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Verfahren zur Bestimmung der Neigung und des Streichens der von einem
Bohrloch durchstoßenen Formationen und Vorrichtung zur Gewinnung von Seitenwandbohrkernen
zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Bestimmung der orientierten Lage unterirdischer Formationen, und sie betrifft
insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Neigung und des
Streichens unterirdischer Schichten, durch die sich ein Bohrloch erstreckt.
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Um die erforderlichen Angaben für eine vollständige Vermessung zur
Auffindung möglicherweise Öl erzeugender Bodenformationen zu gewinnen, ist es erwünscht,
die Neigung und das Streichen von Formationen zu ermitteln, durch die sich ein Bohrloch-
erstreckt. In der Vergangenheit war es möglich, die Neigung bzw. Schräglage unterirdischer
Formationen dadurch zu ermitteln, daß man einen Teil des Bohrloches mit einem Kernbohrer
bohrte, um Kerne zu erhalten, die Angaben über die verschiedenen durchstoßenen Schichten
lieferten. ° Die Winkelstellung der unterirdischen Formationen in bezug auf - die
Waagerechte läßt sich durch die Untersuchung bzw. Messung mit Hilfe von Bohrkernen
leicht bestimmen, wenn die
Neigung des Bohrloches bekannt ist. Der
Bohrkern ermöglicht jedoch nicht die Messung der Neigung und des Streichens der
Formationen, solange man nicht einen orientierten Kern sowie Angaben über die Neigung
des Bohrloches gewonnen hat. Eine genaue Bestimmung der Neigung und.des Streichens
einer Formation ist jedoch selbst dann äußerst schwierig, wenn ein orientierter
Kern gleichachsig mit dem Bohrloch gebohrt wird, da -der geringe Durchmesser des
Kerns eine genaue Messungverhindert. Außerdem ist es oft erwünscht, Untersuchungen
hinsichtlich der Neigung und des Streichens von Formationen durchzuführen, nachdem
eine Bohrung bereits gebohrt worden ist; in diesem Falle ist es unmöglich, einen
gleichachsig mit dem Bohrloch liegenden Kern zu gewinnen.
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Ein Zweck der Erfindung besteht daher darin, Vorrichtungen zu schaffen,
die es ermöglichen, aus einer gemeinsamen Schichtung einer Erdformation und vorzugsweise
in annähernd der gleichen Höhe aus einem einzigen die Schichtung durchdringenden
Bo'hrloc'h eine Mehrzahl von Seitenwandkernen zu gewinnen, die es erlauben, die
Neigung und das Streichen der-durch die Bohrung durchstoßenen Formationen leicht
zu ermitteln.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung von Mitteln,
die durch ein Bohrrohr hindurch in' das Gehäuse einer drehbaren Seitenwand-Kernbohrvorrichtung,
die an das untere Ende des Bohrloches angesetzt ist, eingebracht werden, um das
Gehäuse der Kernbohrvorrichtung um einen vorbestimmten Winkel in einer waagerechten
Ebene zu verdrehen, wodurch es ermöglicht wird, nacheinander eine Mehrzahl von Seitenwandkernen
zu gewinnen, die im wesentlichen in der gleichen Höhe eines einzigen Bohrloches
liegen, ohne das es erforderlich ist, das Bohrrohr aus der Bohrung zu entfernen.
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Die geometris@dhe Lage einer Ebene im Raum läßt sich aus den Schnittwinkeln
zwischen der Ebene (oder anderen zu der ursprünglichen Ebene parallelen Ebenen)
und jeder von drei Linien bekannter Lage bestimmen, wenn diese Linien nicht zueinander
parallel sind. Entsprechend kann man die Winkellage einer unterirdischen Formation
aus den Schnittwinkeln zwischen den Schichtungsebenen der Formation und jeder von
drei nicht parallelen Linien bekannter Lage ermitteln, wobei diese Winkel mittels
von der Hauptbohrung ausgehenden Hilfskernbohrungen. bestimmt werden, oder aber
mit Hilfe von Messungen an derjenigen Stelle, an der die parallelen Schichtüngsebenen.
der Formation mindestens drei Linien bekannter Orientierung; die nicht in einer
gemeinsamen Ebene liegen, schneiden. Es ist daher ein weiterer Zweck der Erfindung,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglichen, von einem gemeinsamen
Niveau einer Bohrung aus Kerne bekannter Lage zu gewinnen, wobei die Achsen dieser
Kerne im wesentlichen von .dem gleichen Punkt auf der Achse des Bohrloches ausgehen
und miteinander und mit der Achse des Bohrloches vorbestimmte Winkel bilden. Die
Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Fig. i zeigt einen Längsschnitt durch einen in besonderer Weise ausgeführten
Kernbohrteil, an dessen unterem Ende eine Orientierungsvorrichtung befestigt ist;
Fig. 2 zeigt eine teilweise als Längsschnitt gezeichnete Ansicht einer Vorrichtung,
die dazu dient, das untere Ende des in Fig. i dargestellten Kernbohrerteils um einen
vorbestimmten Winkel zu verdrehen; . Fig. 3 ist eine Ansicht einer Kernbohrvorrichtung,
die sö ausgeführt ist, daß sie in den in Fig. i dargestellten Kernbohrerteil eingeführt
werden und teilweise in radialer Richtung aus dem Kernbohrerteil herausragen kann;
Fig. q. zeigt irn Grundriß eine Formation, aus der drei Seitenwandkerne entnommen
worden sind, wobei die Achsen der Kerne um i2o° gegeneinander versetzt sind.
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Wie aus Fig: i hervorgeht, urnfaßt die zur Gewinnung einer Mehrzahl
von Kernen aus Erdformationen dienende Vorrichtung einen hohlen Bohrro'hrstrang
i i, der sich von der Erdoberfläche aus nach unten erstreckt; am unteren Ende des
Bohrrohres ist ein Abschnitt besonderer Ausführung befestigt, der ein rohrförmiges
Antriebsteil i2 und ein als Ablenkkeil ausgeführtes Gehäuse 1.2" umfaßt. Das Ablenkkeilgehäuse
12, kann am unteren Ende durch eine Kappe oder andere geeignete Mittel verschlossen
sein; vorzugsweise ist jedoch an dem Ablenkkeilgehäuse 12a ein langgestrecktes rohrförmiges
Gehäuse 13 befestigt, das zur Aufnahme einer Orientierungsvorrichtung oder
einer mit einem Neigungsmesser kombinierten Orientierungsvorrichtung eingerichtet
ist. Da solche Orientierungsvorrichtungen dein Fachmann auf dem Gebiet des Bohrens
und Vermessens von Bohrungen bekannt sind, und da der Aufbau und die Arbeitsweise
dieser Vorrichtungen nicht einen Teil der Erfindung darstellen, werden sie im folgenden
nicht näher beschrieben; sie werden vielmehr in den Figuren durch das in der Mitte
des Gehäuses 13 angeordnete Element 1q. schematisch dargestellt. Bei Verwendung
von Orientierungsvorrichtungen, die photographische Filme enthalten, wird der ringförmige
Raum zwischen der Orientierungsvorrichtung 1q. und dem Gehäuse -i3 mit einem geeigneten
hitzebeständigen Isolierstoff 15 gefüllt, wobei diese Füllung am oberen Ende durch
einen aus dem gleichen. Material bestehenden Stopfen 16 verversdhlossen wird, um
den Film und das Instrument vor den hohen Temperaturen zu. schützen, die in dem
Bohrloch auftreten könnten. Das untere Ende des Gehäuses 13 ist durch eine
Kappe 17 verschlossen.
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Das in Fig. i dargestellte aus den Einheiten 12, und 12" bestehende
besondere Glied des Bohrgestänges und die Seitenwand-Kernbohrvorrichtung 18
(Fig. 3) sind in bekannter Weise ausgeführt und können hinsichtlich Konstruktion
und Arbeitsweise denjenigen, Vorrichtungen ähneln, die in. den
USA.-Patentschriften
2 494 932 und 2 510 386 von C. O. D e n i i n g und anderen vom 17. Januar
1950
bzw. vom 6. Juni 195o beschrieben sind. Die Antriebsvorrichtung 12 ist
mit dem Bohrgestänge i i bei i9 durch Gewinde verbunden und besitzt an ihrer Innenwand
eine Mehrzahl von in ' Abständen angeordneten Rippen 22; die sich in axialer Richtung
längs eines Teils der Bohrung erstrecken.
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Die Antriebsvorrichtung 12 und die Ablenkkeilvorricht,ung 12a -sind
durch eine bei -2o allgemein angedeutete Wälzlageranordnung drehbar miteinander
verbunden, wobei die Wälzlageranordnung durch eine in das obere Ende der Ablenkkeilvorrichtung
12" eingeschraubte Brille 21 in ihrer Lage gehalten wird. Auf diese Weise entsteht
zwischen. dem Bohrgestänge i i und dem A_ blenkkeilgehäuse 12, eine drehbare Verbindung,'
so daß die Ablenkkeilvorrichtung in einem Bohrloch durch den Antriebsteil drehbar
unterstützt werden kann.
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Die Ablenkkeilvorrichtung 12a umfaßt ein rohrförmiges Gehäuse 23,
in dessen' Wandung in der Nähe des unteren Endes ein Schlitz 24 vorgesehen ist.
Der Schlitz 24 ist etwas weiter als der Durchmesser des Bohrers 25 (Fig.3) der Kernhohrvorrichtung
18. An der Außenseite des Gehäuses 23 .(Fig. i) sind eine oder mehrere nach außen
ragende Längsrippen 26 und 27 befestigt, die dazu dienen, die Ablenkkeilvorrichtung
12" in einer Bohrung zu zentrieren. Es ist ersichtlich, däß die Zentrierrippen 26
und 27 bei einer abgeänderten Ausführungsform auch an der Außenwand des Gehäuses
13, das am unteren Ende der Ablenkkeilvorrichtung i2, angebracht ist, befestigt
sein können.
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Innerhalb des unteren Endes der Bohrung der Ablenkkeilvorrichtung
12" ist gegenüber dem Schlitz 24 eine Ablenkplatte 28 angeordnet, die nach unten
in Richtung auf den Boden des Schlitzes 24 geneigt ist. Die Ablenkplatte 28 ist
innerhalb der Bohrung der Ablenkkeilvorrichtung 12" starr befestigt und dient dazu,
den Bohrkopf 25 (Fig. 3) der Kernbohrvorrichtung 18 während der Kernbohrarbeiten
durch den Schlitz 24 (Fig. i) hindurch nach außen abzulenken.
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Innerhalb der Bohrung sind an der Innenwand des Gehäuses 23 in der
Nähe des oberen Endes des Gehäuses mehrere axiale Rippen 31 ausgebildet bzw. befestigt,
und diese Rippen erstrecken sich über einen beträchtlichen Abschnitt der Länge der
Bohrung; sie dienen einem im folgenden noch zu erläuternden Zweck. Innerhalb der
Bohrung der Antriebsvorrichtung 12 ist ein ringförmiges Sitzteil 32 fest angeordnet.
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Die bei dem 'hier beschriebenen Verfahren verwendete und in Fig. 3
dargestellte Kernbohrvorrichtung 18 ist als Seitenwand-Kernrohr umlaufender Ausführung
bekannt. Allgemein gesprochen, umfaßt die Vorrichtung 18 einen Kernbohrer 25, ein
Kernrohr 33 und einen aus mehreren Abschnitten zusammengesetzten Antriebsschaft,
der seinerseits aus einem Schaft bzw. einem rohrförmigen oberen Abschnitt 34 und
einem rohrförmigen unteren Abschnitt 35 besteht. Diese beiden Abschnitte sind miteinander
durch eine durch die Bezugsziffer 36 allgemein angedeutete Gelenkkupplung miteinander
verbunden, während das Kernrohr 33 mit dem unteren Ende des Abschnitts 35 durch
eine ähnliche Gelenkkupplung 37 verbunden ist. Obwohl in Fig. 3 nur ein Zwischenabschnitt
35 des Antriebsschaftes dargestellt ist, ist es ersichtlich, daß auch eine größere
Zahl solcher Abschnitte verwendet werden kann. Ebenso kann das Kernrohr 33 mit dem
oberen rohrförmigen Abschnitt 34 durch andere biegsame Mittel, beispielsweise durch
einen biegsamen Rohrabschnitt, der in den USA.-Patentschriften 2 402 003,
2515 365 und :2515 366 von J. A. Z u b 1 i n dargestellten Ausführung, verbunden
sein, wobei das Wort »biegsam« in der vorliegenden Beschreibung wie auch in den
Patentansprüchen verwendet wird, um alle Ausführungsformen einzuschließen.
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Der Körper der Kernbohrvorrichtung 18 besitzt außen einen ringförmigen
Bund 38, dessen Durchmesser so gewählt ist, daß sich dieser Bund auf das in Fig.
i dargestellte Sitzteil 32 auflegen kann. In der Nähe des oberen Endes der Kernbohrvorrichtung
18 (Fig. 3) ist an dieser Vorrichtung ein in Längsrichtung verlaufender, radial
nach außen ragender Ansatz 41 befestigt, der so ausgebildet ist, -daß er zwischen
den Innenrippen 22 der Antriebsvorrichtung 12 (Fig. i) arbeiten kann. Das obere
Ende der Kernbohrvorrichtung 18 ist mit einem Fangkopf 42 ausgerüstet, der so ausgeführt
ist, daß an ihm ein Greif- bzw. Fangwerkzeug angreifen kann, das an einem Draht
durch das Bohrgestänge i i hindurch heruntergelassen wird. In den Wänden der Kernbdhrvorrichtung
können eine oder mehrere Öffnungen 43 und 43a (Fig. 3) vorgesehen sein, um die Zirkulation
eines strömenden Mittels während der Kernbohrarbeiten zu ermöglichen.
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Gemäß dem hier beschriebenen Verfahren zur Bestimmung der Neigung-
und des Streichens von Formationen ist es erforderlich, das Ablenkkeilgehäuse 12a
(Fig. i) um eine senkrechte Achse um einen vorbestimmten Winkel zu verdrehen. Um
diesen Arbeitsgang durchzuführen, ist das in Fig.2 dargestellte zum Verdrehen dienende
Werkzeug 44 vorgesehen. Das Werkzeug 44 besitzt einen Fangkopf 45, der es ermöglicht,
das Werkzeug mit Hilfe eines Drahtes, der mit einem zum Absenken in das Bohrgestänge
eingerichteten Fangwerkzeug (nicht dargestelilt) versehen ist, leiclht innerhalb
des Bohrgestänges i i abzusenken bzw. es aus dem Bohrgestänge zu entfernen.
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Das zum Verdrehen dienende Werkzeug 44 umfaßt ein langgestrecktes,
rohrförmiges Gehäuse 46, in dem ein langgestreckter Kolben 47, dessen unterer Abschnitt
47" einen etwas größeren Durchmesser aufweist, gleitend angeordnet ist. In die Innenwand
des Gehäuses 46 sind zwei Verriegelungen 5o und 51 mit federbelasteten Kugeln derart
eingelassen, daß die Verriegelungen in eine ringförmige Nut 52 eingreifen, die in
die Außenfläche des oberen Abschnitts des Kolbens 47 eingeschnitten ist. Wenn sich
der Kolben 47 in der zurückgezogenen Stellung befindet, greift die obere Verriegeleng
5o
in die Nut 52 ein, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Die zweite Verriegelung 51
greift in die Nut 52 4ein, nadhdem der Kolben 47 um den gewünschten Winkel verdreht
worden ist. - Es ist ersichtlich, daß beliebige andere geeignete Anschlagmittel
an Stelle der Kugelverriegelungen 5o und 51 verwendet werden können, um die Bewegung
des Kolbens 47 in beiden Ridhtungen zu. begrenzen.
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An der Außenseite des unteren verdickten Abschnitts 47" des Kolbens
47 ist eine schraubenlinienförmige Nut 53 bzw. ein Teil einer solchen Nut ausgebildet
(bzw. in die Außenfläche eingeschnitten) ; diese Nut 53 erstreckt sieh in Umfangsrichtung
über einen Winkel, der demjenigen Winkel entspricht, um den der Kolben 47 innerhalb
seines Gehäuses 46 verdreht werden soll. Wenn es beispielsweise erwünsdht ist, daß
der Kolben 47 gegenüber der Stellung des Gehäuses 46 um einen Winkel von 1200 verdreht
wird, muß sich die schraubenlinienförmige Nut 53 über ein Drittel des Umfanges des
Kolbens 47 erstrecken, wie es @ in Fig. 2 dargestellt ist. Soll der Kolben jedoch
nur um go° verdreht werden, darf sich die Nut 53 nur über ein Viertel des Umfanges
des Kolbens erstrecken.
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An der Innenwand des Gehäuses 46 ist ein Führungsstift 54 derart befestigt,
daß er sich in radialer Richtung in die Nut 53 des Kolbens erstreckt: Wenn sich
der Kolben in axialer Richtung gegenüber seinem Gehäuse 46 bewegt, folgt der Stift
54 der Nut 53 und bewirkt dadurch, daß der Kolben verdreht wird. In der Gehäuses
46 sind in der Nähe des oberen Endes dieses Gehäuses Öffnungen 55 und 56 vorgesehen,
um zu ermöglichen, daß ein unter Druck stehendes Mittel in das Gehäuse eintritt
und einen Druck auf die Oberseite des Kolbens 47 ausübt.
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In die Wand des Gehäuses 46 ist ein sich in Längsrichtung erstreckender
und nach -außen ragender Anschlag bzw. Lappen 6o . derart eingesetzt; daß dieser
Anschlag zurückziehbar ist. Der Anschlag 6o ist in die Wand des Gehäuses eingelassen
und wird normalerweise durch eine oder mehrere Federn 61, die durch eine Stützplatte
62 oder andere geeignete Mittel in ihrer Lage gehalten werden, in die in Fig. 2
dargestellte äußere Stellung gedrückt. Ein ähnlicher 'zurückziehbarer Anschlag 63
ist in das untere Ende des Kolbens 47, eingelassen; dieser Anschlag wird durch eine
Feder 64 nach außen vorgespannt.
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Bei der Bestimmung der Neigung und des Streichens von Formationen
mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden _ unter Verwendung einer umlaufenden
Vorrichtung 18 zur Entnahme von Seitenwandbohrkernen -(Fig. 3), die jeweils gleichzeitig
nur einen. Bohrkern erbohrt, drei Seitenwändbohrkerne gewonnen. Um eine genaue Bestimmung
der Neigung und des Streichens zu ermöglichen, müssen folgende Werte bekannt sein:
1. der Winkel, den jeder einzelne Bohrkern mit der Achse des Bohrloches bildet;
2. der Neigungswinkel der Achse des Bohrloches gegenüber der Senkrechten; 3. die
von den Achsen der drei Bohrkerne eingeschlossenen Winkel; 4. mindestens die Orientierung
des ersten entnommenen Bohrkerns; obwohl es vorzuziehen ist, wenn die Orientierung
sämtlicher drei Bohrkerne bekannt ist.
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Zum Betrieb der hier beschriebenen Vorrichtung wird ein Bohrgestänge
i i gemäß der Darstellung in Fig. i zusammengestellt, wobei der in besonderer Weise
ausgeführte Abschnitt, der die Bauteile 12 und 12Q umfaßt, am unteren Ende des Bohrgestänges
ii befestigt wird; ferner wird in dem an den erwähnten Bohrgestängeabschnitt angehängten
Bauteil 13 ein -Mehrfachschuß-Vermessungsgerät der Bauart Eastman (multiple-shot
Eästman surveying instrument) untergebracht. Mehrfachschuß-Vermessttngs eräte, die
dem Fachmann auf dem Gebiet des W@iederbringens von Bohrungen bekannt sind, besitzen
Mittel zur periodischen Aufzeichnung der Orientierung desjenigen Instruments, an
dem sie befestigt sind, und sie dienen zur Aufzeichnung der Neigung der Bohrung,
in die das erwähnte Instrument abgesenkt wird. Wenn das rohrförmige Gehäuse 13 mit
dem Ablenkkeilgehäuse 12, fest verbunden ist, bleibt die Winkelstellung des Bohrgestänges
gegenüber der Orientierungsvorrichtung 14 unverändert. Das Azimut des Ablenkkeilgehäuses
12Q kann somit für dessen ursprüngliche Stellung innerhalb eines Bohrloches aus
dem durch das Vermessungsgerät 14 aufgezeichneten Azinvut bestimmt. oder berechnet
werden.
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Sobald das Bohrgestänge ii und der in besonderer .Weise ausgeführte
Abschnitt 12-12Q an derjenigen Stelle des Bohrloches hängen bzw: verankert sind,
an der eine Reihe von Seitenwandbohrker.nen entnommen werden. @so11, kann man die
Kernbohrvorrichtung r8 (Fig. 3) durch das Bohrgestänge i i hindurch herunterfallen
lassen oder sie an einem Draht innerhalb des Bohrgestänges absenken. Der Schneidkopf
2,5 des Kernrohres 33 stößt dann gegen die Ablenkplatte 28 der Ablenkkeilvorrichtung
12Q, die das Kernrohr 3-3 durch den Schlitz 24 hindurch in Richtung auf die Wand
des Bohrloches ablenkt. Dann wird das Bohrgestänge einschließlich der rohrförmigen
Bauteile ii und i2 gedreht, während die Ablenkkeilvorrichtung 12" dadurch an einer
Drehung gehindert wird, daß der Kernbohrkopf 25 an der Formation angreift. Der Bohrkern
wird durch die Schneidwirkung des Kopfes 25 gewonnen, der zusammen mit der ganzen
Anordnung 18 gedreht wird, da der Ansatz 41 in die Rippen 22 des umlaufenden Bauteils
12 eingreift.
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Sobald die Kernbohrvorrichtung ihre Stellung in der * Antriebsvorrichtung
12 eingenommen hat, -führt man an der Mündung des Bohrloches mit Hilfe einer Pumpe
(nicht dargestellt) ein unter Druck stehendes Mittel in das Bohrgestänge i 1 ein,
um einen Druck auf die Oberseite der Kernbohrvorrichtung auszuüben. Dieser Druck
bewegt die Kernbohrvorrichtung 18 allmählich nach unten, während die Vorrichtung
gedreht wird, und der Bohrkopf 25 (Fig. 3) erzeugt in der Seitenwand des Bohrloches
71 (Fig. 5) eine Bohrung.7o (Fig. 5), während die Bohrung des Kernrohres 33 einen
zylindrischen
Kern (nicht dargestellt) aufnimmt, dessen Durchmesser ebenso groß ist wie der Innendurchmesser
des ringförmigen Kernbohrers 25. Während der Kernbohrarbeiten kann eine Flüssigkeit
durch die Öffnungen 43 und 43a (Fig. 3) der Kernbohrvorrichtung 18 hindurchgepumpt
werden, um am Umfang des Kernbohrers 25 auszuströmen.
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Sobald der Kernbohrer das Ende seiner Bewegung nach unten erreicht
hat, legt sich der ringförmige Anschlag 38 (Fig.3) der Kernbohrvorrichtung 18 auf
die ringförmige Sitzfläche 32 (Fig. i) der Antriebsvorrichtung 12 auf, um eine weitere
Abwärtsbewegung der Kernbohrvorrichtung 18 zu verhindern. Nunmehr wird die Drehbewegung
des Bohrgestänges i i unterbrochen, und man läßt einen Draht (nicht dargestellt),
der mit einer zum Angreifen an dem Fangkopf 42 (Fig. 3) eingerichteten Verriegelung
versehen ist, durch das BohTgestämge i i (Fig. i) herunter, woraufhin die Kernbohrvorrichtung
18 (Fig. 3) an die Oberfläche gezogen und aus dem Bohrgestänge i i entfernt wird.
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Dann läßt man das zum Verdrehen dienende Werkzeug 44 (Fig.2)
durch das Bohrgestänge hindurch herunterfallen (bzw. man läßt das Werkzeug an einem
Draht herunter), so daß das Werkzeug in den in besonderer Weise ausgeführten Abschnitt
12-12a gelangt, wobei der obere Ansatz 6o in eine der Nuten 22 (Fig. i) an der Innenwand
der Antriebsvorrichtung 12 eingreift, während der untere Ansatz 63 (Fig. 2) in eine
der Nuten 31 (Fig. i) in dem Ablenkkeilgehäuse 12" eingreift. Während des Durchtritts
des zum Verdrehen dienenden Werkzeugs 44 (Fig. 2) durch das Bohrgestänge i i (Fig.
i) werden die Ansätze 6o und 63 entgegen dem Druck der Federn 61 bzw. 64 in die
zugehörigen Aussparungen hineingedrückt, so daß sie im wesentlichen mit der Oberfläche
des Werkzeugs 44 bündig sind, bis sie jeweils den oberen Enden der Nuten
22 bzw. 31 gegenüberstehen.
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Wenn sich das zum Verdrehen dienende Werkzeug 44 innerhalb des Bohrgestängeabschnitts
12-12a befindet, wird Druckflüssigkeit nach unten durch. das Bohrgestänge i i (Fig.
i) und durch die Öffnungen 55 und 56 (Fig. 2) in das Werkzeug 44
hineingepumpt.
Die Druckflüssigkeit wirkt auf die Oberseite des Kolbens 47 und drückt- diesen nach
unten, so daß er die Kugelverriegelung 5o entriegelt. Der Kolben 47 bewegt sich
in axialer Richtung innerhalb seines Gehäuses 46 weiter, wobei sich der Stift 54
längs der Nut 53 bewegt und dadurch bewirkt, daß sich der Kolben um den gewünschten
Winkel dreht, beispielsweise um 12o°, d. h., diese Drehung ist beendet, sobald der
Stift 54 das obere Ende der Nut 53 erreicht hat.
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Da der untere Ansatz 63 des zum Verdrehen dienenden Werkzeugs 44 (Fig.
2) an den Rippen 31 (Fig. i) des Ablenkkeilgehäuses 12" angreift, bewirkt eine Drehung
des Kolbens 47 des Werkzeugs 44 eine entsprechende Drehung des Ablenkkeilgehäuses
12a um die zugehörigen Kugellager 20, so daß der Schlitz 24 auf einen anderen Sektor
der Bohrlochwandung eingestellt wird; um einen zweiten Kern zu bohren. Die Orientierungsvorrichtung
14, die unterhalb der Ablenkkeilvorrichtung 12" mitgeführt wird, dreht sich zusammen
mit dem Teil 12" und verzeichnet somit das Azimut in dfer neuen Stellung.
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Dann wird das zum Verdrehen dienende Werkzeug 44 mit Hilfe eines Drahtes
aus dem Abschnitt 12-12a herausgezogen, und die Kernbohrvorrichtung 18 (Fig.3) wird
erneut durch das Bohrgestänge i i hindurch in den Abschnitt 12-12a hinein abgesenkt,
woraufhin ein zweiter Kern gebohrt wird, so daß eine zweite Bohrung 72 entsteht,
wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist. Die Arbeitsgänge zum Verdrehen und Bohren
eines Kernes werden dann ein drittes Mal wiederholt, wobei zuerst das zum Verdrehen
dienende Werkzeug 44 in den Abschnitt 12-12a eingeführt wird, um das Ablenkkevlgehäwse
12, um einen weiteren Winkel von 12o° zu drehen; dann wird das Werkzeug 44 entfernt
und durch die Kernbohrvorrichtung 18 ersetzt, um in der bereits beschriebenen Weise
eine dritte sich radial ,nach außen erstreckende und nach unten neigende Bohrung
73 (Fig. 4) zu bohren.
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DerWinkel , den die Achsen der einzelnen Kerne mit der Achse des Abschnitts
12-12a einschließen, ist stets gleich, und dieser Winkel ist durch denjenigen Winkel
bekannt, unter dem die Ablenkplatte 28 des Ablenkkeilgehäuses 12" geneigt ist. Wenn
die Achse des Bohrloches von der Senkrechten abweicht, wird ihre Neigung durch einen
Neigungsmesser, der in der Orientierungsvorrichtung, enthalten sein kann, gemessen.
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Die orientierten Bohrkerne, die sich in der oben beschriebenen Weise
mit Hilfe einer umlaufenden Kernbohrvorrichtung gewinnen lassen, besitzen eine erhebliche
Länge und weisen sauber geschnitteneOberflächen auf; sie sind daher im allgemeinen
solchen Seitenwandbohrkernen überlegen, die mit Hilfe von Kerngewinnungsvorrichtungen
hergestellt werden, die die Kerne nicht aus der Formation herausschneiden, sondern
sie aus dem Material herausstechen. Aus einer Untersuchung der Bohrkerne, die mit
Hilfe des hier beschriebenen Verfahrens gewonnen sind, ergibt sich somit deutlich
die Abgrenzungslinie zwischen zwei Schichten bzw. Lagen der unterirdischen Formation
sowie der Winkel zwischen dieser Linie und der Achse des Bohrkernes, wobei dieser
Winkel leicht gemessen werden kann. Da die gegenseitige Lage der Bohrkerne im Raum
aus den während der Kernbohrarbeiten gewonnenen Angaben bestimmt werden kann und
da der aus den Bohrkernen ersichtliche Winkel zwischen jedem der Bohrkerne und der
Ebene einer Formationsschichtung an dem Bohrkern gemessen werden kann, läßt sich
die Winkellage der unterirdischen Schichten, aus denen die Bohrkerne gewonnen wurden,
leicht bestimmen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wurde in bezug auf die vorzugsweise
anzuwendende Arbeitsweise beschrieben, bei der Bohrkerne in im wesentlichen gleicher
Höhe des Bohrloches entnommen werden; es ist jedoch ersichtlich, daß zahlreiche
Bohrlöcher
eine Formation bzw. Formationen durchstoßen, die eine
parallele Schichtung aufweisen. In Gebieten, in denen eine parallele Schichtung
gegeben ist, lassen sich das Streichen und die Neigung der Formationen mit Hilfe
des erfindungsgemäßen Verfahrens leicht bestimmen, wobei die orientierten Kerne
in erheblichen Abständen voneinander längs der senkrechten Achse des Bohrloches
entnommen werden.