DE69635694T2

DE69635694T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen und Aufzeichnen der Einsatzbedingungen eines Bohrmeissels während des Bohrens

Info

Publication number: DE69635694T2
Application number: DE69635694T
Authority: DE
Inventors: Jr. Theodore E. Houston Zaleski; Scott R. The Woodlands Schmidt
Original assignee: Baker Hughes Inc
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 1995-02-16
Filing date: 1996-02-12
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2016-02-13
Also published as: EP0728915A2; US5813480A; EP1632644B1; EP1632644A2; EP1632643B1; EP0728915B1; EP1632643A3; EP1632644A3; DE69635694D1; EP0728915A3; EP1632643A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG:
Die vorliegende Anmeldung betrifft im Allgemeinen Erdöl- und Gasbohrarbeiten und insbesondere ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung für das Überwachen der Betriebszustände eines Bohrmeißels während der Bohrarbeiten.
2. BESCHREIBUNG DES BISHERIGEN STANDES DER TECHNIK:
Die Erdöl- und Gasindustrie gibt beträchtliche Summen für die Konstruktion von Schneidwerkzeugen aus, wie beispielsweise Bohrmeißeln (Bohrmeißel für Untertagebauten), wie beispielsweise Rollenmeißel und stationäre Schneidmeißel, die eine relativ lange Lebensdauer bei relativ seltenem Ausfall aufweisen. Speziell werden beträchtliche Summen ausgegeben, um Rollenmeißel und stationäre Schneidmeißel in einer Art und Weise zu konstruieren und herzustellen, die die Gelegenheit für einen katastrophalen Bohrmeißelausfall während der Bohrarbeiten minimiert. Der Verlust einer Schneidrolle oder von Schneidwerkzeugteilen während der Bohrarbeiten kann die Bohrarbeiten behindern und ziemlich kostspielige Fangarbeiten erfordern, die Kosten von über eine Million Dollar übersteigen können. Wenn die Fangarbeiten versagen, müssen Ablenkbohrarbeiten durchgeführt werden, um den Abschnitt des Bohrloches herum zu bohren, der die verlorenen Schneidrollen oder Teile einschließt. Typischerweise werden während der Bohrarbeiten Meißel gezogen und durch neue Meißel ersetzt, selbst wenn eine bedeutende Verwendung beim ausgewechselten Meißel erhalten werden könnte. Diese vorzeitigen Auswechselungen der Bohrmeißel sind kostspielig, da jeder Roundtrip aus dem Bohrloch die gesamte Bohrtätigkeit verlängert und beträchtliche Arbeitskraft verbraucht, aber dennoch getan wird, um die weit mehr behindernden und kostspieligen Fang- und Ablenkbohrarbeiten zu vermeiden, die erforderlich sind, wenn ein oder mehr Schneidrollen oder Teile infolge eines Meißelausfalls verlorengehen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren und Vorrichtung für das Überwachen und Aufzeichnen der Betriebszustände eines Bohrmeißels während der Bohrarbeiten.
Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Bohrmeißel für eine Verwendung bei Bohrarbeiten in Bohrlöchern bereitgestellt, der aufweist:
einen Meißelkörper;
ein Kupplungselement, das in einem oberen Abschnitt des Meißelkörpers für das Sichern des Meißelkörpers an einem Bohrgestänge gebildet wird;
mindestens einen Betriebszustandssensor, der im Meißelkörper für das Überwachen von mindestens einem Betriebszustand während der Bohrarbeiten angeordnet und von ihm getragen wird;
dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Betriebszustandssensor ein Meißelausfallsensor für das Überwachen von mindestens einem Betriebszustand des Meißels während der Bohrarbeiten ist, der empirisch als vorhersagend für einen wahrscheinlichen Meißelausfall ermittelt wurde, und mindestens ein Speicherbauelement im Meißelkörper für das Aufzeichnen der Speicherdaten angeordnet und von ihm getragen wird, die einen wahrscheinlichen Ausfallzustand für einen Zeitintervall betreffen, der im Wesentlichen von gleicher Dauer wie die Bohrarbeiten ist.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Bohrvorrichtung für eine Verwendung bei Bohrarbeiten in Bohrlöchern bereitgestellt, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Bohrgarnitur, die einen Bohrmeißel mit einem Meißelkörper umfasst;
ein Kupplungselement, das in einem oberen Abschnitt des Meißelkörpers für das Sichern des Meißelkörpers an einem Bohrgestänge gebildet wird;
mindestens einen Betriebszustandssensor, der im Meißelkörper für das Überwachen von mindestens einem Betriebszustand während der Bohrarbeiten angeordnet und von ihm getragen wird;
ein Prozessorelement, das in der Bohrgarnitur für das Durchführen von mindestens einer vordefinierten Analyse der Daten, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen, angeordnet wird;
dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Betriebszustandssensor ein Meißelausfallsensor für das Überwachen von mindestens einem Betriebszustand des Meißels während der Bohrarbeiten ist, der empirisch als vorhersagend für einen wahrscheinlichen Meißelausfall ermittelt wurde, und mindestens ein Speicherbauelement in der Bohrgarnitur für das Aufzeichnen der Speicherdaten angeordnet und von ihm getragen wird, die einen wahrscheinlichen Ausfallzustand für einen Zeitintervall betreffen, der im Wesentlichen von gleicher Dauer wie die Bohrarbeiten ist.
Vorzugsweise arbeitet der verbesserte Bohrmeißel der vorliegenden Erfindung mit einem Datenleser zusammen, der genutzt werden kann, um die Daten wiederherzustellen, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen, der in der mindestens einen Speichereinrichtung aufgezeichnet wurde, entweder während der Bohrarbeiten, oder nachdem der verbesserte Bohrmeißel aus dem Bohrloch gezogen wurde. Wahlfrei kann der verbesserte Bohrmeißel der vorliegenden Erfindung mit einem Kommunikationssystem für das Übertragen einer Information weg vom verbesserten Bohrmeißel während der Bohrarbeiten zusammenarbeiten, vorzugsweise schließlich zu einer Stelle auf der Erdoberfläche.
Der verbesserte Bohrmeißel der vorliegenden Erfindung kann außerdem ein Prozessorelement umfassen, das im Bohrmeißelkörper für das Durchführen von mindestens einer vordefinierten Analyse der Daten angeordnet und von ihm getragen wird, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen, der von der mindestens einen Speichereinrichtung aufgezeichnet wurde. Beispiele für Arten von Analysen, die bei den aufgezeichneten Daten durchgeführt werden können, umfassen eine Analyse der Spannung an speziellen Stellen des verbesserten Bohrmeißels während der Bohrarbeiten, eine Analyse der Temperatur an speziellen Stellen am verbesserten Bohrmeißel während der Bohrarbeiten, eine Analyse des mindestens einen Betriebszustandes der Schmiersysteme des verbesserten Bohrmeißels während der Bohrarbeiten und eine Analyse der Beschleunigung des verbesserten Bohrmeißels während der Bohrarbeiten.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung können die aufgezeichneten Daten, entweder während der Bohrarbeiten oder nachdem der Bohrmeißel aus dem Bohrloch entfernt wurde, analysiert werden. Die Analyse, die während der Bohrarbeiten durchgeführt wird, kann genutzt werden, um den gegenwärtigen Betriebszustand des verbesserten Bohrmeißels zu definieren, und sie kann wahlfrei genutzt werden, um Warnsignale zu einer Stelle an der Erdoberfläche zu übertragen, die einen bevorstehenden Ausfall anzeigen, und das kann vom Bohrarbeiter beim Treffen einer Entscheidung genutzt werden, ob der Bohrmeißel ausgewechselt werden soll oder unter anderen Bohrbedingungen weiter bohren soll.
Der verbesserte Bohrmeißel der vorliegenden Erfindung kann in Übereinstimmung mit dem folgenden Verfahren konstruiert und hergestellt werden. Eine Vielzahl von Betriebszustandssensoren wird in mindestens einem Versuchsbohrmeißel angeordnet. Danach wird der mindestens eine Versuchsbohrmeißel mindestens einem simulierten Bohrarbeitsgang unterworfen. Die Daten werden mit der Vielzahl von Betriebszustandssensoren während der simulierten Bohrarbeiten aufgezeichnet. Als nächstes werden die Daten analysiert, um Anzeichen für einen bevorstehenden Bohrmeißelausfall zu identifizieren. Ausgewählte der Vielzahl von Betriebszustandssensoren werden identifiziert, die entweder nützlichere Daten oder einen besseren Hinweis auf einen bevorstehenden Bohrmeißelausfall liefern. Jene ausgewählten der Vielzahl von Betriebszustandssensoren werden danach in den Produktionsbohrmeißeln eingeschlossen. In diesem Produktionsbohrmeißel wird mindestens ein elektronischer Speicher für das Aufzeichnen der Sensordaten eingeschlossen. Ebenfalls ist wahlfrei im Produktionsbohrmeißel ein Überwachungssystem für das Vergleichen der Daten, die während der Bohrarbeiten erhalten werden, mit speziellen Anzeichen für einen bevorstehenden Bohrmeißelausfall eingeschlossen. Wenn Produktionsbohrmeißeln während der Bohrarbeiten bei einer in Betracht gezogenen Verwendung genutzt werden, wird das Überwachungssystem genutzt, um einen bevorstehenden Bohrmeißelausfall zu identifizieren, und die Daten werden während der Bohrarbeiten im Bohrloch nach oben übertragen, um einen Hinweis auf einen bevorstehenden Bohrmeißelausfall zu liefern.
In Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird das Überwachungssystem vorzugsweise vollständig innerhalb des Produktionsbohrmeißels getragen, zusammen mit einer Speichereinrichtung für das Aufzeichnen von Daten, die von den Betriebszustandssensoren gemessen werden, aber bei alternativen Ausführungen wird eine eher kompliziertere Bohrgarnitur genutzt, die Bohrmotoren und dergleichen einschließt, und die Speichereinrichtung, und das wahlfreie Überwachungssystem, wird von der Bohrgarnitur getragen und speziell im Bohrmeißel.
Entsprechend einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Überwachen von mindestens einem Betriebszustand eines Bohrmeißels während der Bohrarbeiten in einem Bohrloch bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen eines Bohrmeißels, der einen Meißelkörper umfasst;
Anordnen von mindestens einem Betriebszustandssensor im Meißelkörper;
Anordnen von mindestens eines elektronischen Speicherblockes im Meißelkörper;
Sichern des Bohrmeißels an einem Bohrgestänge und Absenken des Bohrgestänges in ein Bohrloch;
Abbauen von geologischen Formationen mit dem Bohrmeißel;
Nutzen des mindestens einen Betriebszustandssensors, um mindestens einen Betriebszustand zu überwachen, der empirisch als vorhersagend für einen wahrscheinlichen Meißelausfall ermittelt wurde, während des Schrittes des Abbauens von geologischen Formationen mit dem Bohrmeißel; und
Aufzeichnen von Daten im mindestens einen elektronischen Speicher, die mindestens einen Betriebszustand betreffen, während des Schrittes des Abbauens von geologischen Formationen mit dem Bohrmeißel über einen Zeitintervall, der im Wesentlichen von gleicher Dauer wie die Bohrarbeit ist.
Entsprechend einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Überwachen von mindestens einem Betriebszustand eines Bohrmeißels einer Bohrvorrichtung während der Bohrarbeiten in einem Bohrloch bereitgestellt, um zu ermitteln, wenn ein Meißelausfall bevorsteht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen einer Bohrgarnitur, die einen Bohrmeißel mit einem Meißelkörper umfasst;
Anordnen von mindestens einem Betriebszustandssensor im Meißelkörper;
Anordnen von mindestens eines elektronischen Speicherblockes im Meißelkörper;
Anordnen eines Prozessorelementes in der Bohrgarnitur für das Durchführen von mindestens einer vordefinierten Analyse der Daten, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen;
Sichern der Bohrgarnitur an einem Bohrgestänge und Absenken des Bohrgestänges in ein Bohrloch;
Abbauen von geologischen Formationen mit dem Bohrmeißel;
Nutzen des mindestens einen Betriebszustandssensors, um mindestens einen Betriebszustand zu überwachen, der empirisch als vorhersagend für einen wahrscheinlichen Meißelausfall ermittelt wurde, während des Schrittes des Abbauens von geologischen Formationen mit dem Bohrmeißel; und
Aufzeichnen von Daten im mindestens einen elektronischen Speicher, die mindestens einen Betriebszustand betreffen, während des Schrittes des Abbauens von geologischen Formationen mit dem Bohrmeißel über einen Zeitintervall, der im Wesentlichen von gleicher Dauer wie die Bohrarbeit ist.
Das Verfahren zum Überwachen umfasst wahlfrei einen Schritt des Übertragen einer Information zu mindestens einer speziellen Bohrlochstelle während des Schrittes des Abbauens von geologischen Formationen mit dem Bohrmeißel. Alternativ umfasst das Verfahren die Schritte des Anordnen eines Prozessorbauelementes im Bohrmeißel und des Nutzens des Prozessorbauelementes, um mindestens eine vorher festgelegte Analyse von Daten, die mindestens einen Betriebszustand betreffen, während des Schrittes des Abbauens von geologischen Formationen mit dem Bohrmeißel durchzuführen. Bei einer noch weiteren alternativen Ausführung umfasst das Verfahren die Schritte des Ziehens des Bohrmeißels aus dem Bohrloch und des Überprüfens der Daten, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen.
Weitere Ziele, charakteristische Merkmale und Vorteile werden in der Beschreibung offensichtlich werden, die folgt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die neuen charakteristischen Merkmale, die für die Erfindung als charakteristisch befunden werden, werden in den als Anhang beigefügten Patentansprüchen dargelegt. Die Erfindung selbst ebenso wie eine bevorzugte Art und Weise der Anwendung, weitere Ziele und Vorteile davon werden jedoch am besten mit Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung einer veranschaulichenden Ausführung verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden, die zeigen:
1 Bohrarbeiten, die bei Benutzung eines verbesserten Bohrmeißels in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, der ein Überwachungssystem für das Überwachen von mindestens einem Betriebszustand des Bohrmeißels während der Bohrarbeiten umfasst;
2 eine perspektivische Darstellung eines verbesserten Bohrmeißels;
3 eine Einviertellängsschnittdarstellung des Bohrmeißels, der in 2 abgebildet wird;
4 ein Blockdiagramm der Bauteile, die genutzt werden, um die Arbeitsgänge der Signalverarbeitung, Datenanalyse und Übertragung durchzuführen;
5 eine Blockdiagrammabbildung des elektronischen Speichers, der im verbesserten Bohrmeißel genutzt wird, um Daten aufzuzeichnen;
6 eine Blockdiagrammabbildung von speziellen Arten der Betriebszustandssensoren, die beim verbesserten Bohrmeißel der vorliegenden Erfindung genutzt werden können;
7 eine Flussdiagrammdarstellung der Verfahrensschritte, die beim Konstruieren eines verbesserten Bohrmeißels in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung genutzt werden;
8A bis 8H Details der Sensoranordnung am verbesserten Bohrmeißel der vorliegenden Erfindung zusammen mit grafischen Darstellungen der Arten von Daten, die auf einen bevorstehenden Bohrmeißelausfall hinweisen;
9 eine Blockdiagrammdarstellung des Überwachungssystems, das im verbesserten Bohrmeißel der vorliegenden Erfindung genutzt wird;
10 eine perspektivische Darstellung eines stationären Schneidbohrmeißels; und
11 eine Teillängsschnittdarstellung eines Abschnittes des stationären Schneidbohrmeißels aus 10.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1. ÜBERSICHT DER BOHRARBEITEN
1 zeigt ein Beispiel von Bohrarbeiten, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung mit einem verbesserten Bohrmeißel durchgeführt werden, der in sich eine Speichervorrichtung umfasst, die die Sensordaten während der Bohrarbeiten aufzeichnet. Wie gezeigt wird, umfasst eine konventionelle Bohranlage 3 einen Bohrturm 5, eine Arbeitsbühne 7, Hebewerke 9, Haken 11, einen Rotationskopf 13, ein Mitnehmerstangengelenk 15 und einen Drehtisch 17. Ein Bohrgestänge 19, das einen Bohrrohrabschnitt 21 und einen Schwerstangenabschnitt 23 umfasst, erstreckt sich von der Bohranlage 3 nach unten in das Bohrloch 1. Der Schwerstangenabschnitt 23 umfasst vorzugsweise eine Anzahl von rohrförmigen Schwerstangenelementen, die sich miteinander verbinden, einschließlich einer Bohrlochmessunterbaugruppe für eine Messung während des Bohrens und einer zusammenwirkenden Spülungsimpuls-Datenübertragungsunterbaugruppe, auf die man sich zusammen hierin nachfolgend als das „Mess- und Konmunikationssystem 25'' bezieht.
Während der Bohrarbeiten wird Bohrspülung von der Spülgrube 27 durch die Spülpumpe 29, durch einen Desurger 31 und durch eine Spülungszuführleitung 33 in den Rotationskopf 13 in Umlauf gebracht. Die Bohrspülung fließt durch das Mitnehmerstangengelenk und eine axiale mittlere Bohrung im Bohrgestänge. Eventuell tritt sie durch Düsen aus, die im Bohrmeißel 26 angeordnet sind, der mit dem untersten Abschnitt des Mess- und Kommunikationssystems 25 verbunden ist. Die Bohrspülung fließt nach oben zurück durch den ringförmigen Zwischenraum zwischen der Außenfläche des Bohrgestänges und der Innenfläche des Bohrloches 1, damit sie zur Erdoberfläche in Umlauf gebracht wird, wo sie zur Spülgrube 27 durch die Spülungsrückführleitung 35 zurückgeführt wird. Ein Rüttelsieb (das nicht gezeigt wird) trennt Formationsbohrklein von der Bohrspülung, bevor sie zur Spülgrube 27 zurückkehrt.
Vorzugsweise nutzt das Mess- und Kommunikationssystem 25 ein Spülungsimpulsübertragungsverfahren, um Daten von einer Bohrlochstelle zur Erdoberfläche zu übertragen, während Bohrarbeiten erfolgen. Um die Daten auf der Erdoberfläche zu empfangen, ist ein Wandler 37 in Verbindung mit der Spülungszuführleitung 33 vorhanden. Dieser Wandler erzeugt elektrische Signale als Reaktion auf Bohrspülungsdruckveränderungen. Diese elektrischen Signale werden mittels eines Oberflächenleiters 39 zu einem elektronischen Verarbeitungssystem 41 auf der Erdoberfläche übertragen, das vorzugsweise ein Datenverarbeitungssystem mit einer Zentraleinheit für das Ausführen von Programmbefehlen und für das Reagieren auf Benutzerbefehle ist, die mittels entweder einer Tastatur oder eines grafischen Zeigegerätes eingegeben werden.
Das Spülungsimpulsübertragungssystem ist für eine Übertragung von Daten zur Erdoberfläche vorhanden, die zahlreiche Bohrlochzustände betreffen, die mittels Bohrlochmessungswandlern oder Messsystemen gemessen wurden, die üblicherweise innerhalb des Mess- und Kommunikationssystems 25 angeordnet sind. Spülungsimpulse, die die Daten definieren, die zur Erdoberfläche weitergeleitet werden, werden durch eine Anlage erzeugt, die innerhalb des Mess- und Kommunikationssystems 25 angeordnet ist. Eine derartige Anlage weist typischerweise einen Druckimpulsgenerator auf, der unter der Steuerung der in einem Instrumentengehäuse enthaltenen Elektronik arbeitet, damit die Bohrspülung durch eine Öffnung abgelassen werden kann, die sich durch die Schwerstangenwand erstreckt. Jedesmal, wenn der Druckimpulsgenerator ein derartiges Ablassen bewirkt, wird ein Unterdruckimpuls übertragen, der vom Wandler 37 auf der Erdoberfläche empfangen wird. Ein derartiges Übertragungssystem wird im U.S.Patent Nr. 4216536 an More beschrieben und erklärt. Eine alternative konventionelle Anordnung erzeugt und überträgt Überdruckimpulse. Wie es üblich ist, stellt die zirkulierende Spülung eine Energiequelle für eine turbinengetriebene Generatorunterbaugruppe bereit, die innerhalb des Mess- und Kommunikationssystems 25 angeordnet ist. Der turbinengetriebene Generator erzeugt elektrischen Strom für den Druckimpulsgenerator und für verschiedene Schaltungen, einschließlich jener Schaltungen, die die Funktionsbauteile der Werkzeuge für eine Messung während des Bohrens bilden. Als eine alternative oder Ergänzungsquelle für elektrischen Strom können Batterien bereitgestellt werden, insbesondere als eine Unterstützung für den turbinengetriebenen Generator.
2. NUTZUNG DER ERFINDUNG BEI ROLLENSCHNEIDWERKZEUGEN
2 ist eine perspektivische Darstellung eines verbesserten Bohrmeißels 26 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Der Bohrmeißel umfasst ein mit Außengewinde versehenes oberes Ende 53, das für eine Kupplung mit einem mit Innengewinde versehenen Kastenende des untersten Abschnittes des Bohrgestänges angepasst ist. Zusätzlich umfasst er den Meißelkörper 55. Eine Düse 57 (und weitere verdeckte Düsen) strahlt Fluid ab, das nach unten durch das Bohrgestänge gepumpt wird, um den Bohrmeißel 26 abzukühlen, die Schneidzähne des Bohrmeißels 26 zu reinigen und das Bohrklein nach oben im Ring zu transportieren. Ein verbesserter Bohrmeißel 26 umfasst drei Meißelschenkel (kann aber alternativ eine kleinere oder größere Anzahl von Schenkeln umfassen), die sich nach unten vom Meißelkörper 55 erstrecken, die in Zapfenlagern enden (in 2 nicht abgebildet, aber in 3 abgebildet, die aber alternativ irgendein anderes konventionelles Lager einschließen können, wie beispielsweise ein Rollenlager), die die Rollenschneidwerkzeuge 63, 65, 67 aufnehmen. Jedes der Rollenschneidwerkzeuge 63, 65, 67 wird mittels eines Schmiersystems geschmiert, das durch Ausgleichseinrichtungskappen 59, 60 (in der Darstellung in 2 verdeckt) und 61 zugänglich ist. Jedes der Rollenschneidwerkzeuge 63, 65, 67 umfasst Schneidelemente, wie beispielsweise die Schneidelemente 71, 73, und umfasst wahlweise Kalibertrimmereinsätze, wie beispielsweise den Kalibertrimmereinsatz 75. Wie es üblich ist, können die Schneidelemente Wolframcarbideinsätze aufweisen, die in Presspassung in die Löcher gebracht werden, die in den Rollenschneidwerkzeugen vorhanden sind. Alternativ können die Schneidelemente aus Stahl gefertigt werden, der den Körper der Rollenschneidwerkzeuge 63, 65, 67 bildet. Die Kalibertrimmereinsätze, wie beispielsweise der Kalibertrimmereinsatz 75, werden mittels Presspassung in die Löcher gebracht, die in den Rollenschneidwerkzeugen 63, 65, 67 vorhanden sind. Keine spezielle Art, Konstruktion oder Anordnung der Schneidelemente ist für die vorliegende Erfindung erforderlich, und der in 2 und 3 abgebildete Bohrmeißel ist nur veranschaulichend für einen in breitem Umfang verfügbaren Bohrmeißel.
3 ist eine Einviertellängsschnittdarstellung des verbesserten Bohrmeißels 26 aus 2. Ein Meißelschenkel 81 wird in dieser Darstellung abgebildet. Eine mittlere Bohrung 83 wird im Inneren des Meißelschenkels 81 definiert. Ein Außengewindebolzen 53 wird genutzt, um den Bohrmeißel 26 an einem benachbarten Schwerstangenelement zu sichern. Bei alternativen Ausführungen kann irgendeine konventionelle oder neuartige Kupplung genutzt werden. Ein Schmiersystem 85 wird in der Darstellung in 3 abgebildet und umfasst eine Ausgleichseinrichtung 87, die eine Ausgleichseinrichtungstrennwand 89, einen Schmierkanal 91, einen Schmierkanal 93 und einen Schmierkanal 95 umfasst. Die Schmierkanäle 91, 93 und 95 werden genutzt, um das Schmiermittel von der Ausgleichseinrichtung 87 zu einer Grenzfläche zwischen dem Rollenschneidwerkzeug 63 und dem freistehenden Zapfenlager 97 zu lenken, um deren mechanische Grenzfläche 99 zu schmieren. Das Rollenschneidwerkzeug 63 wird in Position relativ zum freistehenden Zapfenlager 97 mittels einer Kugelsperre 101 gesichert, die durch den Schmierkanal 93 durch eine Öffnung, die durch die Lochnaht 103 gefüllt ist, in die Position bewegt wird. Die Grenzfläche 99 zwischen dem freistehenden Zapfenlager 97 und dem Rollenschneidwerkzeug 63 wird mittels eines Runddichtringes 105 abgedichtet; alternativ kann eine starre oder mechanische Gleitringdichtung anstelle eines Runddichtringes bereitgestellt werden. Das Schmiermittel, das von der Ausgleichseinrichtung 87 durch die Schmierkanäle 91, 93 und 95 geführt wird, schmiert die Grenzfläche 99, um die Drehung des Rollenschneidwerkzeuges 63 relativ zum freistehenden Zapfenlager 97 zu erleichtern. Zur Ausgleichseinrichtung 87 kann ein Zugang von der Außenseite des Bohrmeißels 26 durch die entfernbare Ausgleichseinrichtungskappe 61 erhalten werden. Um diese Darlegung zu vereinfachen, wird die Vielzahl der Betriebszustandssensoren, die innerhalb des Bohrmeißels 26 angeordnet sind, in der Darstellung der 3 nicht abgebildet. Die Betriebszustandssensoren werden jedoch in ihren Positionen in den Darstellungen der 8A bis 8H gezeigt.
3. ÜBERBLICK ÜBER DIE DATENAUFZEICHNUNG UND -VERARBEITUNG
4 ist eine Blockdiagrammdarstellung der Bauteile, die genutzt werden, um eine Signalverarbeitung, Datenanalyse und Kommunikationsarbeiten in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Wie darin gezeigt wird, liefern Sensoren, wie beispielsweise die Sensoren 401, 403, jeweils Analogsignale zu Analog-Digital-Wandlern 405, 407. Die digitalisierten Sensordaten werden zum Datenbus 409 für eine Handhabung durch den Kontroller 411 geführt. Die Daten können vom Kontroller 411 im Festspeicher 417 gespeichert werden. Programmbefehle, die vom Kontroller 411 ausgeführt werden, können im ROM 419 geführt und für eine Ausführung durch den Kontroller 411 aufgerufen werden, wenn erforderlich. Der Kontroller 411 kann einen konventionellen Mikroprozessor aufweisen, der mit Binärworten von acht oder sechzehn Bit arbeitet. Der Kontroller 411 kann programmiert werden, um nur die Aufzeichnung der Sensordaten im Speicher bei der grundlegendsten Ausführung der vorliegenden Erfindung zu verwalten; bei weiterentwickelteren Ausführungen der vorliegenden Erfindung kann der Kontroller 411 jedoch genutzt werden, um Analysen der Sensordaten durchzuführen, um einen bevorstehenden Ausfall des Bohrmeißels nachzuweisen, und/oder um eine Übertragung der verarbeiteten oder nicht verarbeiteten Sensordaten zu einer anderen Stelle innerhalb des Bohrgestänges oder des Bohrloches zu überwachen. Die vorprogrammierten Analysen können im Speicher im ROM 419 geführt und in den Kontroller 411 in einer konventionellen Weise für eine Ausführung während der Bohrarbeiten geladen werden. Bei noch weiterentwickelteren Ausführungen der vorliegenden Erfindung kann der Kontroller 411 digitale Daten und/oder Warnsignale, die auf einen bevorstehenden Bohrmeißelausfall hinweisen, zu Eingabe/Ausgabegeräten 413, 415 für eine Übertragung zu entweder einer anderen Stelle innerhalb des Bohrloches oder des Bohrgestänges oder zu einer Stelle auf der Erdoberfläche führen. Die Eingabe/Ausgabegeräte 413, 415 können ebenfalls für das Lesen von aufgezeichneten Sensordaten vom Festspeicher 417 bei Abschluss der Bohrarbeiten für den speziellen Bohrmeißel genutzt werden, um die Analyse der Bohrleistung des Meißels während der Bohrarbeiten zu erleichtern. Alternativ kann ein Drahtseil-Empfangsgerät innerhalb des Bohrgestänges während der Bohrarbeiten abgesenkt werden, um Daten zu empfangen, die vom Eingabe/Ausgabegerät 413, 415 in der Form von elektromagnetischen Übermittlungen übertragen werden.
4. BEISPIELE FÜR VERWENDUNGEN VON AUFGEZEICHNETEN UND/ODER VERARBEITETEN DATEN
Ein mögliche Verwendung dieser Daten ist die Ermittlung, ob der Käufer des Bohrmeißels den Bohrmeißel in einer verantwortlichen Weise betätigt hat; d.h., in einer Weise, die mit der Instruktion des Herstellers vereinbar ist. Das kann dabei helfen, Konflikte und Streitgespräche betreffs der Leistung oder des Leistungsausfalls des Bohrmeißels zu lösen. Es ist nützlich, dass der Hersteller des Bohrmeißels einen Beweis für den Missbrauch des Produktes als Faktor zur Verfügung hat, der zeigen kann, dass der Käufer anstelle des Herstellers für den finanziellen Verlust verantwortlich ist. Noch weitere Verwendungen der Daten umfassen die Nutzung der Daten bei der Ermittlung des Wirkungsgrades und der Zuverlässigkeit der speziellen Bohrmeißelkonstruktionen. Der Hersteller kann Daten nutzen, die bei Abschluss der Bohrarbeiten eines speziellen Bohrmeißels erfasst wurden, um die Eignung des Bohrmeißels für jene spezielle Bohrarbeit zu ermitteln. Bei Nutzung dieser Daten kann der Bohrmeißelhersteller technisch ausgereiftere, haltbarere und zuverlässigere Konstruktionen für Bohrmeißel entwickeln. Die Daten können alternativ genutzt werden, um einen Datensatz vom Betrieb des Meißels bereitzustellen, um die Widerstandsfähigkeit und andere Bohrlochmessungen in einer konventionellen Weise zu ergänzen, die während der Bohrarbeiten entwickelt werden. Oftmals werden die Service-Unternehmen, die die Messung während der Bohrarbeiten liefern, stark unter Druck gesetzt, um Unregelmäßigkeiten beim Erfassen von Daten zu erklären. Nachdem ein vollständiger Datensatz der Betriebszustände des Bohrmeißels während der betreffenden Bohrarbeiten vorliegt, kann das demjenigen, der die Dienstleistungen des Messens während des Bohrens erbringt, gestatten, Unregelmäßigkeiten beim Erfassen von Daten zu erklären. Viele andere konventionelle oder neuartige Verwendungen können betreffs der aufgezeichneten Daten erfolgen, die entweder die Bohrarbeiten, die Kontrolle über die Bohrarbeiten oder die Herstellung, Konstruktion und Verwendung der Bohrwerkzeuge verbessern oder steigern. Die wichtigste aller möglichen Verwendungen ist die Anwendung der vorliegenden Erfindung, um die volle Ausnutzung der Meißellebensdauer durch entweder eine Echtzeitüberwachung, eine gerichtliche Verwendung der aufgezeichneten Daten oder eine Kombination beider zu erreichen.
5. BEISPIEL FÜR ELEKTRONISCHEN SPEICHER
5 ist eine Blockdiagrammdarstellung des elektronischen Speichers, der beim verbesserten Bohrmeißel der vorliegenden Erfindung genutzt wird, um Daten aufzuzeichnen. Der Festspeicher 417 umfasst eine Speicherplatzanordnung 421. Wie im Fachgebiet bekannt ist, wird die Speicherplatzanordnung 421 durch einen Zeilendecoder 423 und einen Spaltendecoder 425 adressiert. Der Zeilendecoder 423 wählt eine Zeile der Speicherplatzanordnung 417 als Reaktion auf einen Abschnitt einer Adresse aus, die vom Adressbus 409 empfangen wird. Die verbleibenden Leitungen des Adressbusses 409 sind mit dem Spaltendecoder 425 verbunden und werden benutzt, um eine Untermenge von Spalten aus der Speicherplatzanordnung 417 auszuwählen. Leseverstärker 427 sind mit dem Spaltendecoder 425 verbunden und lesen die Daten, die von den Zellen in der Speicherplatzanordnung 421 bereitgestellt werden. Die Leseverstärker liefern Daten, die aus der Anordnung 421 zu einer Ausgabe (nicht gezeigt) gelesen werden, die Auffangspeicher einschließen kann, wie es im Fachgebiet gut bekannt ist. Ein Schreibtreiber 429 wird bereitgestellt, um Daten an ausgewählten Stellen innerhalb der Speicherplatzanordnung 421 als Reaktion auf ein Schreibsteuersignal zu speichern.
Die Zellen in der Anordnung 421 des Festspeichers 417 können irgendeine Anzahl von unterschiedlichen Arten von Zellen sein, die im Fachgebiet bekannt sind, um einen Festspeicher zu liefern. Beispielsweise sind EEPROM-Speicher im Fachgebiet gut bekannt, und sie stellen einen zuverlässigen löschbaren Festspeicher bereit, der für eine Verwendung bei Anwendungen, wie beispielsweise dem Aufzeichnen von Daten in Bohrlochumgebungen, geeignet ist. Alternativ können die Zellen der Speicherplatzanordnung 421 andere Konstruktionen sein, die im Fachgebiet bekannt sind, wie beispielsweise SRAM-Speicherplatzanordnungen, die mit Batteriebackupstromquellen genutzt werden.
6. AUSWAHL DER SENSOREN
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden ein oder mehr Betriebszustandssensoren vom Produktionsbohrmeißel getragen und genutzt, um einen speziellen Betriebszustand nachzuweisen. Ein mögliches Verfahren für das Ermitteln dessen, welche speziellen Sensoren in den Produktionsbohrmeißeln eingeschlossen werden, wird jetzt detailliert beschrieben.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann eine Vielzahl von Betriebszustandssensoren an mindestens einem Versuchsbohrmeißel angeordnet werden. Vorzugsweise wird eine große Anzahl von Versuchsbohrmeißeln untersucht. Die Versuchsbohrmeißel können dann mindestens einer simulierten Bohrarbeit unterworfen werden, und die Daten können mit Bezugnahme auf die Zeit mit der Vielzahl von Betriebszustandssensoren aufgezeichnet werden. Die Daten können dann untersucht werden, um Anzeigen auf einen bevorstehenden Bohrmeißelausfall zu identifizieren. Danach können ausgewählte der Vielzahl von Betriebszustandssensoren für eine Anordnung in Produktionsmeißeln ausgewählt werden. Wahlfrei kann in jedem Produktionsbohrmeißel ein Überwachungssystem für das Vergleichen von Daten bereitgestellt werden, die während der Bohrarbeiten mit speziellen der Anzeigen für einen bevorstehenden Bohrmeißelausfall erhalten werden. Bei einer speziellen Ausführung werden dann Bohrarbeiten mit dem Produktionsbohrmeißel durchgeführt, und das Überwachungssystem kann genutzt werden, um einen bevorstehenden Bohrmeißelausfall zu identifizieren. Schließlich und wahlfrei können die Daten im Bohrloch nach oben während der Bohrarbeiten übertragen werden, um einen Hinweis auf einen bevorstehenden Bohrmeißelausfall zu liefern, wobei irgendeines einer Anzahl von bekannten Datenkommunikationssystemen nach dem bisherigen Stand der Technik genutzt wird.
Die Arten von Sensoren, die während der simulierten Bohrarbeiten genutzt werden können, werden in Blockdiagrammform in 6 dargelegt und werden jetzt detailliert diskutiert.
Der Meißelschenkel 80 kann mit Spannungssensoren 125 ausgestattet werden, um eine axiale Spannung, Scherspannung und Biegespannung zu messen. Der Meißelschenkel 81 kann gleichfalls mit Spannungssensoren 127 ausgestattet werden, um eine axiale Spannung, Scherspannung und Biegespannung zu messen. Der Meißschenkel 82 kann ebenfalls mit Spannungssensoren 129 für das Messen der axialen Spannung, Scherspannung und Biegespannung ausgestattet werden.
Das Zapfenlager 96 kann mit Temperatursensoren 131 ausgestattet werden, um die Temperatur an der Kegelrollenöffnung, Druckfläche und Shirttail des freistehenden Zapfenlagers 97 zu messen; gleichfalls kann das Zapfenlager 97 mit Temperatursensoren 133 für das Messen der Temperatur an der Kegelrollenöffnung, Druckfläche und Shirttail des freistehenden Zapfenlagers 97 ausgestattet werden; das Zapfenlager 98 kann mit Temperatursensoren 135 an der Kegelrollenöffnung, Druckfläche und Shirttail des freistehenden Zapfenlagers 98 ausgestattet werden, um die Temperatur an jenen Stellen zu messen. Bei alternativen Ausführungen können unterschiedliche Arten von Lagern genutzt werden, wie beispielsweise Rollenlager. Temperatursensoren würden darin in geeigneter Weise angeordnet.
Das Schmiersystem kann mit einem Behälterdrucksensor 137 und einem Abdichtdrucksensor 139 ausgestattet werden, die gemeinsam genutzt werden, um eine Messung der Druckdifferenz über die Dichtung des Zapfenlagers 96 zu zeigen. Gleichfalls kann das Schmiersystem 85 mit einem Behälterdrucksensor 141 und einem Abdichtdrucksensor 143 ausgestattet werden, die eine Messung der Druckdifferenz über die Dichtung am Zapfenlager 97 zeigen. Das Gleiche trifft gleichfalls für das Schmiersystem 86 zu, das mit einem Behälterdrucksensor 145 und einem Abdichtdrucksensor 147 ausgestattet werden kann, die eine Messung der Druckdifferenz über die Dichtung des Zapfenlagers 98 zeigen.
Zusätzlich können Beschleunigungssensoren 149 am Meißelkörper 55 bereitgestellt werden, um die X-Achsen-, Y-Achsen- und Z-Achsen-Komponenten der Beschleunigung zu messen, die durch den Meißelkörper 55 erfahren wird.
Schließlich können ein Umgebungsdrucksensor 151 und ein Umgebungstemperatursensor 153 bereitgestellt werden, um den Umgebungsdruck und die Temperatur des Bohrloches 1 zu überwachen.
Zusätzliche Sensoren können bereitgestellt werden, um Daten betreffs des Bohrloches und der umgebenden Formation zu erhalten und aufzuzeichnen, wie beispielsweise, und ohne Einschränkung, Sensoren, die einen Hinweis betreffs einer oder mehrerer elektrischer oder mechanischer Eigenschaften des Bohrloches oder der umgebenden Formation liefern.
Die gesamte Verfahrensweise, die für das Bewerkstelligen eines verbesserten Bohrmeißels mit einem Überwachungssystem angewandt werden kann, wird in Flussdiagrammform in 7 dargelegt. Der Vorgang beginnt beim Schritt 171 und setzt sich im Schritt 173 durch die Anordnung der Betriebszustandssensoren, wie beispielsweise jener, die im Blockdiagramm in 6 dargestellt werden, bei einem Versuchsmeißel oder -meißeln fort, für die ein Überwachungssystem gewünscht wird. Die Versuchsmeißel werden danach simulierten Bohrarbeiten in Übereinstimmung mit dem Schritt 175 unterworfen, und die Daten von den Betriebszustandssensoren werden aufgezeichnet. Indem die speziellen Sensoren genutzt werden, die im Blockdiagramm in 6 dargestellt werden, wird eine Information betreffs der Spannung aufgezeichnet, die in den Meißelschenkeln 80, 81 und 82 nachgewiesen wird. Zusätzlich wird ebenfalls eine Information betreffs der Temperatur aufgezeichnet, die in den Zapfenlagern 96, 97 und 98 nachgewiesen wird. Außerdem wird eine Information betreffs des Druckes innerhalb der Schmiersysteme 84, 85, 86 aufgezeichnet. Eine Information betreffs der Beschleunigung des Meißelkörpers 55 wird aufgezeichnet. Schließlich werden die Umgebungstemperatur und der Druck innerhalb des simulierten Bohrloches aufgezeichnet.
7. BEISPIELE FÜR AUSFALLANZEIGEN
Wahlfrei können die gesammelten Daten untersucht werden, um Anzeigen für einen bevorstehenden Bohrmeißelausfall zu identifizieren. Derartige Anzeigen umfassen einige der folgenden, sind aber nicht darauf beschränkt:

(1) ein Dichtungsausfall bei den Schmiersystemen 84, 85 oder 86 wird zu einem Druckverlust des Schmiermittels führen, das im Behälter enthalten ist; ein Druckverlust an der Grenzfläche zwischen dem freistehenden Zapfenlager und dem Rollenschneidwerkzeug zeigt gleichfalls einen Dichtungsausfall an;
(2) eine Erhöhung der Temperatur, die an der Kegelrollenöffnung, Druckfläche und Shirttail der Zapfenlager 96, 97 oder 98 gemessen wird, zeigt gleichfalls einen Ausfall des Schmiersystems an, kann aber ebenfalls das Auftreten eines niedrigen Bohrwirkungsgrades zeigen, wie beispielsweise ein Verklumpen oder niedrige Bohrmotorwirkungsgrade oder Störungen;
(3) eine übermäßige axiale, Scher- oder Biegespannung, wie sie in den Meißelschenkeln 80, 81 oder 82 nachgewiesen wird, wird einen bevorstehenden Meißelausfall anzeigen, und wird insbesondere eine körperliche Beschädigung an den Rollenschneidwerkzeugen anzeigen;
(4) eine unregelmäßige Beschleunigung des Meißelkörpers zeigt eine Schneidwerkzeugstörung.

Die simulierten Bohrarbeiten werden vorzugsweise bei Verwendung einer Versuchsanlage durchgeführt, die dem Arbeiter gestattet, alle der passenden Faktoren betreffs der Bohrarbeit genau zu steuern, wie beispielsweise den Andruck, das Drehmoment, die Rotationsgeschwindigkeit, am Gestänge angewandte Biegebeanspruchungen, die Spülungsgewichte, die Temperatur, den Druck und die Geschwindigkeit der Eindringung. Die Versuchsmeißel werden unter einer Vielzahl von Bohr- und Bohrlochverhältnissen betätigt und so lange betätigt, bis es zum Ausfall kommt. Die aufgezeichneten Daten können genutzt werden, um Grenzwerte festzulegen, die einen bevorstehenden Meißelausfall während der tatsächlichen Bohrarbeiten anzeigen. Für einen speziellen Bohrmeißeltyp werden die Daten eingeschätzt, um zu ermitteln, welcher spezielle Sensor oder Sensoren den frühesten und deutlichsten Hinweis auf einen bevorstehenden Meißelausfall liefern werden. Jene Sensoren, die nicht einen frühen und deutlichen Hinweis auf einen Ausfall liefern werden, werden von einer weiteren Betrachtung ausgeschlossen. Nur jene Sensoren, die einen derartigen deutlichen und frühen Hinweis auf einen bevorstehenden Ausfall liefern, werden bei Produktionsbohrmeißeln genutzt. Der Schritt 177 in 7 entspricht dem Schritt des Identifizierens der Anzeichen für einen bevorstehenden Bohrmeißelausfall aus den Daten, die während der simulierten Bohrarbeiten angehäuft werden.
Bei einer alternativen Ausführung kann ein Feldversuch durchgeführt werden, um die Daten, die während der simulierten Bohrarbeiten erhalten werden, und die speziellen Betriebszustandssensoren zu ergänzen, die in Produktionsbohrmeißeln eventuell angeordnet werden, ausgewählt auf der Basis einer Kombination der Daten, die während der simulierten Bohrarbeiten erhalten werden, und der Daten, die während des Feldversuches erhalten werden. In beiden Fällen werden in Übereinstimmung mit dem Schritt 179 spezielle der Betriebszustandssensoren in einer speziellen Art des Produktionsbohrmeißels eingeschlossen. Danach wird ein Überwachungssystem im Produktionsbohrmeißel eingeschlossen und definiert oder programmiert, um Sensordaten kontinuierlich mit einem vorher ermittelten Grenzwert für jeden Sensor zu vergleichen.
Beispielsweise, und ohne Einschränkung, können die folgenden Arten von Grenzwerten ermittelt werden:

(1) die maximale und minimale axiale, Scher- und/oder Biegespannung kann für die Meißelschenkel 80, 81 oder 82 eingestellt werden;
(2) die maximalen Temperaturgrenzwerte können aus den simulierten Bohrarbeiten für die Zapfenlager 96, 97 oder 98 ermittelt werden;
(3) die minimalen Druckniveaus für die Behälter- und/oder Dichtungsgrenzfläche können für die Schmiersysteme 84, 85 oder 86 ermittelt werden;
(4) die maximale (X-Achsen-, Y-Achsen- und/oder Z-Achsen-) Beschleunigung kann für den Meißelkörper 55 ermittelt werden.

Bei speziellen Ausführungen können die Temperaturgrenzwerte, die für die Zapfenlager 96, 97 oder 98 eingestellt werden, und die Druckgrenzwerte, die für die Schmiersysteme 94, 95, 96 ermittelt werden, relative Zahlen sein, die mit Bezugnahme auf den Umgebungsdruck und die Umgebungstemperatur im Bohrloch während der Bohrarbeiten ermittelt werden, wie sie vom Umgebungsdrucksensor 151 und Temperatursensor 153 (beide aus 6) ermittelt werden. Derartige Grenzwerte können ermittelt werden, indem Programmbefehle einem Kontroller bereitgestellt werden, der innerhalb des verbesserten Bohrmeißels 26 vorhanden ist, oder indem Spannungs- und Stromgrenzwerte für elektronische Schaltungen bereitgestellt werden, die vorgesehen sind, um kontinuierlich oder diskontinuierlich Daten, die in Echtzeit während der Bohrarbeiten ermittelt werden, mit vorher ermittelten Grenzwerten für die speziellen Sensoren zu vergleichen, die in den Produktionsbohrmeißeln eingeschlossen wurden. Der Schritt des Programmierens des Überwachungssystems wird im Flussdiagramm der 7 als der Schritt 183 identifiziert.
Danach werden in Übereinstimmung mit dem Schritt 185 Bohrarbeiten durchgeführt, und die Daten werden überwacht, um einen bevorstehenden Bohrmeißelausfall nachzuweisen, indem die Datenmessungen mit vorher ermittelten und vorher definierten Grenzwerten (entweder Minimum, Maximum oder minimale und maximale Grenzwerte) kontinuierlich verglichen werden. Danach wird in Übereinstimmung mit dem Schritt 187 eine Information zu einem Datenkommunikationssystem übertragen, wie beispielsweise einem Übertragungssystem für eine Messung während des Bohrens. Als nächstes wird in Übereinstimmung mit dem Schritt 189 das Übertragungssystem für eine Messung während des Bohrens genutzt, um Daten zur Erdoberfläche zu übertragen. Der Bohrarbeiter überwacht diese Daten und reguliert dann die Bohrarbeiten als Reaktion auf eine derartige Mitteilung in Übereinstimmung mit dem Schritt 191.
Die potentiellen Alarmzustände können hierarchisch in der Reihenfolge der Bedeutsamkeit angeordnet werden, damit der Bohrarbeiter klug auf potentielle Alarmzustände reagieren kann. Beispielsweise kann der Druckverlust innerhalb der Schmiersysteme 84, 85 oder 86 den schwierigsten Alarmzustand definieren. Ein sekundärer Zustand kann eine Erhöhung der Temperatur bei den Zapfenlagern 96, 97, 98 sein. Schließlich kann eine Erhöhung der Spannung in den Meißelschenkeln 80, 81, 82 den nächst schwierigsten Alarmzustand definieren. Die Meißelkörperbeschleunigung kann einen Alarmzustand definieren, der im Vergleich zu den anderen relativ unbedeutend ist. Bei einer Ausführung der vorliegenden Erfindung können unterschiedliche identifizierbare Alarmzustände zur Erdoberfläche mitgeteilt werden, damit der Arbeiter eine unabhängige Beurteilung bei der Ermittlung dessen vornehmen kann, wie die Bohrarbeiten zu regulieren sind. Bei alternativen Ausführungen können die Alarmzustände kombiniert werden, um einen zusammengesetzten Alarmzustand zu liefern, der aus verschiedenen verfügbaren Alarmzuständen besteht. Beispielsweise kann eine arabische Ziffer zwischen 1 und 10 an die Erdoberfläche mitgeteilt werden, wobei die 1 einen relativ niedrigen Alarmpegel und die 10 einen relativ hohen Alarmpegel kennzeichnen. Die verschiedenen Alarmkomponenten, die zusammengefasst werden, um diesen einzelnen zahlenmäßigen Hinweis auf die Alarmzustände bereitzustellen, können in Übereinstimmung mit der relativen Bedeutung gewichtet werden. Bei dieser speziellen Ausführung kann ein Druckverlust innerhalb der Schmiersysteme 84, 85 oder 86 eine Bedeutung vom 2- oder 3-fachen der der anderen Alarmzustände haben, um die zusammengesetzte Anzeige in einer Art und Weise zu wichten, die jene Alarmzustände hervorhebt, die für wichtiger als die anderen Alarmzustände gehalten werden.
Die Formen der Reaktionen, die dem Arbeiter zur Verfügung stehen, umfassen eine Regulierung des Andruckes, des Drehmomentes und der Rotationsgeschwindigkeit, die beim Bohrgestänge zur Anwendung kommen. Alternativ kann der Arbeiter reagieren, indem er spezielle Bohrzusätze in der Bohrspülung einschließt oder aus dieser ausschließt. Schließlich kann der Arbeiter reagieren, indem der Strang gezogen und der Meißel ausgewechselt wird. Eine Vielzahl von weiteren konventionellen Optionen stehen dem Arbeiter zur Verfügung. Nachdem der Arbeiter die speziellen Regulierungen vorgenommen hat, endet der Vorgang in Übereinstimmung mit dem Schritt 193.
8. BEISPIEL FÜR EINE SENSORANORDNUNG UND DIE ERMITTLUNG DES AUSFALLGRENZWERTES
8A bis 8H zeigen eine Sensoranordnung im verbesserten Bohrmeißel 26 der vorliegenden Erfindung mit entsprechenden grafischen Darstellungen der Beispiele von Grenzwerten, die mit Bezugnahme auf jeden speziellen Betriebszustand ermittelt werden können, der vom speziellen Sensor überwacht wird. 8A und 8B betreffen die Überwachung des Druckes der Schmiersysteme des verbesserten Bohrlochmeißels 26. Wie gezeigt wird, steht der Drucksensor 201 mit der Ausgleichseinrichtung 85 in Verbindung und liefert ein elektrisches Signal durch den Leiter 205, das einen Hinweis auf die Amplitude des Druckes innerhalb der Ausgleichseinrichtung 85 liefert. Die Leiterbahn 203 wird durch den Bohrmeißel 26 bereitgestellt, damit der Leiter zum Überwachungssystem gelangen kann, das vom Bohrmeißel 26 getragen wird. Diese Messung kann mit dem Umgebungsdruck verglichen werden, um eine Messung der Druckdifferenz über der Dichtung zu zeigen. 8B ist eine grafische Darstellung der Verringerung der Druckamplitude mit Bezugnahme auf die Zeit, während die Dichtungsintegrität der Ausgleichseinrichtung 85 beeinträchtigt wird. Der Druckgrenzwert P_T wird ermittelt. Sobald das Überwachungssystem ermittelt, dass der Druck innerhalb der Ausgleichseinrichtung 85 auf unterhalb dieses Druckgrenzwertes absinkt, wird die Existenz eines Alarmzustandes ermittelt.
8C zeigt die Anordnung der Temperatursensoren 207 relativ zum freistehenden Zapfenlager 97. Die Temperatursensoren 207 sind an der Kegelrollenöffnung, Shirttail und Druckfläche des Zapfenlagers 97 angeordnet und übertragen elektrische Signale mittels des Leiters 209 zum Überwachungssystem, um ein Maß für entweder die absolute oder die relative Temperaturamplitude zu liefern. Wenn die relative Temperaturamplitude bereitgestellt wird, wird diese Temperatur mit Bezugrahme auf die Umgebungstemperatur des Bohrloches berechnet. Die Leiterbahn 211 wird innerhalb des Bohrmeißels 26 gefertigt, damit der Leiter 209 zum Überwachungssystem gelangen kann. 8D zeigt grafisch das Anheben der Temperaturamplitude mit Bezugnahme auf die Zeit, während das Schmiersystem für das Zapfenlager 97 ausfällt. Ein Temperaturgrenzwert T_T wird ermittelt, um den Alarmzustand zu definieren. Temperaturen, die über den Temperaturgrenzwert ansteigen, lösen einen Alarmzustand aus.
8E zeigt die Anordnung der Spannungssensoren 213 relativ zum Bohrmeißel 26. Die Spannungssensoren 213 übertragen mindestens ein Signal, das einen Hinweis auf mindestens eine von axialer Spannung, Scherspannung und/oder Biegespannung liefert, mittels der Leiter 215. Diese Signale werden einem Überwachungssystem zur Verfügung gestellt. Der Bahnverlauf 217 wird innerhalb des Bohrmeißels 26 definiert, damit die Leiter 215 zum Überwachungssystem gelangen können. 8F ist eine grafische Darstellung der Spannungsamplitude mit Bezugnahme auf die Zeit für eine spezielle von axialer Spannung, Scherspannung und/oder Biegespannung. Wie gezeigt wird, kann ein Spannungsgrenzwert S_T ermittelt werden. Die Spannung, die den Spannungsgrenzwert übersteigt, löst einen Alarmzustand aus. 8G liefert eine Darstellung der Beschleunigungssensoren 219, die einen Hinweis auf die X-Achsen-, Y-Achsen- und/oder Z-Achsen-Beschleunigung des Meißelkörpers 55 bereitstellen. Die Leiter 221 gelangen durch den Durchgang 223 zum Überwachungssystem 225. 8H liefert eine grafische Darstellung der Beschleunigungsamplitude mit Bezugnahme auf die Zeit. Ein Beschleunigungsgrenzwert A_T kann ermittelt werden, um einen Alarmzustand zu definieren. Wenn eine spezielle Beschleunigung den Amplitudengrenzwert übersteigt, wird die Existenz eines Alarmzustandes ermittelt. Obwohl es nicht abgebildet wird, der verbesserte Bohrmeißel 26 der vorliegenden Erfindung kann außerdem einen Drucksensor für das Nachweisen eines Umgebungsbohrlochdruckes und einen Temperatursensor für das Nachweisen von Umgebungsbohrlochtemperaturen umfassen. Daten von derartigen Sensoren gestatten die Berechnung eines relativen Druck- oder Temperaturgrenzwertes.
9. ÜBERBLICK ÜBER DAS WAHLFREIE ÜBERWACHUNGSSYSTEM
9 ist eine Blockdiagrammdarstellung des Überwachungssystems 225, das wahlfrei vom verbesserten Bohrmeißel 26 getragen wird. Das Überwachungssystem 225 empfängt Echtzeitdaten von den Sensoren 226 und unterwirft die Analogsignale einer Signalverarbeitung, wie beispielsweise einem Filtern und einer Verstärkung im Signalverarbeitungsblock 227. Danach unterwirft das Überwachungssystem 225 das Analogsignal einer Analog-Digital-Wandlung im Analag-Digital-Wandler 229. Das Digitalsignal wird danach im Multiplexer 231 multiplext und als Eingang zum Kontroller 233 geführt. Der Kontroller vergleicht kontinuierlich die Amplituden der Datensignale (und alternativ die Geschwindigkeiten der Veränderung), um Grenzwerte vorher zu ermitteln, die im Speicher aufgezeichnet werden. Der Kontroller 233 liefert eine Ausgabe durch den Ausgabetreiber 235, der ein Signal zum Kommunikationssystem 237 überträgt. Bei einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst der Bohrmeißel 26 ein Kommunikationssystem, das für eine Übertragung von entweder ein oder beiden unverarbeiteten Daten oder einem oder mehr Warnsignalen zur in der Nähe gelegenen Unterbaugruppe in der Schwerstange geeignet ist. Das Kommunikationssystem 237 würde dann genutzt, um entweder die unverarbeiteten Daten oder die Warnsignale über eine kurze Strecke mittels entweder elektrischer Signale, elektromagnetischer Signale oder akustischer Signale zu übertragen. Eine verfügbare Verfahrensweise für die Übertragung von Datensignalen zu einer benachbarten Unterbaugruppe in der Schwerstange wird im U.S.Patent Nr. 5129471, das am 14. Juli 1992 an Howard unter dem Titel „Bohrlochwerkzeug mit Hall-Effekt-Kopplung" erteilt wurde, dargestellt, beschrieben und beansprucht.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung umfasst das Überwachungssystem eine vordefinierte Größe des Speichers, der für das kontinuierliche oder diskontinuierliche Aufzeichnen der Betriebszustandssensordaten genutzt werden kann. Diese Daten können direkt zu einer benachbarten Rohrunterbaugruppe übertragen werden, oder ein zusammengesetztes Ausfallanzeigesignal kann zu einer benachbarten Unterbaugruppe übertragen werden. In beiden Fällen können im Wesentlichen mehr Daten abgetastet und aufgezeichnet werden als zu den benachbarten Unterbaugruppen für eine eventuelle Übertragung zur Erdoberfläche mittels der konventionellen Spülungsimpuls-Übertragungstechnologie übertragen werden. Es ist nützlich, diese Daten im Speicher zu halten, um eine Betrachtung der detaillierteren Ablesungen zu gestatten, nachdem der Meißel aus dem Bohrloch gezogen wurde. Diese Information kann vom Arbeiter benutzt werden, um abnormale Bohrlochmessungen zu erklären, die während der Bohrarbeiten erhalten wurden. Zusätzlich kann sie verwendet werden, um dem Arbeiter am Bohrloch zu helfen, spezielle Meißel für künftige Abläufe im speziellen Bohrloch auszuwählen.
10. NUTZUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG BEI STATIONÄREN SCHNEIDBOHRMEISSELN
Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls bei stationären Schneidbohrmeißeln zur Anwendung gebracht werden. 10 ist eine perspektivische Ansicht eines Erdbohrmeißels 511 der stationären Schneidwerkzeugart, die die vorliegende Erfindung verkörpert. Der Meißel 511 ist an seinem oberen Umfang mit Gewinde 513 für eine Verbindung in einem Bohrgestänge versehen. Ein Schneidende 515 an einem im Allgemeinen entgegengesetzten Ende des Meißels 511 ist mit einer Vielzahl von Diamant- oder Hartmetallschneidwerkzeugen 517 versehen, die um das Schneidende 515 angeordnet sind, um ein wirksames Abbauen des Formationsmaterials zu bewirken, während der Meißel 511 in einem Bohrloch gedreht wird. Eine Kaliberfläche 519 erstreckt sich nach oben vom Schneidende 515 und ist in unmittelbarer Nähe zur und berührt die Seitenwand des Bohrloches während der Bohrarbeit des Meißels 511. Eine Vielzahl von Kanälen oder Rillen 521 erstreckt sich vom Schneidende 515 durch die Kaliberfläche 519, um einen Abstandsbereich für das Bilden und Entfernen des von den Schneidwerkzeugen 517 gebildeten Ausbruchs bereitzustellen.
Eine Vielzahl von Kalibereinsätzen 523 wird auf der Kaliberfläche 519 des Meißels 511 bereitgestellt. Aktive Scherschneidkalibereinsätze 523 auf der Kaliberfläche 519 des Meißels 511 bringen die Fähigkeit, das Formationsmaterial an der Seitenwand des Bohrloches aktiv zu scheren, um eine verbesserte Maßhaltefähigkeit bei den Erdbohrmeißeln der stationären Schneidwerkzeugart bereitzustellen. Der Meißel 511 wird als ein PDC(„polykristallines Diamantschneidwerkzeug")-Meißel veranschaulicht, aber die Einsätze 523 sind gleichermaßen bei anderen stationären Schneidbohr- oder Blattmeißeln nützlich, die eine Kaliberfläche für einen Eingriff mit der Seitenwand des Bohrloches umfassen.
11 ist eine Teillängsschnittdarstellung des stationären Schneidbohrmeißels 511 aus 10 mit Gewindegängen 513 und einem dargestellten Abschnitt des Meißelkörpers 525. Wie gezeigt wird, verläuft eine mittlere Bohrung 527 mittig durch den stationären Schneidbohrmeißel 511. Wie gezeigt wird, ist ein Überwachungssystem 529 im Hohlraum 530 angeordnet. Ein Leiter 531 erstreckt sich nach unten durch den Hohlraum 533 zu Beschleunigungsmessern 535, die vorhanden sind, um die X-Achsen-, Y-Achsen- und/oder Z-Achsen-Komponenten der Beschleunigung des Meißelkörpers 525 kontinuierlich zu messen. Die Beschleunigungsmesser 535 liefern ein kontinuierliches Maß der Beschleunigung, und das Überwachungssystem 529 vergleicht kontinuierlich die Beschleunigung zu vordefinierten Beschleunigungsgrenzwerten, die vorher bestimmt wurden, um einen bevorstehenden Meißelausfall anzuzeigen. Bei stationären Schneidbohrmeißeln bringt eine Wirbel- und Haft-und-Rutschbewegung des Meißels außergewöhnliche Belastungen am Meißelkörper und den PDC-Schneidwerkzeugen, die einen Meißelausfall hervorrufen können. Die übermäßigen Belastungen bewirken, dass Teile vom Meißelkörper abgetrennt werden, wodurch Probleme gleich jenen hervorgerufen werden, denen man begegnet, wenn die Kegelrollen eines Bohrmeißels verlorengehen. Weitere Probleme in Verbindung mit stationären Schneidbohrmeißeln umfasen das „Taumeln" des Meißels und das „Einmauern" des Meißels, die unerwünschte Betriebszustände sind.
Stationäre Schneidbohrmeißel weichen von drehenden Rollenbohrmeißeln darin ab, dass ziemlich komplizierte Lenk- und Antriebsunterbaugruppen (wie beispielsweise ein Spülungsmotor nach dem Moineau-Prinzip) im Allgemeinen eng mit den stationären Schneidbohrmeißeln verbunden sind und genutzt werden, um ein genaueres und wirksameres Bohren zu bewirken, und besonders beim Richtbohren nützlich sind.
Bei derartigen Konfigurationen kann es vorteilhaft sein, den Speicher und die Verarbeitungsschaltungsteile an einer Stelle anzuordnen, die in unmittelbarer Nähe des stationären Schneidbohrmeißels ist, aber nicht tatsächlich im Bohrmeißel selbst. In diesen Fällen kann ein Hardware-Kommununikationssystem für das Führen der Sensordaten zu einer Stelle innerhalb der Bohrgarnitur für die Aufzeichnung im Speicher und wahlfreie Verarbeitungsoperationen angemessen sein.
Während die Erfindung in nur einer ihrer Formen gezeigt wurde, ist sie nicht dementsprechend begrenzt, sondern für verschiedene Änderungen und Abwandlungen empfänglich.

Claims

Bohrmeißel für eine Verwendung bei Bohrarbeiten in Bohrlöchern, der aufweist: einen Meißelkörper (55); ein Kupplungselement (53), das in einem oberen Abschnitt des Meißelkörpers (55) für das Sichern des Meißelkörpers (55) an einem Bohrgestänge (19) gebildet wird; mindestens einen Betriebszustandssensor (401, 403), der im Meißelkörper (55) für das Überwachen von mindestens einem Betriebszustand während der Bohrarbeiten angeordnet und von ihm getragen wird; dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Betriebszustandssensor (401, 403) ein Meißelausfallsensor für das Überwachen von mindestens einem Betriebszustand des Meißels während der Bohrarbeiten ist, der empirisch als vorhersagend für einen wahrscheinlichen Meißelausfall ermittelt wurde, und mindestens ein Speicherbauelement (417) im Meißelkörper (55) für das Aufzeichnen der Speicherdaten angeordnet und von ihm getragen wird, die einen wahrscheinlichen Ausfallzustand für einen Zeitintervall betreffen, der im Wesentlichen von gleicher Dauer wie die Bohrarbeiten ist.
Bohrmeißel nach Anspruch 1, der außerdem aufweist: mindestens ein Datenleseelement (427) für das Wiederherstellen der Daten, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen, der von dem mindestens einem Speicherbauelement (417) aufgezeichnet wurde, während die Bohrarbeiten erfolgen.
Bohrmeißel nach Anspruch 1, der außerdem aufweist: mindestens ein Datenleseelement (427) für das Wiederherstellen der Daten, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen, der von dem mindestens einem Speicherbauelement (417) aufgezeichnet wurde, nachdem die Bohrarbeiten erfolgten.
Bohrmeißel nach Anspruch 1, der außerdem aufweist: mindestens ein Datenleseelement (427) für das Wiederherstellen der Daten, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen, der von dem mindestens einem Speicherbauelement (417) aufgezeichnet wurde, nachdem der Bohrmeißel aus einem Bohrloch gezogen wird.
Bohrmeißel nach Anspruch 1, der außerdem aufweist: ein Kommunikationssystem (237) für das Übertragen von Informationen weg vom Bohrmeißel während der Bohrarbeiten.
Bohrmeißel nach Anspruch 1, der außerdem aufweist: ein Kommunikationssystem (237) für das Übertragen von Informationen vom Bohrmeißel zu mindestens einer speziellen Stelle im Bohrloch.
Bohrmeißel nach Anspruch 1, der außerdem aufweist: ein Kommunikationssystem (237) für das Übertragen von Informationen vom Bohrmeißel zu einer Stelle auf der Erdoberfläche.
Bohrmeißel nach Anspruch 1, der außerdem aufweist: ein Kommunikationssystem (237) für das Übertragen eines Warnsignals vom Bohrmeißel zu mindestens einer speziellen Stelle im Bohrloch.
Bohrmeißel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der außerdem aufweist: ein Prozessorelement (411), das im Meißelkörper (55) für das Durchführen mindestens einer vordefinierten Analyse der Daten angeordnet und von ihm getragen wird, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen.
Bohrmeißel nach Anspruch 9, bei dem das Datenprozessorelement (411) mindestens eine vordefinierte diagnostische Analyse des mindestens einen Meißelbetriebszustandes durchführt, um zu ermitteln, ob ein Meißelausfall vor dem Auftreten der Meißelausfälle bevorsteht.
Bohrmeißel nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, bei dem die mindestens eine vorher festgelegte Analyse mindestens eine der folgenden umfasst: (a) Analyse der Spannung an speziellen Stellen am Bohrmeißel; (b) Analyse der Temperatur an speziellen Stellen am Bohrmeißel; (c) Analyse des mindestens einen Betriebszustandes in mindestens einem Schmiersystem des Bohrmeißels; und (d) Analyse der Beschleunigungen des Bohrmeißels.
Bohrmeißel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das mindestens eine Speicherbauelement (417) ein Halbleiterspeicherbauelement ist.
Bohrmeißel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der außerdem eine elektrische Stromversorgung aufweist, die im Meißelkörper (55) für das Zuführen von elektrischem Strom zu vom Meißelkörper (55) getragenen elektrischen Strom verbrauchenden Bauteilen angeordnet und von ihm getragen wird.
Verfahren zum Überwachen von mindestens einem Betriebszustand eines Bohrmeißels während der Bohrarbeiten in einem Bohrloch, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Bohrmeißels (26), der einen Meißelkörper (55) umfasst; Anordnen von mindestens einem Betriebszustandssensor im Meißelkörper; Anordnen von mindestens eines elektronischen Speicherblockes (417) im Meißelkörper; Sichern des Bohrmeißels (26) an einem Bohrgestänge (19) und Absenken des Bohrgestänges (19) in ein Bohrloch; Abbauen von geologischen Formationen mit dem Bohrmeißel (26); Nutzen des mindestens einen Betriebszustandssensors, um mindestens einen Betriebszustand zu überwachen, der empirisch als vorhersagend für einen wahrscheinlichen Meißelausfall ermittelt wurde, während des Schrittes des Abbauens von geologischen Formationen mit dem Bohrmeißel (26); und Aufzeichnen von Daten im mindestens einen elektronischen Speicher (417), die mindestens einen Betriebszustand betreffen, während des Schrittes des Abbauens von geologischen Formationen mit dem Bohrmeißel (26) über einen Zeitintervall, der im Wesentlichen von gleicher Dauer wie die Bohrarbeit ist.
Verfahren nach Anspruch 14, das außerdem aufweist: Übertragen von Informationen zumindestens einer spezifischen Stelle im Bohrloch während des Schrittes des Abbauens von geologischen Formationen mit der Baugruppe.
Verfahren nach Anspruch 14, das außerdem aufweist: Übertragen von Informationen zu einer Stelle auf der Erdoberfläche während des Schrittes des Abbauens von geologischen Formationen mit der Baugruppe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, das außerdem aufweist: Anordnen eines Prozessorbauelementes (411) im Meißelkörper (55); und Nutzen des Prozessorbauelementes (411), um mindestens eine vorher festgelegte Analyse von Daten, die mindestens einen Betriebszustand betreffen, während des Schrittes des Abbauens von geologischen Formationen mit dem Bohrmeißel (26) durchzuführen.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Prozessorbauelement (411) während der Bohrarbeiten genutzt wird, um mindestens eine vordefinierte diagnostische Analyse durchzuführen, um zu ermitteln, ob ein Meißelausfall vor dem Auftreten der Meißelausfälle bevorsteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, das außerdem aufweist: Zurückziehen des Bohrmeißels (26) aus dem Bohrloch; Überprüfen der Daten, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen.
Verfahren nach Anspruch 19, das außerdem aufweist: Ermitteln aus den Daten, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen, ob der Bohrmeißel (26) in geeigneter Weise genutzt wurde oder nicht.
Tiefbohrvorrichtung für eine Verwendung bei Bohrarbeiten in Bohrlöchern, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Bohrgarnitur, die einen Bohrmeißel mit einem Meißelkörper (55) umfasst; ein Kupplungselement (53), das in einem oberen Abschnitt des Meißelkörpers (55) für das Sichern des Meißelkörpers (55) an einem Bohrgestänge (19) gebildet wird; mindestens einen Betriebszustandssensor (401, 403), der im Meißelkörper für das Überwachen von mindestens einem Betriebszustand während der Bohrarbeiten angeordnet und von ihm getragen wird; ein Prozessorelement, das in der Bohrgarnitur für das Durchführen von mindestens einer vordefinierten Analyse der Daten, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen, angeordnet wird; dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Betriebszustandssensor (401, 403) ein Meißelausfallsensor für das Überwachen von mindestens einem Betriebszustand des Meißels während der Bohrarbeiten ist, der empirisch als vorhersagend für einen wahrscheinlichen Meißelausfall ermittelt wurde, und mindestens ein Speicherbauelement (417) in der Bohrgarnitur für das Aufzeichnen der Speicherdaten angeordnet und von ihm getragen wird, die einen wahrscheinlichen Ausfallzustand für einen Zeitintervall betreffen, der im Wesentlichen von gleicher Dauer wie die Bohrarbeiten ist.
Bohrmeißel nach Anspruch 21, der außerdem aufweist: mindestens ein Datenleseelement (427) für das Wiederherstellen der Daten, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen, der von dem mindestens einem Speicherbauelement (417) aufgezeichnet wurde, während die Bohrarbeiten erfolgen.
Tiefbohrvorrichtung nach Anspruch 21, die außerdem aufweist: mindestens ein Datenleseelement (427) für das Wiederherstellen der Daten, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen, der von dem mindestens einem Speicherbauelement (417) aufgezeichnet wurde, nachdem die Bohrarbeiten erfolgten.
Tiefbohrvorrichtung nach Anspruch 21, die außerdem aufweist: mindestens ein Datenleseelement (427) für das Wiederherstellen der Daten, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen, der von dem mindestens einem Speicherbauelement (417) aufgezeichnet wurde, nachdem der Bohrmeißel aus einem Bohrloch gezogen wird.
Tiefbohrvorrichtung nach Anspruch 21, die außerdem aufweist: ein Kommunikationssystem (237) für das Übertragen von Informationen weg vom Bohrmeißel während der Bohrarbeiten.
Tiefbohrvorrichtung nach Anspruch 21, die außerdem aufweist: ein Kommunikationssystem (237) für das Übertragen von Informationen vom Bohrmeißel zu mindestens einer speziellen Stelle im Bohrloch.
Tiefbohrvorrichtung nach Anspruch 21, die außerdem aufweist: ein Kommunikationssystem (237) für das Übertragen von Informationen vom Bohrmeißel zu einer Stelle auf der Erdoberfläche.
Tiefbohrvorrichtung nach Anspruch 21, die außerdem aufweist: ein Kommunikationssystem (237) für das Übertragen eines Warnsignals vom Bohrmeißel zu mindestens einer speziellen Stelle im Bohrloch.
Tiefbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 28, die außerdem aufweist: ein Prozessorelement (411), das im Meißelkörper (55) für das Durchführen mindestens einer vordefinierten Analyse der Daten angeordnet und von ihm getragen wird, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen.
Tiefbohrvorrichtung nach Anspruch 29, bei der das Datenprozessorelement (411) mindestens eine vordefinierte diagnostische Analyse des mindestens einen Meißelbetriebszustandes durchführt, um zu ermitteln, ob ein Meißelausfall vor dem Auftreten der Meißelausfälle bevorsteht.
Tiefbohrvorrichtung nach Anspruch 29 oder Anspruch 30, bei dem die mindestens eine vorher festgelegte Analyse mindestens eine der folgenden umfasst: (a) Analyse der Spannung an speziellen Stellen am Bohrmeißel; (b) Analyse der Temperatur an speziellen Stellen am Bohrmeißel; (c) Analyse des mindestens einen Betriebszustandes in mindestens einem Schmiersystem des Bohrmeißels; und (d) Analyse der Beschleunigungen des Bohrmeißels.
Tiefbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 31, bei der das mindestens eine Speicherbauelement (417) ein Halbleiterspeicherbauelement ist.
Tiefbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 32, die außerdem eine elektrische Stromversorgung aufweist, die im Meißelkörper (55) für das Zuführen von elektrischem Strom zu vom Meißelkörper (55) getragenen elektrischen Strom verbrauchenden Bauteilen angeordnet und von ihm getragen wird.
Verfahren zum Überwachen von mindestens einem Betriebszustand eines Bohrmeißels einer Tiefbohrvorrichtung während der Bohrarbeiten in einem Bohrloch, um zu ermitteln, ob ein Meißelausfall bevorsteht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer Tiefbohrvorrichtung, die einen Bohrmeißel mit einem Meißelkörper umfasst; Anordnen von mindestens einem Betriebszustandssensor im Meißelkörper; Anordnen von mindestens einem elektronischen Speicherblock in der Tiefbohrvorrichtung; Anordnen eines Prozessorelementes in der Tiefbohrvorrichtung für das Durchführen von mindestens einer vordefinierten Analyse der Daten, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen; Sichern der Tiefbohrvorrichtung an einem Bohrgestänge und Absenken des Bohrgestänges in ein Bohrloch; Abbauen von geologischen Formationen mit dem Bohrmeißel; Nutzen des mindestens einen Betriebszustandssensors, um mindestens einen Betriebszustand zu überwachen, der empirisch als vorhersagend für einen wahrscheinlichen Meißelausfall ermittelt wurde, während des Schrittes des Abbauens von geologischen Formationen mit dem Bohrmeißel; und Aufzeichnen von Daten im mindestens einen elektronischen Speicher, die mindestens einen Betriebszustand betreffen, während des Schrittes des Abbauens von geologischen Formationen mit dem Bohrmeißel über einen Zeitintervall, der im Wesentlichen von gleicher Dauer wie die Bohrarbeit ist; wobei der mindestens eine Betriebszustandssensor ein Meißelausfallsensor für das Überwachen von mindestens einem Meißelbetriebszustand während der Bohrarbeiten ist, der empirisch als vorhersagend für einen wahrscheinlichen Meißelausfall ermittel wurde; und das Datenprozessorbauelement mindestens eine vordefinierte diagnostische Analyse des mindestens einen Meißelbetriebszustandes durchführt, um zu ermitteln, ob ein Meißelausfall vor dem Auftreten der Meißelausfälle bevorsteht.
Verfahren nach Anspruch 34, das außerdem aufweist: Übertragen von Informationen zumindestens einer spezifischen Stelle im Bohrloch während des Schrittes des Abbauens von geologischen Formationen mit der Baugruppe.
Verfahren nach Anspruch 34, das außerdem aufweist: Übertragen von Informationen zu einer Stelle auf der Erdoberfläche während des Schrittes des Abbauens von geologischen Formationen mit der Baugruppe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 36, das außerdem aufweist: Anordnen eines Prozessorbauelementes (411) im Meißelkörper (55); und Nutzen des Prozessorbauelementes (411), um mindestens eine vorher festgelegte Analyse von Daten, die mindestens einen Betriebszustand betreffen, während des Schrittes des Abbauens von geologischen Formationen mit dem Bohrmeißel (26) durchzuführen.
Verfahren nach Anspruch 37, bei dem das Prozessorbauelement (411) während der Bohrarbeiten genutzt wird, um mindestens eine vordefinierte diagnostische Analyse durchzuführen, um zu ermitteln, ob ein Meißelausfall vor dem Auftreten der Meißelausfälle bevorsteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 38, das außerdem aufweist: Zurückziehen des Bohrmeißels (26) aus dem Bohrloch; Überprüfen der Daten, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen.
Verfahren nach Anspruch 39, das außerdem aufweist: Ermitteln aus den Daten, die den mindestens einen Betriebszustand betreffen, ob der Bohrmeißel (26) in geeigneter Weise genutzt wurde oder nicht.