebildet duch einen zweiten Extensometer-Aufnehmer.
Jeder der Trägerringkränze umfaßt zwei diametral einander bezogen auf die Achse des Bohrelements angeordnete Vorsprünge, die in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Befestigungen dieser Extensometer auf diesen Ringkränzen angeordnet sind, wobei diese Vorsprünge Montagepunkte für diese Ringkränze auf diesem Bohrelement vermittels von Befestigungsmitteln bilden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfassen diese Vorsprünge je eine flexible Lamelle, die eine Anlenkausbildung der Ringkränze bezogen auf das Bohrelement bilden, wenn dieses Element einer Biegung in einer dieser Vorsprünge enthaltenden Ebene ausgesetzt ist.
Vorzugsweise umfassen diese Trägerringkränze Ausnehmungen, in deren jede eine Befestigungspratze der Extensometer greift, wobei diese Befestigungspratzen in diesen Ausnehmungen durch Blockierungsschrauben oben gehalten werden.
Die Trägerringkränze umfassen im übrigen seitliche Ausschnitte, die symmetrisch bezogen auf einen Aufnehmerausschnitt einer Befestigungspratze angeordnet sind, in welche Keile greifen, die durch Drückerschrauben in diesen Ausnehmungen gehalten werden, derart, daß sie eine Vorspannung auf die Extensometer ausüben.
Vorzugsweise sind Dämpferschuhe zwischen den Extensometern und dem Bohrelement zum Dämpfen der Vibrationen angeordnet.
Die vorliegende Erfindung umfaßt schließlich ein Verfahren zum Messen von Spannung und Torsionsmoment, die an einem Bohrelement auftreten, vermittels einer Montagevorrichtung für Extensometer-Aufnehmer der vorbeschriebenen Art und zeichnet sich dadurch aus, daß man Dehnungsmeßstreifen auf dem ersten und dem zweiten Aufnehmer in Höhe der Mittelstäbe jedes verformbaren Parallelogramms anordnet, Messungen vornimmt, wenn Verformungen erzeugt werden, die auftretenden Beanspruchungen berechnet, indem man einerseits die Summe der elektrischen Signale aufgrund der auf der ersten Meßzone angebrachten Dehnungsmeßstreifen bildet, um den Spannungswert zu erhalten und andererseits die Summe der Signale für die auf der zweiten Zone angeordneten Dehnungsmeßstreifen bildet, um das Torsionsmoment zu erhalten.
Es soll jetzt genauer eine besondere Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden, welche die wesentlichen Merkmale und die Vorteile besser verständlich macht, wobei selbstverständlich diese Ausführungsform nur beispielsweise gewählt wurde und nicht als begrenzend anzusehen ist. Die Beschreibung erfolgt anhand der beiliegenden Zeichnungen, in denen:
- Figur 1 zwei Extensometer-Aufnehmer zum Messen von Beanspruchungen zeigt, die mit einer Montagevorrichtung in Form von Ringträgerkränzen verbunden sind,
- Figur 2 zeigt die Montage eines Trägerringkranzes auf dem Bohrelement,
- Figur 3 zeigt eine Gesamtdarstellung eines Extensometer-Aufnehmers, der auf einem Bohrelement mit Hilfe von zwei Trägerringkränzen montiert ist, sowie die elektrischen mit einer solchen Vorrichtung verbundenen Anschlüsse.
Figur 1 zeigt eine Montageanordnung für Dehnungsmeßstreifen, die auf einem Bohrelement am Boden eines Bohrlochs anzuordnen sind, wie beispielsweise einem Element eines Bohrstrangs oder einer Verrohrung.
Diese Anordnung umfaßt zwei Extensometer-Aufnehmer 1, 1' zum Messen von Beanspruchungen mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen.
In Figur 1 erscheinen die beiden Extensometer-Aufnehmer 1, 1' an jedem ihrer Enden auf zwei Ringträgerkränzen 35, 36, die das röhrenförmige Element umschließen, montiert.
Im Folgenden wird zunächst der Aufbau eines Extensometer-Aufnehmers allein beschrieben, bevor seine Positionierungsweise bezogen auf das Bohrelement beschrieben wird.
Dieser Extensometer-Aufnehmer umfaßt eine erste Meßzone 10, die dazu bestimmt ist, den auf das den Beanspruchungen ausgesetzte Element ausgeübten Zug zu messen. Diese erste Meßzone umfaßt drei Zugstäbe 11, 12, 13, auf die die Dehnungsmeßstreifen geklebt werden, wobei diese drei Stäbe an ihren Enden über Pfosten 14, 15 verbunden sind. Die Anordnung aus den drei Zugstäben 11, 12, 13 und den beiden Pfosten realisiert ein verformbares Parallelogramm entsprechend der Richtung der Pfosten, da diese eine Dicke haben, die groß bezogen auf die der Zugstäbe dimensioniert ist. In dieser in Figur 1 dargestellten Ausführungsform umfaßt die erste Meßzone drei Zugstäbe. Zwei Stäbe sind an jedem Ende des verformbaren Parallelogramms angeordnet, der dritte ist die Mittelsenkrechte. Auf diesem dritten Stab sind in paarweiser Symmetrie vier Dehnungsmeßstreifen 80 angebracht, auf jeder Fläche dieses Mittelstabs.
Die Vorteile gemäß der Erfindung lassen sich aber auch erhalten, wenn diese erste Zone nur zwei Stäbe umfassen würde, die Dehnungsmeßstreifen sind dann auf jede hiervon verteilt.
Der Extensometer-Aufnehmer umfaßt eine zweite Meßzone 20, die mit drei Torsionsstäben 21, 22, 23 versehen ist, die an ihren Enden über Traversen 24, 25 verbunden sind, die groß bezogen auf diese Torsionsstäbe 21, 22, 23 derart bemessen sind, daß ein zweites verformbares Parallelogramm 20 entsprechend der Richtung der Traversen realisiert wird. In der gleichen Weise wie für die erste Meßzone umfaßt das zweite Parallelogramm zwei Stäbe 21, 23 an den Enden des Parallelogramms sowie einen zentralen Mittelstab 22, auf dem die Dehnungsmeßstreifen 81 angeordnet sind. Man kann jedoch auch in Betracht ziehen, nur zwei dieser Torsionsstäbe zu verwenden.
Die auf dem Mittelstab der ersten Zone und die auf dem Mittelstab der zweiten Zone angeordneten Dehnungsmeßstreifen sind über elektrische Verbindungen 82 (Figur 3) verbunden, welche die empfangenen Signale gegen eine elektronische Steuerung übertragen, damit sie analysiert werden und dann an die Oberfläche übertragen werden.
Die erste Meßzone 10 und die zweite Meßzone 20 sind miteinander über Zusammenwirkungsmittel verbunden, wie insbesondere eine Anlenkungsausbildung 30, die mittig bezogen auf eine Längsachse angeordnet ist, die durch die erste und die zweite Zone geht. Diese Anlenkausbildung 30 verbindet die beiden Zonen derart, daß die Spannungsstäbe 11, 12, 13 in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Torsionsstäbe 21, 22, 23 orientiert sind. Darüber hinaus sorgt diese mittige Anlenkung 30 für eine Biegung des Aufnehmers gemäß der Längsachse des Aufnehmers ohne Verformungswirkung auf die ersten und zweiten Meßzonen.
Die erste Meßzone umfaßt im übrigen an einem Ende jedes Pfostens eine Verlängerung, jeweils 16 für den Pfosten 15 und 17 für den Pfosten 14, die im Winkel derart angeordnet ist, daß die Positionierung dieser ersten Zone sichergestellt wird. Die senkrecht zum Pfosten 15 angeordnete Verlängerung 16 trägt die mittige Gelenkausbildung 30, die die Mitte der Traverse 24 verbindet. Auf der gegenüberliegenden Fläche des Parallelogramms trägt die senkrecht zum Pfosten 14 angeordnete Verlängerung 17 eine Befestigungspratze 18, die so ausgebildet ist, daß sie ein Zusammenwirken mit dem Bohrelement ermöglicht. Symmetrisch auf der Traverse 25 ist in identischer Weise eine zweite Befestigungspratze 26 angeordnet.
Die Längsachse des Extensometer-Aufnehmers fällt mit den Richtungen der Befestigungspratzen 18, 26 und der mittigen Biegeanlenkausbildung 30 zusammen.
Die Traversen 24, 25 und die Verlängerungen 16, 17 sind in parallelen Richtungen angeordnet.
Es wird leicht verständlich, daß die Verlängerungen 16, 17 nur mit einem einzigen Pfosten derart verbunden sind, daß sie eine Verformung des Zugparallelogramms ermöglichen, wobei sie hierbei ganz die beiden Verlängerungen 16, 17 in Richtungen parallel zu den beiden Traversen 24, 25 halten.
Bevorzugt, jedoch nicht als begrenzend anzusehen ist, daß die Länge der Stäbe 11, 12, 13, 21, 22, 23 und die Gesamtlänge des Aufnehmers 1 in einem Verhältnis von 1/10 bis 2/10 liegen. Das Verhältnis der Dicke dieser Stäbe zur Dicke der Pfosten oder der Traversen liegt im Intervall von 1/20 bis 1/10. Für solche Dimensionierungen wird es dem Extensometer-Aufnehmer offenkundig möglich, die Beanspruchungen, die er erfährt, in Verformungen der beiden Parallelogramme umzuformen, die gemäß zwei senkrechten Richtungen angeordnet sind.
Nachdem der geometrische Aufbau des Extensometer-Aufnehmers angegeben wurde, ist es notwendig, seine Positionierung bezogen auf den den Beanspruchungen ausgesetzten Gegenstand zu untersuchen.
Den Rahmen der vorliegenden Erfindung kann man sich für den Fall einer einzigen Längsstange verdeutlichen. In diesem Anwendungsfall wäre es notwendig, den Extensometer-Aufnehmer längs seiner mittigen Achse in Längsrichtung der Stange anzuordnen. Die Bestigungspratzen 18, 26 wirken mit der Stange derart zusammen, daß diese Positionierung gemäß der Längsrichtung sichergestellt wird.
Man kann auch vorsehen, einen Extensometer-Aufnehmer im Innern eines Rohres derart anzuordnen, daß man die Achse des Rohres mit der Längsachse des Aufnehmers zusammenfallen lassen kann. Montagemittel sind so ausgelegt, um die Befestigungspratzen abzustützen und eine axiale Positionierung sicherzustellen.
Die Erfindung ist jedoch bevorzugt (wie in den Figuren 1 und 3 dargestellt) anzuwenden auf eine Positionierung des Extensometer-Aufnehmers auf der Außenfläche eines Bohrrohres.
Für seine Befestigung verwendet man zwei Ringkränze 35, 36, von denen jeder gebildet wird durch zwei Halbflansche, die das Bohrelement 50 umschließen werden. Jeder der Halbflansche ist jeweils bezüglich des anderen über Befestigungsmittel 37 befestigt wie insbesondere Schrauben, die ein Gewinde eines ersten Flansches durchsetzen, wobei eine Fortsetzung durch ein Gewinde eines zweiten Flansches stattfindet.
Um eine Drehbewegung der beiden Ringkränze bezüglich des Bohrelementes zu verhindern, realisiert man auf jedem der Flansche zwei Vorsprünge 40, 41; bzw. 42, 43, die mit Öffnungen zum Durchgang von Befestigungen am Bohrelement versehen sind. Wenn die beiden Ringkränze montiert sind, werden diese Vorsprünge in einer Ebene eines Diametralschnitts des Bohrelements angeordnet.
Figur 2 zeigt einen Schnitt der Befestigung des Vorsprungs 43 an einem Bohrelement 50. Der Ringkranz 35 kommt in seitlicher Anlage gegen eine Belastungsverstärkung 51, die dem Rohr einen größeren Durchmesser als auf der empfindlichen Zone verleiht, wo die Beanspruchungsmessungen durch den Aufnehmer durchgeführt werden.
Indem er ein Spiel zwischen den Ringkränzen und dem Bohrelement beläßt, ist der Innendurchmesser der Ringkränze größer als der Außendurchmesser des Bohrrohres. Um dagegen eine gute Befestigung der Ringkränze sicherzustellen, ordnet man zwischen dem Vorsprung 43 und dem Rohr 50 ein Zwischenstück 60 an.
Jeder der Vorsprünge 40, 41, 42, 43 umfaßt eine flexible Lamelle 55, 56, 57, 58, die eine Gelenkausbildung der Ringkränze bezogen auf das Bohrelement darstellt, wenn dieses Element einer Durchbiegung in einer diese Vorsprünge enthaltenden Ebene ausgesetzt ist.
Die Befestigung jedes Extensometer-Aufnehmers auf den Ringkränzen (Figur 1) erfolgt durch Eingriff der Befestigungspratzen 26, 18, 26', 18', jede in einem Ausschnitt 43 bzw. 44, 45, der in der Dicke des Ringkranzes realisiert ist.
Jeder Ringkranz umfaßt zwei Ausschnitte, die in einer Richtung senkrecht zur Richtung angeordnet sind, die durch die beiden Befestigungsvorsprünge des Ringkranzes auf dem Bohrrohr geht.
Die beiden Ausschnitte und die beiden Vorsprünge sind jeweils symmetrisch bezogen auf die Längsachse des Rohres angeordnet.
In Höhe jedes Ausschnitts 43, 44, 46, 45 ist der Ringkranz über seine Dicke mit Durchführungsleitungen 47 versehen, die gegen den Boden des Ausschnitts münden.
Diese Durchgangsleitungen 47 nehmen Blockierschrauben 70 auf, die, in Figur 3 dargestellt, den Extensometer-Aufnehmer hinsichtlich jedes Längsausschlags halten.
Notwendig ist, daß im Ruhezustand die Nullwertmessung der Beanspruchungen die gleiche in jedem Extensometer-Aufnehmer ist. Selbst wenn aber Bearbeitungsvorkehrungen getroffen sind, so ist es unerläßlich, daß, was die Befestigung der Extensometer auf einem der Kränze angeht, es eine Beseitigung der Arbeitsspiele gibt.
Die Fehlerbeseitigung oder -kompensierung realisiert man durch die Verwendung von zwei Ausschnitten 48, 49 seitlich zum mittigen Ausschnitt 46, auf einem der beiden Ringkränze, wobei ersterer die Befestigungspratze aufnimmt. Diese seitlichen Ausschnitte nehmen Keile 71 auf, deren Profil sich verbreitert und die veranlaßt sind, sich gegen die Wandungen des Ringkranzes unter der Wirkung von Drückerschrauben 72 abzustützen.
So ermöglicht es diese Keil- und Drückerschraubenvorrichtung, eine leichte Vorspannung in jedem Extensometer hervorzurufen, derart, daß die Hysteresephänomene vermieden werden.
Da das System unter starke Vibrationen gesetzt wird, müssen Vorkehrungen getroffen werden, um zu verhindern, daß das System zerstört wird. Einerseits werden die Extensometer und die Ringkränze realisiert, um so weit wie möglich leicht gemacht zu werden, ohne deren Steifigkeit zu schaden, andererseits sind Schuhe, die aus Kautschuk sein können, zwischen das Rohr und die Extensometer zum Dämpfen der Vibrationen befestigt.
Schließlich wurden zwischen die Ringkränze und das Bohrrohr ein nachgiebiges Polymer injiziert, um die Verschiebung der Ringkränze zu dämpfen.
Um die Empfindlichkeit der Messungen zu erhöhen, ordnet man zwei Extensometer-Aufnehmer symmetrisch an. Man kann jedoch die gleichen Vorteile realisieren, indem man einem Extensometer-Aufnehmer eine Vollstange zuordnet, derart, daß diese identisch die dem Aufnehmer aufgezwungenen Beanspruchungen kompensiert.
Befürchten kann man die Effekte der Differentialdilatation zwischen dem mittigen Rohr und den Extensometern bei Temperaturänderungen. Um diese zu eliminieren, ist es notwendig, daß die Extensometer und das Rohr ausgehend von ein und demgleichen Metallblock bearbeitet werden. So finden sich die gleichen Dilatationskoeffizienten in den Extensometern und im mittigen Rohr.
Schließlich ist es für den Fachmann klar, daß die im vorliegenden dargestellten Anlenkungsausbildungen in Form von flexiblen Stäben ersetzt werden können insbesondere durch Kugellager, Gelenke mit Messerschneiden etc.
Natürlich ist die Erfindung nicht durch die vorstehend spezifizierten Besonderheiten oder durch die Details der besonderen Ausführungsform, die zur Erläuterung der Erfindung gewählt wurde, begrenzt. Jegliche Arten von Varianten können bei der besonderen Ausführungsform, die beispielsweise beschrieben wurde und an ihren sie bildenden Elementen vorgenommen werden, ohne daß darum der Rahmen der Erfindung verlassen würde. Letztere umfaßt so sämtliche Mittel, welche technische Equivalente der beschriebenen Mittel sowie deren Kombinationen darstellen.

Claims

1. Extensometer-Aufnehmer (1, 1') zum Messen von Beanspruchungen, die auf ein Bohrelement (50) am Boden eines Bohrlochs wirken, mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnehmer (1, 1') umfaßt

- eine erste Meßzone (10), die aus wenigstens zwei Zugstäben (11, 12, 13) zusammengesetzt ist, auf denen Dehnungsmeßstreifen montiert sind, die an ihren Enden über Ständer (14, 15) derart verbunden sind, daß ein erstes verformbares Parallelogramm gebildet wird, wobei diese Zugstäbe (11, 12, 13) gemäß einer ersten Richtung orientiert sind,

- eine zweite Meßzone (20), die aus wenigstens zwei Torsionsstäben (21, 22, 23) zusammengesetzt ist, auf denen Dehnungsmeßstreifen montiert sind, die an ihren Enden über Traversen (24, 25) derart verbunden sind, daß ein zweites verformbares Parallelogramm gebildet wird, wobei diese Torsionsstäbe (21, 22, 23) gemäß einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung orientiert sind,

- wobei diese erste Zone (10) und diese zweite Zone (20) miteinander über Zusammenwirkungsmittel (30) verbunden sind, welche mit Montagemitteln (18, 26) auf diesem Bohrelement versehen sind und

- wobei diese Traversen (24, 25) und diese Pfosten (14, 15) einen groß bezogen auf diese Torsionsstäbe (11, 12, 13) und diese Spannungsstäbe (21, 22, 23) dimensionierten Querschnitt haben.

2. Extensometer-Aufnehmer zum Messen von Beanspruchungen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel zum Zusammenwirken zwischen der ersten Zone (10) und der zweiten Zone (20) eine Anlenkausbildung (30) haben, die mittig bezogen auf eine Längsachse angeordnet ist, die durch diese erste und zweite Zone geht, wobei diese Gelenkausbildung eine Biegung des Aufnehmers gemäß dieser Längsachse ohne Wirkung der Verformung auf diese ersten und zweiten Zonen sicherstellt.

3. Extensometer-Aufnehmer zum Messen von Beanspruchungen gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pfosten (14, 15) der ersten Zone je an einem ihrer Enden eine Verlängerung (16, 17) im Winkel hierzu umfassen, wobei eine Verlängerung (16) eines ersten Ständers (15) mit der Anlenkbiegeausbildung (30) verbunden ist und eine Verlängerung (17) eines zweiten Ständers (14) mit einer Befesitungspratze (18) an diesem Bohrelement ausgestattet ist.

4. Extensometer-Aufnehmer zum Messen von Beanspruchungen gemäß den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Traverse (24) der zweiten Zone (20) mit der Biegeanlenkausbildung (30) verbunden ist und daß eine zweite Traverse (25) mit einer Befestigungspratze (26) an diesem Bohrelement versehen ist.

5. Extensometer-Aufnehmer zum Messen von Beanspruchungen gemäß den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß diese Verlängerungen (16, 17) der Ständer und diese Traversen (24, 25) in parallelen Richtungen senkrecht zur Richtung der Biegegelenkeausbildung (30) angeordnet sind.

6. Extensometer-Aufnehmer zum Messen von Beanspruchungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten und zweiten Meßzonen drei Stäbe (11, 12, 13; 21, 22, 23) umfaßt, von denen zwei (11, 13; 21, 23) die gegenüberliegenden Flächen des verformbaren Diagramms bilden und deren dritte, bezüglich der beiden ersteren mittlere (11, 22), die Dehnungsmeßstreifen trägt.

7. Extensometer-Aufnehmer zum Messen von Beanspruchungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Länge der Stäbe (11, 12, 13, 21, 22, 23) und der Gesamtlänge des Aufnehmers (1, 1') in einem Intervall von 1/10 bis 2/10 liegt und daß das Verhältnis zwischen der Dicke dieser Stäbe und der Dicke der Ständer oder der Traversen in einem Bereich zwischen 1/20 bis 1/21 liegt.

8. Vorrichtung zur Montage wenigstens eines Extensometer-Aufnehmers (1, 1') zum Messen von Beanspruchungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, auf einem Bohrelement (50) am Boden eines Bohrlochs, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnehmer auf diesem Element über Trägermittel (35, 36) derart angebracht ist, daß die Achse des Aufnehmers im wesentlichen in der Längsrichtung dieses Bohrelements liegt.

9. Montagevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägermittel zwei Ringkränze (35, 36) umfassen, die um das Bohrelement herum angeordnet sind und einerseits je ein Ende eines Aufnehmers (1) vermittels einer Befestigungspratze (18, 26) und andererseits ein Bauteil (1') tragen, das symmetrisch bezüglich des Aufnehmers, bezogen auf die Achse des Bohrelementes, angeordnet ist.

10. Montagevorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dieses symmetrisch zu einem Aufnehmer (1) angeordnete Bauteil (1') gebildet wird durch einen zweiten Extensometer-Aufnehmer.

11. Montagevorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Träger Kränze (35, 36) zwei Vorsprünge (40, 41; 42, 43) umfaßt, die diametral einander gegenüber bezogen auf die Achse des Bohrelements (50) angeordnet und in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Befestigungen dieser Extensometer an diesen Ringkränzen angeordnet sind, wobei diese Vorsprünge Montagepunkte für diese Ringkränze auf diesem Bohrelement vermittels von Befestiungsmitteln darstellen.

12. Montagevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß diese Vorsprünge (40, 41, 42, 43) je eine flexible Lamelle (55, 56, 57, 58) umfassen, die eine Anlenkung der Ringkränze bezogen auf das Bohrelement darstellen, wenn dieses Element einer Biegung in einer dieser Vorsprünge enthaltenden Ebene ausgesetzt ist.

13. Montagevorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß diese Ringträgerkränze (35, 36) Ausnehmungen (43, 44, 45, 46) umfassen, in deren jede eine Befestigungspratze (18, 26, 18', 26') der Extensometer greift, wobei diese Befestigungspratzen in diesen Ausnehmungen über Blockierschrauben (70) gehalten sind.

14. Montagevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerkränze (35, 36) im übrigen seitliche Ausnehmungen (48, 49) umfassen, welche symmetrisch bezogen auf eine Aufnehmerausnehmung einer Befestigungspratze sind, in welche Keile (71) greifen, die durch Drückerschrauben (72) derart verschiebbar sind, daß sie eine Vorspannung auf die Extensometer ausüben.

15. Montagevorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Dämpferschuhe zwischen die Extensometer und das Bohrelement zum Dämpfen der Vibrationen eingesetzt sind.

16. Verfahren zum Messen von an einem Bohrelement (1) wirkenden Zugspannungen und Torsionsmomenten, mit Hilfe einer Montagevorrichtung für Extensometer-Aufnehmer (1, 1') nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man Dehnungsmeßstreifen auf den ersten und den zweiten Aufnehmer (1, 1') in Höhe der mittleren Stäbe (12, 22) jedes verformbaren Diagramms anbringt, daß man Messungen durchführt, wenn Verformungen erzeugt werden, man die angelegten Beanspruchungen berechnet, indem man einerseits die Summe der elektrischen Signale für die in der ersten Zone angebrachten Meßstreifen bildet, um das Torsionsmoment zu erhalten und andererseits die Summe der Signale für die in der zweiten Zone angeordneten Meßstreifen für die Spannung bildet.