EP0811750A1 - Verfahren und Vorrichtung zur unterirdischen Erfassung der Teufe einer Bohrung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur unterirdischen Erfassung der Teufe einer Bohrung Download PDF

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    • E21B47/26—Storing data down-hole, e.g. in a memory or on a record carrier

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the underground detection of the depth of a borehole sunk into underground formations.
  • the underground depth detection is important for the implementation of drilling projects in which the direction of the borehole is program-controlled on the basis of data recorded underground.
  • the depth can also be determined by magnetic marking of the borehole wall and detection of the marking by a magnetically sensitive measuring device.
  • the magnetic marking device is housed at a predetermined distance in the drilling direction in front of the measuring device in the housing of the drilling tool. The measuring device responds accordingly to a magnetic marking each time after the predetermined distance between the marking and measuring device has been covered.
  • the invention is concerned with the problem of creating a method and a device for underground depth detection, which ensure reliable operation with great simplicity.
  • the invention detects one of the typical changes in the drilling parameters during the attachment of a pipe rod part to the drill rod, so that in connection with a program-specific specification of the length dimension of the pipe rod parts intended for use, the underground central processor supplies the current, exact devil value at short intervals can be as it is required for program control of the drilling process.
  • the resources to be used are extraordinarily simple, reliable and have a long service life.
  • a drilling device with a drilling tool is shown schematically and by way of example, which comprises a device for underground depth detection.
  • the drilling device comprises in its aboveground area a conventional drilling rig 1 with a rod bearing 2, in which rod parts 3 of the same predetermined length are accommodated.
  • the pipe rod parts 3 are removed from the rod bearing 2 by means of a lifting device 4 and become part of the drill rod 5 by screwing, with the lower end of which the drilling tool 7 schematically illustrated in the broken area 6 is connected.
  • the drilling tool located in the borehole 8 in the underground formation 9 comprises a housing 10 with a drive motor (not shown) accommodated therein, which drives a drill bit 12 via a drive shaft 11.
  • a computer 13 is not brought in as an enteral processor, which is supplied with measurement data acquired underground and is decisive for the direction of the borehole, the borehole profile.
  • the computer 13 includes a data memory 14 for the recording of predetermined data and is equipped with a program that, among others Measured data such as the inclination of the axis of the drilling tool evaluates and processes the switching impluse of a sensor 15, which responds to changes in the pressure or the flow of the drilling fluid. This is supplied in the usual manner from above through the drill string 5 and the drilling tool 7 to the drill bit 12, exits the drill bit 12 for cooling and flushing purposes and flows back through the annular space in the borehole 8 to the surface.
  • Measured data such as the inclination of the axis of the drilling tool evaluates and processes the switching impluse of a sensor 15, which responds to changes in the pressure or the flow of the drilling fluid.
  • the sensor is only indicated schematically at 15 and, like the computer 13, is arranged in a part of the housing 10 which does not rotate relative to the drill bit 12.
  • the length dimension of the pipe rod parts 3 intended for use is determined and entered together with the output step of the borehole 8 in the data memory 14 of the computer 13.
  • the computer 13 is activated and receives pulses from the sensor 15 as a function of an interruption in the flow of the drilling fluid or depending on the pressure drop in the drilling fluid as for an interruption of the drilling process when attaching a pipe rod part 3 to the drill rod 5 are typical.
  • the processing program of the computer 13 calculates the current depth, which is required as a control variable for the underground control of the drilling process, from the pulses received by the sensor 15, using the default data stored in the data memory 14.
  • a first switching pulse emitted by the sensor 15 causes the activation of the computer 13, in which case the drilling tool 7 is usually located on the bottom of a borehole 8, the output stage of which is in the Data storage 14 is stored.
  • a predetermined, coded sequence of switching pulses from the sensor 15 enables the computer 13 to be brought into a special operating state, regardless of the processing switching impulses of the sensor 15, which are used for determining the depth.
  • the computer can be put into a waiting state or supplied with data from above ground which, for example, results in a program change.
  • the deflection value calculated after each use of a drill rod part 3 is preferably transferred from the computer 13 to a direction control device 16 in the housing 10 of the drilling tool 7, which is supported above or below the computer 13 in the housing 10 and pivots a lower one, angled toward the central axis of the outer housing 10
  • Drive shaft 11 for the tool part comprising the drilling tool 12 causes when a change of direction is predetermined by the processing program of the computer 13.
  • Directional drilling tools with a direction control device integrated in the drilling tool are known in various designs (US-A-5215151; 5339913; 5311952) and therefore do not require any further explanation here.

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Abstract

Zur unterirdischen Erfassung der Teufe einer in unterirdische Formationen abgeteuften Bohrung wird das Längenmaß der zum Einsatz vorgesehenen Bohrgestängeteile erfaßt und zusammen mit der Ausgangsteufe des Bohrlochs in den Datenspeicher eines im Bohrwerkzeug untergebrachten, mit den Daten des geplanten Verlaufs des Bohrlochs vorprogrammierten Computers eingegeben, der Computer vor dem Einlassen in das Bohrloch oder bei Erreichen der Ausgangsteufe aktiviert, von einem Sensor des Computers die Anzahl der während des Abteufens der Bohrung eingesetzten Bohrgestängeteile erfaßt, und von einem Verarbeitungsprogramm des Computers die Teufe des Bohrlochs anhand der Anzahl und des Längenmaßes der eingesetzten Bohrgestängeteile errechnet. Das Bohrwerkzeug (7) umfaßt hierzu ein in dessen Gehäuse (10) abgestütztes Teufenmeßgerät (13,14,15) mit einem Computer (13), der einen Datenspeicher (14) für die Aufnahme von Datenvorgaben und ein Schaltimpulse eines Bohrspülungsdruck- oder -strömungssensors (15) auswertendes Verarbeitungsprogramm aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur unterirdischen Erfassung der Teufe einer in unterirdische Formationen abgeteuften Bohrung. Die unterirdische Teufeerfassung ist für die Durchführung von Bohrvorhaben von Bedeutung, bei denen der Richtungsverlauf des Bohrlochs auf der Grundlage von unterirdisch erfaßten Daten programmgesteuert wird.
  • Zur unteridischen Teufebestimmung ist es bereits bekannt (US-A-5341886) das eingesetzte Bohrwerkzeug mit einem Tastrad auszurüsten, das im Zuge des Bohrfortschritts die Bohrlochwandung überläuft und den zurückgelegten Weg als Meßwert einem im Gehäuse des Bohrwerkzeugs untergebrachten Computer als zentralem Prozessor zur Verfügung stellt. Alternativ kann auch die Teufe durch magnetisches Markieren der Bohrlochwandung und Erfassen der Markierung durch ein magnetsensibles Meßgerät ermittelt werden. Hierbei ist die magnetische Markierungsvorrichtung in einer vorgegebenen Distanz in Bohrrichtung vor der Meßvorrichtung im Gehäuse des Bohrwerkzeugs untergebracht. Ein Ansprechen der Meßvorrichtung auf eine magnetische Markierung erfolgt dementsprechend jedes Mal nach Zurücklegen der vorgegebenen Distanz zwischen Markierungs- und Meßvorrichtung.
  • Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur unterirdischen Teufeerfassung zu schaffen, die bei großer Einfachheit einen funktionssicheren Betrieb gewährleisten.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Hinsichtlich weiterer Ausgestaltungen des Verfahrens wird auf die Ansprüche 2 bis 5 verwiesen.
  • Die Erfindung erfaßt mit einem einfachen Sensor eine der typischen Veränderungen der Bohrparameter während des Anfügens eines Rohrgestängeteils an das Bohrgestänge, so daß in Verbindung mit einer programmgemäßen Vorgabe des Längenmaßes der zum Einsatz vorgesehenen Rohrgestängeteile der unterirdische Zentralprozessor in kurzen Abständen mit einem aktuellen, genauen Teufewert versorgt werden kann, wie er zur Programmsteuerung des Bohrungsablaufes benötigt wird. Die aufzuwendenden Mittel sind dabei außerordentlich einfach, betriebssicher und von hoher Lebensdauer.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, in der schematisch und beispielhaft eine Bohreinrichtung mit einem Bohrwerkzeug dargestellt ist, das eine Vorrichtung zur unterirdischen Teufeerfassung umfaßt.
  • Wie die Zeichnung näher erkennen läßt, umfaßt die Bohreinrichtung in ihrem oberirdischen Bereich einen üblichen Bohrturm 1 mit einem Gestängelager 2, in dem Rohrgestängeteile 3 von untereinander gleicher, vorgegebener Länge untergebracht sind. Die Rohrgestängeteile 3 werden mittels eines Hebezeugs 4 dem Gestängelager 2 entnommen und werden durch Anschrauben Bestandteil des Bohrgestänges 5, mit dessen unterem Ende das in dem aufgebrochenen Bereich 6 schematisch veranschaulichte Bohrwerkzeug 7 verbunden ist. Das im Bohrloch 8 in der unterirdischen Formation 9 befindliche Bohrwerkzeug umfaßt ein Gehäuse 10 mit einem in diesem untergebrachten Antriebsmotor (nicht dargestellt), der über eine Antriebswelle 11 einen Bohrmeißel 12 antreibt. Im Gehäuse 10 des Bohrwerkzeugs 7 ist ein Computer 13 als entralprozessor ungebracht, der mit unterirdisch erfaßten Meßdaten versorgt wird und für den Richtungsverlauf des Bohrlochs, das Bohrlochprofil, maßgeblich ist. Der Computer 13 umfaßt einen Datenspeicher 14 für die Aufnahme von vorgegebenen Daten und ist mit einem Programm ausgestattet, das neben anderen Meßdaten wie der Inklination der Achse des Bohrwerkzeugs die Schaltimpluse eines Sensors 15 auswertet und verarbeitet, der auf Veränderungen des Drucks oder der Strömung der Bohrspülung anspricht. Diese wird in üblicher Weise von übertage durch das Bohrgestänge 5 und das Bohrwerkzeug 7 hindurch dem Bohrmeißel 12 zugeführt, tritt aus dem Bohrmeißel 12 zu Kühl- und Spülzwecken aus und strömt durch den Ringraum im Bohrloch 8 nach übertage zurück.
  • Der Sensor ist bei 15 nur schematisch angedeutet und wie der Computer 13 in einem relativ zum Bohrmeißel 12 nicht rotierenden Teil des Gehäuses 10 angeordnet.
  • Für die Teufeerfassung wird das Längenmaß der zum Einsatz vorgesehenen Rohrgestängeteile 3 ermittelt und zusammen mit der Ausgangsteufe des Bohrlochs 8 in den Datenspeicher 14 des Computers 13 eingegeben. Vor dem Einlassen des Bohrwerkzeugs 7 in das Bohrloch 8 oder bei Erreichen der Ausgangsteufe im Bohrloch 8 wird der Computer 13 aktiviert und erhält vom Sensor 15 Impulse in Abhängigkeit von einer Unterbrechung der Strömung der Bohrspülung oder in Abhängigkeit vom Druckabfall in der Bohrspülung, wie sie für eine Unterbrechnung des Bohrvorganges beim Anfügen eines Rohrgestängeteils 3 an das Bohrgestänge 5 typisch sind. Das Verarbeitungsprogramm des Computers 13 errechnet aus den vom Sensor 15 empfangenen Impulsen unter Heranziehung der im Datenspeicher 14 gespeicherten Vorgabedaten die aktuelle Teufe, die als Steuergröße für die unterirdische Steuerung des Bohrverlaufs benötigt wird.
  • Befindet sich der Computer 13 in einem inaktiven bzw. deaktivierten Zustand, so bewirkt ein erster vom Sensor 15 abgegebener Schaltimpuls die Aktivierung des Computers 13, wobei sich in diesem Falle das Bohrwerkzeug 7 in der Regel auf der Sohle eines Bohrlochs 8 befindet, dessen Ausgangsteufe im Datenspeicher 14 hinterlegt ist. Durch eine vorgegebene, codierte Folge von Schaltimpulsen des Sensors 15 kann der Computer 13 in einen Sonderbetriebszustand überführt werden, und zwar unabhängig von der Verarbeitung von Schaltimpulsen des Sensors 15, die zur Teufeermittlung herangezogen werden. So kann beispielsweise der Computer in einen Wartezustand versetzt oder von übertage mit Daten versorgt werden, die beispielsweise eine Programmänderung zur Folge haben.
  • Der nach jedem Einsatz eines Bohrgestängeteils 3 errechnete Teufewert wird vorzugsweise vom Computer 13 einem Richtungssteuergerät 16 im Gehäuse 10 des Bohrwerkzeugs 7 übergeben, das oberhalb oder unterhalb des Computers 13 im Gehäuse 10 abgestützt ist und eine Verschwenkung eines unteren, eine zur Mittelachse des Außengehäuses 10 abgewinkelte Antriebswelle 11 für das Bohrwerkzeug 12 umfassenden Werkzeugteils bewirkt, wenn eine Richtungsänderung durch das Verarbeitungsprogramm des Computers 13 vorgegeben wird. Richtungsbohrwerkzeuge mit im Bohrwerkzeug integriertem Richtungssteuergerät sind in verschiedenen Ausführungen bekannt (US-A-5215151; 5339913;5311952) und bedürfen daher hier keiner näheren Erläuterung.

Claims (6)

  1. Verfahren zur unterirdischen Erfassung der Teufe einer in unterirdische Formationen abgeteuften Bohrung, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenmaß der zum Einsatz vorgesehenen Rohrgestängeteile erfaßt und zusammen mit der Ausgangsteufe des Bohrlochs in den Datenspeicher eines im Bohrwerkzeug untergebrachten, mit den Daten des geplanten Verlaufs des Bohrlochs vorprogrammierten Computers eingegeben, der Computer vor dem Einlassen in das Bohrloch oder bei Erreichen der Ausgangsteufe aktiviert, von einem Sensor des Computers die Anzahl der während des Abteufens der Bohrung eingesetzten Bohrgestängeteile erfaßt, und von einem Verarbeitungsprogramm des Computers die Teufe des Bohrlochs anhand der Anzahl und des Längenmaßes der eingesetzten Bohrgestängeteile errechnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf den Druck oder die Strömung der Bohrspülung ansprechender Sensor verwendet wird, der bei Druckauf- oder -abbau der Bohrspülung bzw. bei Ein- oder Aussetzen der Bohrspülungsströmung einen Schaltimpuls an den Computer abgibt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich in deaktiviertem Zustand befindender Computer durch einen ersten Schaltimpuls des Sensors aktiviert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer durch eine vorgegebene, kodierte Folge von Schaltimpulsen in einen vorgegebenen Sonderbetriebszustand überführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der nach jedem Einsatz eines Bohrgestängeteils errechnete Teufewert vom Computer einem Richtungssteuergerät des Bohrwerkzeugs übergeben wird.
  6. Vorrichtung zur unterirdischen Erfassung der Teufe einer in unterirdische Formationen abgeteuften Bohrung, mit einem mittels eines aus Bohrgestängeteilen (3) vorbestimmter Länge zusammengesetzten Bohrgestänges (5) in ein Bohrloch (8) einfahrbaren Bohrwerkzeug (7), dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrwerkzeug (7) ein in dessen Gehäuse (10) abgestütztes Teufenmeßgerät (13,14,15) mit einem Computer (13) umfaßt, der einen Datenspeicher (14) für die Aufnahme von Datenvorgaben und ein Schaltimpulse eines Bohrspülungsdruck- oder -strömungssensors (15) auswertendes Verarbeitungsprogramm aufweist.
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