EP0172452A1 - Vorrichtung zur Fernübertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberfläche während des Betriebs eines Bohrgerätes - Google Patents

Vorrichtung zur Fernübertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberfläche während des Betriebs eines Bohrgerätes Download PDF

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EP0172452A1
EP0172452A1 EP85109490A EP85109490A EP0172452A1 EP 0172452 A1 EP0172452 A1 EP 0172452A1 EP 85109490 A EP85109490 A EP 85109490A EP 85109490 A EP85109490 A EP 85109490A EP 0172452 A1 EP0172452 A1 EP 0172452A1
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EP
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drill pipe
information data
pipe string
flushing liquid
transmitter unit
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Ulrich Dr.-Ing. Hense
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Norton Christensen Inc
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Definitions

  • the invention relates to a device for the remote transmission of information from a borehole to the earth's surface during the operation of a drilling device according to the preamble of claim 1.
  • Known devices of this type combine the devices for information data acquisition and the processor for converting the information data into a sequence of electrical control signals in the same housing insert or in separate, immediately adjacent housing inserts, e.g. can be galvanically coupled to one another by means of plug connections.
  • such an arrangement is only suitable for devices for recording such data that do not occur, or do not occur very selectively, as is the case e.g. applies to inclination, azimuth, temperature or pressure.
  • the object on which the invention is based is to also transmit information which is locally bound or which is to be recorded remotely by the processor, taking into account the special features of the operating conditions present in the drill pipe string.
  • the configuration of the device according to the invention enables data transfer from devices for information data acquisition to the processor even under conditions in which the cable routing for a direct connection would require considerable manufacturing and / or assembly work or which would be susceptible to faults due to the rough underground drilling conditions.
  • the possible combinations of devices for information data acquisition with prosessors are expanded.
  • FIG. 1 An embodiment of the object of the invention is illustrated in the drawing, which shows a longitudinal section through a drill located in a borehole.
  • the drilling device comprises a drill pipe string, designated as a whole by 1, with an inner flushing channel 2.
  • flushing liquid is pumped down through the inner flushing channel 2 by means of a pump 3, which passes through a drilling turbine 4 on its way to the bottom of the borehole and through nozzles one of the drilling turbine 4 driven rotary drill bit 5 exits into the borehole 6 and returns to the earth's surface through the annular space 7 surrounding the drill pipe string 1.
  • a device for the remote transmission of information, which comprises a structural unit 9 and a device for information data acquisition 10, which is spatially and locally separated from the structural unit 9.
  • the unit 9 comprises in section 11 a series of devices for information data acquisition, such as inclination and azimuth, and a processor section 12 in which the information data acquired by the devices arranged in section 11 are converted into a sequence of electrical control signals which controls a transmitter unit 13 for generating pressure pulses 14 in the flushing liquid flowing downward through the inner flushing channel 2.
  • the pressure pulses generated in this way propagate upwards, where they are detected on the surface of the earth by means of a pressure transducer 15 and fed to a measured value output and processing unit 16.
  • a generator or a battery pack which is accommodated in a section of this structural unit, is used for the underground power supply of the structural unit 9.
  • the processor of the remote data transmission device accommodated in section 12 of the unit 9 is capable of processing, in addition to the information data transmitted from the devices accommodated in section 11, the information data of at least one further device 10 that is remote from the unit 9.
  • the device 10 serves to record the speed of the turbine 4.
  • This device 10 comprises in particular a shaft 18 which is connected to the rotor 19 of the turbine 4 in a suitable manner, e.g. is connected by a clutch and possibly a gear.
  • a transmitter unit 20 is mechanically controlled, which consists of a rotary slide valve 21 connected to the shaft 18 and a fixed diaphragm 22 which can be hidden by the rotary slide valve 21 via a predetermined central angle.
  • this transmitter unit 25 continuous pressure pulses 24 are generated in the fluid flowing through the inner flushing channel 2 below the assembly lavage fluid as transmission path, which proceed and also in the area of the assembly 9 there by a receiver unit in the form of the arranged in the section 1 2 processor associated Druckwertauf disturbings 23 is detected.
  • the processor can further process the information data thus obtained by means of the separate transmission link 25 in the same manner as it does with the information data that are supplied to it by the devices accommodated in section 11.
  • the information data thus obtained can then be transmitted in coded form to the surface of the earth by means of the pressure pulses 14 generated by the transmitter 13.
  • the pressure pulses 24 emitted by the transmitter unit 20 are preferably selected in the frequency spectrum differently from the frequency spectrum of the pressure pulses 14.
  • a higher transmission frequency of the pressure pulses 24 generated by the transmitter unit 20 is preferably selected than the frequency of the pressure pulses 14 corresponds.
  • the pressure pulses 14 can be easily separated from the pressure pulses 24 on the surface of the earth by frequency selection means.
  • the pressure pulses 24 experience greater damping than the pressure pulses 14, so that with a sufficient frequency spacing, the decrease in amplitude of the pressure pulses 24 is also significantly greater than that of the pressure pulses 14.
  • the choice of different frequency spectra of the pressure pulses 24 and 14 also avoids a possible disruptive reaction effect of pressure pulses of opposite polarity generated by the transmitter 13 and acting on the pressure transducer in comparison to the pressure pulses 14.

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Abstract

Die Vorrichtung (B) zur Fernübertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberfläche während des Betriebs eines Bohrgerätes, das einen Drehbohrmeißel (5), einen Bohrrohrstrang (1) und eine Spülungsflüssigkeit im Spülungskanal (2) des Bohrrohrstranges (1) abwärts -, durch den Drehbohrmeißel (5) hindurch - und im den Bohrrohrstrang (1) umgebenden Ringraum (7) des Bohrlochs (6) aufwärtsfördernde Pumpe (3) umfaßt, besteht aus im Bohrrohrstrang (1) angeordneten Geräten (10) zur Informationsdatenerfassung, einem Prozessor (12) zum Umwandeln der Informationsdaten in eine Folge elektrischer Steuersignale und einem Geber (13) zum Erzeugen von Druckpulsen in der abwärtsgerichteten Strömung der Spülungsflüssigkeit in Abhängigkeit von den Steuersignalen. Dabei ist zumindest zwischen einem Gerät (10) zur Ermittlung der Informationsdaten und dem Prozessor (12) eine drahtlose, eine eigene Sendereinheit (20) und Empfängereinheit (23) umfassende Übertragungsstrecke (25) gebildet.

Description

  • Vorrichtung zur Fernübertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberfläche während des Betriebs eines Bohrgerätes
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fernübertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberfläche während des Betriebs eines Bohrgerätes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bekannte Vorrichtungen dieser Art vereinigen die Geräte zur Informationsdatenerfassung und den Prozessor zum Umwandeln der Informationsdaten in eine Folge elektrischer Steuersignale in demselben Gehäuseeinsatz oder in getrennten, unmittelbar aneinander grenzenden Gehäuseeinsätzen, die z.B. durch Steckverbindungen galvanisch miteinander koppelbar sind. Eine derartige Anordnung eignet sich aber nur für Geräte zur Erfassung solcher Daten, die nicht oder nicht ausgesprochen selektiv ortsgebunden auftreten, wie es z.B. für Inklination, Azimuth, Temperatur oder Druck zutrifft.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, auch ortsgebundene oder von dem Prozessor örtlich abgesetzt zu erfassende Informationsdaten unter Berücksichtigung der Besonderheiten der im Bohrrohrstrang vorliegenden Einsatzbedingungen zu übertragen.
  • Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß den Merkmalen im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung ermöglicht die Datenübertragung von Geräten für die Informationsdatenerfassung zu dem Prozessor auch unter solchen Bedingungen, bei denen die Kabelführung für eine direkte Verbindung einen erheblichen Herstellungs-und/oder Montageaufwand erfordern würde, oder die wegen der rauhen untertägigen Bohrbedingungen störanfällig wäre. Außerdem werden auch die Kombinationsmöglichkeiten von Geräten zur Informationsdatenerfassung mit Prosessoren erweitert.
  • Hinsichtlich weiterer Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Ansprüche 2 bis 6 verwiesen.
  • Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht, die einen Längsschnitt durch ein in einem Bohrloch befindliches Bohrgerät zeigt. Das Bohrgerät umfaßt einen als Ganzes mit 1 bezeichneten Bohrrohrstrang mit einem inneren Spülungskanal 2. Während des Betriebs des Bohrgerätes wird mittels einer Pumpe 3 Spülungsflüssigkeit durch den inneren Spülungskanal 2 abwärts gepumpt, die auf ihrem Wege zur Bohrlochsohle eine Bohrturbine 4 passiert und durch Düsen eines von der Bohrturbine 4 angetriebenen Drehbohrmeißels 5 in das Bohrloch 6 austritt und durch den den Bohrrohrstrang 1 umgebenden Ringraum 7 zur Erdoberfläche zurückkehrt.
  • Oberhalb der Turbine 4 befindet sich eine als Ganzes mit 8 bezeichnete Vorrichtung zur Fernübertragung von Informationen, die eine Baueinheit 9 sowie ein Gerät zur Informationsdatenerfassung 10 umfaßt, das räumlich und örtlich von der Baueinheit 9 abgesetzt ist. Die Baueinheit 9 umfaßt im Abschnitt 11 eine Reihe von Geräten zur Informationsdatenerfassung, wie z.B. Inklination und Azimuth, und einen Prozessorabschnitt 12, in dem die von den im Abschnitt 11 angeordneten Geräten erfaßten Informationsdaten in eine Folge elektrischer Steuersignale umgewandelt werden, die eine Gebereinheit 13 zur Erzeugung von Druckpulsen 14 in der durch den inneren Spülungskanal 2 abwärts strömenden Spülungsflüssigkeit steuert.
  • Die auf diese Weise erzeugten, mit 14 bezeichneten Druckpulse pflanzen sich nach oben hin fort, wo sie an der Erdoberfläche mittels eines Druckwertaufnehmers 15 erfaßt und einer Meßwertausgabe und Verarbeitungseinheit 16 zugeführt werden. Zur untertägigen Stromversorgung der Baueinheit 9 dient ein in einem Ab-schnitt dieser Baueinheit untergebrachter Generator oder ein Batteriepaket.
  • Der in Abschnitt 12 der Baueinheit 9 untergebrachte Prozessor der Vorrichtung zur Datenfernübertragung ist in der Lage, außer den von dem im Abschnitt 11 untergebrachten Geräten übermittelten Informationsdaten auch die Informationsdaten zumindest eines weiteren, örtlich von der Baueinheit 9 abgesetzten Gerätes 10 zu verarbeiten. Im vorliegenden Fall dient das Gerät 10 zur Erfassung der Drehzahl der Turbine 4. Dieses Gerät 10 umfaßt im einzelnen eine Welle 18, die mit dem Rotor 19 der Turbine 4 in geeigneter Weise, wie z.B. durch eine Kupplung und gegebenenfalls ein Getriebe verbunden ist.
  • Mittels der Welle 18 wird eine Sendereinheit 20 mechanisch gesteuert, die aus einem mit der Welle 18 verbundenen Drehschieber 21 und einer von dem Drehschieber 21 über einen vorgegebenen Zentriwinkel verdeckbaren feststehenden Blende 22 besteht. Mittels dieser Sendereinheit werden in der durch den inneren Spülungskanal 2 unterhalb der Baueinheit strömenden Spülungsflüssigkeit als Übertragungsstrecke 25 kontinuierliche Druckpulse 24 erzeugt, die auch in den Bereich der Baueinheit 9 fortschreiten und dort von einer Empfängereinheit in Form eines dem im Abschnitt 12 angeordneten Prozessor zugeordneten Druckwertaufnehmers 23 erfaßt wird. Der Prozessor kann die so mittels der gesonderten Übertragungsstrecke 25 erhaltenen Informationsdaten in gleicher Weise weiterverarbeiten, wie er es mit den Informationsdaten durchführt, die ihm von den im Abschnitt 11 untergebrachten Geräten zugeführt werden. Die so erhaltenen Informationsdaten können dann in codierter Form durch die mittels des Gebers 13 erzeugten Druckpulse 14 zur Erdoberfläche übertragen werden.
  • Um eine störende Beeinflußung der die Druckpulse 14 auswertenden Einheit 16 zu vermeiden, werden vorzugsweise die von der Sendereinheit 20 ausgesandten Druckpulse 24 im Frequenzspektrum verschieden von dem Frequenzspektrum der Druckpulse 14 gewählt. Vorzugsweise wird eine höhere Übertragungsfrequenz der von der Sendereinheit 20 erzeugten Druckpulse 24 gewählt, als der Frequenz der Druckpulse 14 entspricht. Dadurch lassen sich an der Erdoberfläche durch Frequenzselektionsmittel die Druckpulse 14 in einfacher Weise von den Druckpulsen 24 trennen. Außerdem erfahren die Druckpulse 24 aufgrund des Tiefpaßcharakters der Übertragungsstrecke für Druckpulse innerhalb der durch den inneren Spülungskanal 2 strömenden Spülungsflüssigkeit eine stärkere Dämpfung als die Druckpulse 14, so daß bei genügendem Frequenzabstand auch die Amplitudenabnahme der Druckpulse 24 wesentlich stärker ist, als die der Druckpulse 14.
  • Durch die Wahl verschiedener Frequenzspektren der Druckpulse 24 und 14 läßt sich auch ein eventueller störender Rückwirkungseffekt von durch den Geber 13 erzeugten und auf den Druckaufnehmer wirkenden Druckpulse umgekehrter Polarität im Vergleich zu den Druckpulsen 14 vermeiden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Fernübertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberfläche während des Betriebs eines Bohrgerätes das einen Drehbohrmeißel, einen Bohrrohrstrang und eine Spülungsflüssigkeit im Strömungskanal des Bohrrohrstranges abwärts -, durch den Drehbohrmeißel hindurch - und im den Bohrrohrstrang umgebenden Ringraum des Bohrlochs aufwärtsfördernde Pumpe umfaßt, bestehend aus im Bohrrohrstrang angeordneten Geräten zur Informationsdatenerfassung, einem Prozessor zum Umwandeln der Informationsdaten in eine Folge elektrischer Steuersignale und einem Geber zum Erzeugen von Druckpulsen in der abwärtsgerichteten Strömung der Spülungsflüssigkeit in Abhängigkeit von den Steuersignalen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwischen einem Gerät (10) zur Ermittlung der Informationsdaten und dem Prozessor (12) eine drahtlose, eine eigene Sendereinheit (20) und Empfängereinheit (23) umfassende Übertragungsstrecke (25) gebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium der Übertragungsstrecke (25) durch die von der Sendereinheit (20) druckbeaufschlagte Spülungsflüssigkeit gebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Sendereinheit (20) ausgesandte Frequenzspektrum von demjenigen des Gebers (13) zum Erzeugen von Druckpulsen in der abwärts gerichteten Strömung der Spülungsflüssigkeit an einen obertägigen Druckwertaufnehmer (15) verschieden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Sendereinheit (20) ausgesandte Frequenzspektrum höher ist.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (10) ein Drehzahlaufnehmer (18) für einen Meißeldirektantrieb (4) ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendereinheit (20) ein Drehschieberventil (21,22) darstellt.
EP85109490A 1984-08-06 1985-07-27 Vorrichtung zur Fernübertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberfläche während des Betriebs eines Bohrgerätes Expired EP0172452B1 (de)

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