DE940283C

DE940283C - Measuring device for determining the diameter of deep boreholes

Info

Publication number: DE940283C
Application number: DEE6978A
Authority: DE
Inventors: Harlan J Eastman; John Jackson
Original assignee: EASTMAN INTERNAT Co
Current assignee: EASTMAN INTERNAT Co
Priority date: 1953-03-27
Filing date: 1953-03-27
Publication date: 1956-03-15

Description

Meßgerät zur Bestimmung des Durchmessers von Tiefbohrlöchern Die bekannten Geräte zur Vermessung des Durchmessers eines Tiefbohrloches haben mechanisch arbeitende, die Bohrloohweite abtastende Taster. Sie steuern eine in einer Meßkammer flüssigkeitsdicht eingeführte Stange, welche die Einstellung eines veränderlichen, in der Meßkammer angeordneten elektrischen Schaltungselements regelt. Das Schaltungselement ist durch ein aus dem Bohrloch herausgeführtes Kabel an eine über Tage angeordnete elektrische Meßeinrichtung angeschlossen. Diese Einrichtung liefert aber keine einwandfreien Meßergebnisse, denn es gibt bisher kein einwandfreies $ohrlochkabel, welches bei einer Länge von beispielsweise iooo oder mehr Metern die Meßergebnisse unverfälscht überträgt. Das Kabel ändert nämlich seinen Widerstand infolge der Erdwärme, die etwa 15o° C betragen kann. Der-hydrostatische Druck der Bohrlochflüssigkeit von einigen ioo atü verändert den Ableitungswiderstand und die elektrischen Kapazitätswerte des Kabels. Alle diese unvermeidlichen Änderungen der elektrischen Kabelwerte.gehen in einer nicht nachzuprüfenden Weise in das Ergebnis der elektrischen Messungen ein. Die Meßkamnner mit dem darin angeordneten elektrischen Schaltungselement muß hohe hydrostatische Drücke aushalten. Sie läßt sich aber nicht zuverlässig abdichten, wenn eine Steuerstange durch eine Stopfbuchse in die Meßkammer eingeführt ist.Measuring device for determining the diameter of deep boreholes The known Devices for measuring the diameter of a deep borehole have mechanically working, buttons that scan the hole width. You control a liquid-tight in a measuring chamber introduced rod, which allows the setting of a variable, in the measuring chamber arranged electrical circuit element regulates. The circuit element is through a cable led out of the borehole to an electrical one located above the surface Measuring device connected. However, this facility does not deliver flawless ones Measurement results, because up to now there is no flawless ear-hole cable which is available from a length of, for example, 1,000 or more meters, the measurement results are unadulterated transmits. The cable changes its resistance as a result of the geothermal energy that can be around 150 ° C. The hydrostatic pressure of the borehole fluid from a few ioo atü changes the leakage resistance and the electrical capacitance values of the cable. All of these inevitable changes in electrical cable values. Go in a non-verifiable manner in the result of the electrical measurements a. The measuring chamber with the electrical circuit element arranged therein must withstand high hydrostatic pressures. But she won't let her Reliable seal when a control rod is inserted through a stuffing box into the measuring chamber is.

Um. diese Schwierigkeiten zu vermeiden, werden die außerhalb einer abgeschlossenen Fotokammer mit einem Meßgerät mechanisch ermittelten Kaliberweiten erfindungsgemäß auf magnetisch induktivem Wege in die an das Meßgerät angeschlossene Fotokammer übertragen.Around. To avoid these difficulties, be the outside one closed photo chamber with a measuring device mechanically determined caliber widths according to the invention by magnetically inductive means in the connected to the measuring device Transfer photo chamber.

Abgeschlossene, fotografisch registrierende Meßgeräte werden schon zur Orientierung von Bohrkernen, zur Bestimmung von ölführenden Horizonten und zur Feststellung der Neigung von Bohrlöchern benutzt. Dabei handelt es.- sich aber nicht um die --A»ffgabe der vorliegenden Erfindung, die darin liegt, die außerhalb der abgeschlossenen Fotokammer mit einem Meßgerät mechanisch ermittelten Meßwerte durch die geschlossene Wand der Fotokammer hindurch in deren Inneres zu übertragen und in deren Innern fotografisch festzuhalten. .Completed, photographically recording measuring devices are already for the orientation of drill cores, for the determination of oil-bearing horizons and for Used to determine the inclination of boreholes. It is - but not to the --A »ffgabe of the present invention, which lies therein, the outside of the closed photo chamber with a measuring device mechanically determined measured values to transfer the closed wall of the photo chamber through into its interior and to be captured photographically inside. .

Die Erfindung betrifft also ein Gerät zur Vermessung des Durchmessers eines Bohrloches, verbunden- mit einem Gerät zur fotografischen Einzel-oder Reihenaufnahme der mit dem Gerät ermittelten Meßwerte.The invention thus relates to a device for measuring the diameter a borehole, connected to a device for single or serial photography the measured values determined with the device.

. Das Meßgerät mißt mechanisch die= lichten Weiten eines Bohrloches mit Tastern, welche die B6hrlochwand berühren, und eine Fotokammer nimmt einzeln oder reihenweise die .Meßergebnisse auf. Vorzugsweise ist das Meßgerät von der Fotokammer unabhängig und kann mit dieser zu. einer Meß-und Aufnahmevorrichtung vereinigt werden.. The measuring device mechanically measures the clear widths of a borehole with buttons that touch the wall of the drill hole, and a photo chamber takes one at a time or the measurement results in rows. Preferably the meter is from the photo chamber independent and can use this too. a measuring and recording device are combined.

Die Zeichnungen dienen zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Meß- und Aufnahmegeräts.The drawings serve to explain an exemplary embodiment of a measuring and recording device according to the invention.

Fig. i zeigt teils in Ansicht und teils im Schnitt ein Bohrloch- Kalibermeßgerät A gemäß der Erfindung, das mit einer Fotokammer B vereinigt ist. Darin sind die Meßtaster blockiert eingezeichnet; Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. i mit frei gegebenen, an der Bohrlochwand anliegenden Meßtastern; Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab eine koaxial über einer drehbar gelagerten Welle in Längsrichtung verschiebbar angeordnete Betätigungshülse, deren Längsverschiebung eine Drehung der Welle und damit eine Drehung des auf ihr sitzenden Magnetstabes bewirkt;.Fig. I shows partly in view and partly in section a borehole caliber measuring device A according to the invention, which is united with a photo chamber B. In there are them Blocked probe shown; FIG. 2 shows a detail from FIG released probes resting on the borehole wall; Fig. 3 shows in an enlarged Scale a coaxially displaceable in the longitudinal direction over a rotatably mounted shaft arranged actuating sleeve, the longitudinal displacement of a rotation of the shaft and so that it causes a rotation of the magnetic bar sitting on it ;.

Fig. q. zeigt einen Schnitt gemäß Linie 4:-q. der Fig. i, Fig. $ einen Schnitt gemäß Linie 5-5 der Fig. i, Fig.6 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab gemäß Linie 6-6 der Fig. i.Fig. Q. shows a section along line 4: -q. of Fig. i, Fig. $ a Section along line 5-5 of FIG. 1, FIG. 6 shows a section on an enlarged scale according to line 6-6 of FIG.

Das Gerät A zur Bestimmung des Durchmessers ist in den Figuren so dargestellt, -daß es mit dem Schutzgehäuse der Fotokammer B verbunden ist. Die Fig. i und 2 zeigen die Fotokammer B all ein Reihenaufnahmegerät. Das Instrument arbeitet selbständig. Es wird mit Trockenbatterien gespeist-und enthält eine Transportvorrichtung für den auf die Filmspule i2 gewickelten Film r i. Der Film läuft über eine Öffnung 13 mit der darin sitzenden, passenden Linse 1q.. Die elektfischen Lampen- -in Intervallen gezündet - belichten den Film i i. Dabei nimmt er die am unteren Ende des Instruments sitzende Magnetnadel 16 und das unter der Nadel befindliche Meßblatt auf. Die Stellung der Magnetnadel über dem Meßblatt wird in verschiedenen Tiefen des Bohrloches fotografisch aufgenommen.The device A for determining the diameter is like this in the figures shown -that it is connected to the protective housing of the photo chamber B. The fig. i and 2 show the photo chamber B all a series recording device. The instrument works independent. It is fed by dry batteries and contains a transport device for the film r i wound on the film reel i2. The film runs through an opening 13 with the matching lens 1q ignited - expose the film i i. He takes the one at the bottom of the instrument seated magnetic needle 16 and the measuring sheet located under the needle. The position the magnetic needle over the measuring sheet is photographed at different depths of the borehole recorded.

Die Fotokammer B wird üblicherweise beim Ablassen in das Bohrloch in ein Schutzrohr eingesetzt, um es vor Beschädigungen zu schützen. Das Meßgerät A wird. mit dem unteren Ende des Schutzrohres verbunden. Damit die Magnetnadel 1d in der Fotokammer B über dem Meßblatt den Durchmesser in den verschiedenen Tiefendes Bohrloches anzeigt, ist sie magnetisch mit einem ,Magnetstab im Meßgerät A gekoppelt. Die Einstellung des Magnetstabes wird durch die lichte Weite des Bohrloches beeinflußt.The photo chamber B is usually when draining into the borehole inserted in a protective tube to protect it from damage. The measuring device A will. connected to the lower end of the protective tube. So that the magnetic needle 1d in the photo chamber B above the measuring sheet, the diameter in the various depths It is magnetically coupled to a magnetic rod in the measuring device A. The setting of the magnetic rod is influenced by the clear width of the borehole.

Das Meßgerät hat einen röhrenförmigen Körper 2o. Sein oberes Ende ist als Gewindezapfen 2r ausgebildet und wird unten in das Schutzrohr io der Fotokammer eingeschraubt. Zwischen den verschraubten Teilen- kann ein Diohtungsring angeordnet werden, der das Eindringen von Flüssigkeit in die Fotokammer verhindert.The meter has a tubular body 20. Its upper end is designed as a threaded pin 2r and is inserted below into the protective tube io of the photo chamber screwed in. A sealing ring can be arranged between the screwed parts that prevents liquid from entering the photo chamber.

Der Körper 2o des Meßgeräts. A hat eine axiale Bohrung 23. Saie endet kurz unter dem Gewindezapfen 2i. Unten am Körper 2o sitzen mehrere Meßtaster 2q. in Abständen voneinander. Jeder Taster ist in einem senkrechten Schlitz 25 um einen Zapfen 26 drehbar. Die Zähl der Taster ist beliebig. Die Zeichnung zeigt drei in gleichen Abständen um den Körper angeordnete Taster. Ihre unteren Enden sollen die Wandung des Bohrloches abtasten. Zu dem Zweck wird jeder Taster 24 durch _eine Druckfeder 27 gegen die Bohrlochwandung gespreizt. Jede Feder sitzt einerseits auf einem Zentrierknopf 28 des Tasters und andererseits in einer Vertiefung 29 des Zentralblockes 3o. Dieser ist mit Stegen _3i am Körper 3o befestigt. Der Durchmesser des Bohrloches wird mit' dem Meßgerät üblicherweise beim Hochfahren abgetastet. Damit nun die Taster beim Herablassen des Meßgerätes nicht mit der Bohrlochwandung in Berührung kommen, werden sie in ungespreizter Stellung mit der Klinke 32 festgehalten. Die Klinke kann auf der am Zentralblock 3o befestigten Führungsstange 32a gleiten. Sie hat radial gerichtete Arme mit abwärts gebogenen Haken 3q.. Jeder Haken kann in den ihm gegenüberliegenden Gegenhaken 35 auf der Innenseite des Tasters 24 eingreifen. Eine Grundplatte 36 an der Klinke 32 sitzt unter den unteren Enden der eingeklinkten Taster 2q.. Gemäß Fig. i können sich die blockierten Taster 24 nicht spreizen. Infolgedessen kann das Meßgerät so in das Bohrloch hinabgelassen werden, ohne daß dabei die Taster mit der Bohrlochwandung in Berührung kommen. Sobald das Meßgerät auf der Sohle des Bohrloches aufstößt, wird die Klinke angehoben und dadurch geben ihre Haken die Taster frei, die sich nun unter der Einwirkung der Druckfedern 27 gegen die Wandung des Bohrloches spreizen. Dann wird das Meßgerät hochgeholt. Dabei steuert die Bohrlochwandung die Taster. Ihre unteren Enden bewegen sich bei einer Verengung des Bohrloches nach innen und bei einer Verbreiterung nach außen. Die Winkelstellung der Meßtaster 24 hängt also nur von der Weite des Bohrloches ab.The body 2o of the meter. A has an axial bore 23. Saie ends just below the threaded pin 2i. At the bottom of the body 2o there are several measuring probes 2q. at intervals from each other. Each button is in a vertical slot 25 by one Pin 26 rotatable. The number of buttons is arbitrary. The drawing shows three in equally spaced buttons around the body. Your lower ends should be the Scan the wall of the borehole. For this purpose, each button 24 is supported by a compression spring 27 spread against the borehole wall. Each spring sits on one side on a centering button 28 of the button and on the other hand in a recess 29 of the central block 3o. This is attached to the body 3o with webs _3i. The diameter of the borehole is given by ' the meter is usually scanned at startup. So that now the buttons at Lowering the measuring device will not come into contact with the borehole wall it is held in the unspread position with the pawl 32. The latch can open slide the guide rod 32a attached to the central block 3o. It has radially directed Arms with hooks bent downwards 3q .. Each hook can be placed in the opposite one Counter hooks 35 engage on the inside of button 24. A base plate 36 on the pawl 32 sits under the lower ends of the latched button 2q .. According to Fig. I, the blocked buttons 24 cannot spread. As a result, can the measuring device can be lowered into the borehole without using the buttons come into contact with the borehole wall. As soon as the measuring device is on the sole of the Pushes the borehole open, the pawl is raised and thereby give their hooks Button free, which is now under the action of the compression springs 27 against the wall of the borehole. Then it will be the meter picked up. Included the borehole wall controls the buttons. Their lower ends move at one Narrowing of the borehole towards the inside and, if it is widened, towards the outside. the Angular position of the probe 24 depends only on the width of the borehole.

Deren Bewegung wird durch eine Magnetkupplung auf die über der Meßscheibe 17 schwingende Magnetnadel 16- übertragen. Die Magnetkupplung sitzt oben in der Bohrung 23 des Körpers 2o. Sie besteht - wie Fig. 3 zeigt - aus einem auf dem oberen Ende einer drehbar gelagerten. Welle 41 sitzenden Magnetstab 40. Unmittelbar unter dem Magnetstab 4o sitzt am oberen Wellenende ein Lageransatz. Er läuft auf einem Kugellager 43, das in der Lagerplatte 44 angeordnet ist. Die Lagerplatte liegt mit ihrem unteren Außenrand auf dem in der Bohrung 23 eingeschraubten Ring 46 auf und mit ihrem oberen Außenrand an dem Absatz 45 an. Die drehbare Welle 41 gehtdurch die Lagerplatte 44 hindurch. Sie steckt in einer koaxial angeordneten, längs. verschiebbaren Betätigungshülse 47. Diese ist im Innern mit einer wendelförmigen Nut 48 versehen. Darin greift der auf der Welle 48 sitzende Stift 49 ein. Bei einer Längsverschiebung der Betätigungshülse wird die Welle 48 gedreht. Ein Haltering 5o verhindert die Längsverschiebung der Welle. Er sitzt auf der Welle an der Unterseite der Lagerplatte 44. Die Taster 24 des Meßgeräts A steuern die Längsbewegung der Betätigungshülse. Wie die Fig.2 und 3 zeigen, gleitet die Betätigungshülse in dem Lager 5 i. Es ist in die Bohrung 23 des Körpers 2o eingeschraubt. Ein Dichtungsring 52 kann zwischen dem Lager 5 i und dem Auflagerring 53 eingesetzt sein, um das Eindringen von Flüssigkeit in den Oberteil der Bohrung zu verhindern. Druckfeste Dichtungsringe 54 im unteren Ende des Lagers 51 umgeben hier die Betätigungshülse zur Abdichtung.Their movement is controlled by a magnetic coupling on the one above the measuring disc 17 vibrating magnetic needle 16- transferred. The magnetic coupling sits in the top of the Bore 23 of the body 2o. It consists - as Fig. 3 shows - from one on top End of a rotatable. Shaft 41 seated magnetic rod 40. Immediately below the magnetic rod 4o sits on the upper end of the shaft, a bearing approach. He runs on one Ball bearing 43 which is arranged in the bearing plate 44. The bearing plate lies with their lower outer edge on the screwed into the bore 23 ring 46 and with its upper outer edge on the shoulder 45. The rotatable shaft 41 passes through the bearing plate 44 therethrough. It is in a coaxially arranged, lengthways. sliding Actuating sleeve 47. This is provided with a helical groove 48 on the inside. The pin 49 seated on the shaft 48 engages therein. With a longitudinal shift the actuating sleeve, the shaft 48 is rotated. A retaining ring 5o prevents Longitudinal displacement of the shaft. It sits on the shaft on the underside of the bearing plate 44. The buttons 24 of the measuring device A control the longitudinal movement of the actuating sleeve. As shown in FIGS. 2 and 3, the actuating sleeve slides in the bearing 5 i. It is screwed into the bore 23 of the body 2o. A sealing ring 52 can between the bearing 5 i and the bearing ring 53 used to prevent the ingress of liquid to prevent in the top of the hole. Pressure-resistant sealing rings 54 in the lower The end of the bearing 51 here surrounds the actuating sleeve for sealing.

Die Betätigungshülse 47 hat unten eine durch ein Kugelgelenk befestigte Fußplatte 55. Dessen Kugel 56 sitzt am unteren Ende der Betätigungshülse und dessen Kugelschale 57 an der Fußplatte. Die Fußplatte wird durch die Druckfeder 59 gegen die Ansätze 58 der nach innen gewinkelten Taster 24 gepreßt. Infolgedessen wird die Bewegung der Taster über die Betätigungshülse auf den Magnetstab 40 übertragen, der dadurch in Drehung versetzt wird. Diese Drehung des Magnetstabes wirkt auf die Magnetnadel 16 im unteren Ende der Fotokammer B infolge der .mägnetischen Kupplung ein. Verständlicherweise sind die übrigen Einzelteile der Fotokammer B und des Meßgeräts A aus nichtmagnetischem Material, um die Nadel 16 nicht störend zu beeinflussen. Die Nullage der Magnetnadel entspricht dem eingeklinkten Zustand der Taster. Bei der Messung -der Bohrlochweiten wird der Zeitmechanismus der Fotokammer so eingestellt, daß die fotografischen Aufnahmen erst dann gemacht werden, wenn das Gerät bis auf den Grund des Bohrloches hinabgelassen ist und die Taster durch die Klinken freigegeben sind. Der Zeitmechanismus der Fotokammer löst dann eine fotografische Aufnahme der Magnetnadel 16 und des Zifferblattes 17 aus. Das Zifferblatt ist zweckmäßigerweise so eingestellt, daß die Stellung der Nadel den durch die Taster gemessenen Durchmesser des Bohrloches angibt. Nach der Aufnahme löscht der Zeitmechanismus die Beleuchtung und. schaltet säe nach einer bestimmten Zeit für eine weitere Fotografie ein. Der Meßtechniker kennt die Aufnahmeintervalle der Fotokammer. Er kann daher das Meßgerät beim Hochziehen jeweils so lange anhalten, bis eine Fotografie gemacht ist. Wenn das Gerät dann die Oberfläche erreicht, hat der Film eine Reihe von Aufnahmen gemacht. Jede von ihnen ist in einer bestimmten Niveauhöhe des Bohrloches gemacht. Durch solche Aufnahmen kann die Weite des Bohrloches über seiner ganzen Länge hin ausgemessen werden.The actuating sleeve 47 has a base plate 55 fastened by a ball joint at the bottom. Its ball 56 is seated at the lower end of the actuating sleeve and its spherical socket 57 on the base plate. The foot plate is pressed by the compression spring 59 against the lugs 58 of the inwardly angled buttons 24. As a result, the movement of the button is transmitted via the actuating sleeve to the magnetic rod 40, which is thereby set in rotation. This rotation of the magnetic rod acts on the magnetic needle 16 in the lower end of the photo chamber B as a result of the magnetic coupling. Understandably, the remaining individual parts of the photo chamber B and the measuring device A are made of non-magnetic material in order not to interfere with the needle 16. The zero position of the magnetic needle corresponds to the latched state of the button. When measuring the borehole widths, the time mechanism of the photo chamber is set so that the photographs are only taken when the device is lowered to the bottom of the borehole and the buttons are released by the pawls. The time mechanism of the photo chamber then triggers a photograph of the magnetic needle 16 and the dial 17. The dial is expediently set so that the position of the needle indicates the diameter of the drill hole measured by the probe. After the exposure, the timing mechanism turns off the lighting and. switches on sow after a certain time for another photograph. The measuring technician knows the recording intervals of the photo chamber. He can therefore stop the measuring device while pulling it up until a photograph is taken. Then by the time the device reaches the surface, the film will have taken a series of exposures. Each of them is made at a certain level of the borehole. With such recordings, the width of the borehole can be measured over its entire length.

Das Meßgerät kann zweckmäßigerweise mit einem Aufnahmegerät gekuppelt werden, wie es zur Messung,der Neigung eines Bohrloches benutzt wird. Derartige Geräte sind mit einem Pendel ausgerüstet, das über einer Meßskala schwingt und dessen Stellung zur Meßskala fotografisch aufgenommen wird. Werden solche Geräte mit dem Meßgerät vereinigt, so braucht nur das Pendel aus dem Aufnahmegerät entfernt und gegebenenfalls die Magnetnadel eingesetzt zu werden, um ohne weiteres den Durchmesser in den verschiedenen Niveauhöhen des Bohrloches zu ermitteln.The measuring device can expediently be coupled to a recording device how it is used to measure the inclination of a borehole. Such Devices are equipped with a pendulum that swings over a measuring scale and its Position to the measuring scale is recorded photographically. Are such devices with the Combined measuring device, the pendulum only needs to be removed from the recording device and if necessary, the magnetic needle to be used to easily adjust the diameter to be determined in the different heights of the borehole.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Measuring device for determining the diameter of deep boreholes by means of several mechanically measuring buttons and by means of a device for individual or serial recording of the respective button positions, characterized by a closed photo chamber (B) with a rotatable mounted outside the chamber and mechanically coupled to the buttons Magnet (4o) which, with its magnetic field, inductively controls a magnetic needle (i6) arranged in the photo chamber (B) for the individual or series of photographs.

2. Measuring device according to claim a, characterized in that the button (24) components of a special measuring device (A), which are integrated with the photo chamber (B) Device is coupled.

3. Measuring device according to claim i and 2, characterized in that because ß the ends (58) of the buttons (24) act on an adjacent footplate (55), on which an axially displaceable actuating sleeve in a ball joint (56, 57) (47) sits, which its longitudinal displacement as a rotary movement on the rotatably mounted, Shaft (4.i) engaging in the sleeve with the magnetic rod at the end of the shaft (4o) transmits.

4. Measuring device according to claim i to 3, characterized in that the open end of the actuating sleeve closed at the other end with the ball joint (56) (47) pressure and moisture-proof in the upper pressure and moisture-proof, locked chamber of the mower (A) is inserted.

5. Mower according to claim i to 4, characterized in that the lens of the photo chamber on the one above Multi-scale oscillating magnetic needle (i6) is directed.

6. Mower according to claim i to 5., characterized in that the photo chamber is a self-releasing device for recording at adjustable time intervals and for film transport.

7. Mower according to claim i to 6, characterized in that the button with a lock (3z, 33) can be held in the locked position until the lock with its base plate (36) hits the bottom of the borehole. Cited publications: German Patent No. 695: 204; U.S. Patent Nos. Z 254,979, 2,346,484 2534632.