EP2558682A2 - Communication system for transmitting information relating to drilling rods - Google Patents

Communication system for transmitting information relating to drilling rods

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Publication number
EP2558682A2
EP2558682A2 EP11735590A EP11735590A EP2558682A2 EP 2558682 A2 EP2558682 A2 EP 2558682A2 EP 11735590 A EP11735590 A EP 11735590A EP 11735590 A EP11735590 A EP 11735590A EP 2558682 A2 EP2558682 A2 EP 2558682A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drill
drill pipe
drill string
electronics
communication
Prior art date
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Granted
Application number
EP11735590A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP2558682B1 (en
Inventor
Peter Jantz
Klaus Hartmann
Wolf-Henning Twelsiek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universitaet Siegen
Original Assignee
Universitaet Siegen
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Filing date
Publication date
Application filed by Universitaet Siegen filed Critical Universitaet Siegen
Priority to PL11735590T priority Critical patent/PL2558682T3/en
Publication of EP2558682A2 publication Critical patent/EP2558682A2/en
Application granted granted Critical
Publication of EP2558682B1 publication Critical patent/EP2558682B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/028Electrical or electro-magnetic connections
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/12Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
    • E21B47/13Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling by electromagnetic energy, e.g. radio frequency

Definitions

  • the invention relates to a communication system for the transmission of
  • Information about drill pipe of a drill string for earth bores comprising a first drill pipe, one or more second drill pipe and a drill drive, wherein the first drill pipe and the second (s) drill string each consist of a hollow cylindrical
  • Drill pipe is formed with at least one axially extending line and with an upper end and a lower end, the lower end of the first drill string a receptacle for a
  • each of the second drill string with its lower end to the upper end of the first drill string or another second drill string rotatably connected and with its upper end to the lower end of another second drill pipe or with the
  • Drill drive is rotatably connected, wherein a sensor and / or actuators are to be transmitted from or to the measurement, parameterization, status and / or control data at the lower end of the first drill string and / or on the drill head is / are, wherein the data is transmitted or received along the drill string to or from a communication unit on or in the drill drive which is interfaced with a surface computer
  • Wells for gas, petroleum or geothermal exploration are typically 30 cm in diameter and approximately 2 km / 1, 5 mi in length. These holes are drilled using drill strings made from relatively light, jointed, jointed drill pipes of 9.14m / 30ft or 13.72m / 45ft in length. As the drilling progresses, additional drill string at the upper borehole end is added to the drill string. At the lower drill hole end of the drill string is usually a drill shank, the dead weight of which corresponds to the normal drill string strung together to 300 m /1,000 ft in length.
  • the chisel shaft is equipped with a drill bit. Due to the weight of the assembly and the rotating drive of the drill string from the surface, the drill bit digs into the soil. Sometimes too
  • Drilling mud motors or drilling mud turbines used for the drill bit drive. Mud or air is supplied from the surface through an axial bore of the drill string of the drill bit. This fluid removes the erosion from the wellbore over the hollow cylindrical space between the outer boom wall and the borehole wall.
  • the gases of the soil formation are monitored or sometimes applied a cooling for the drill bit.
  • the drill string results from the desire to automatically maintain a given direction of advance. This is especially important in mining deep drilling with a drill pipe supporting the drill pipe and a rotatably mounted on this and provided with guide rails and Anpress Swissen outer tube. Also a drill pipe for full and
  • Target boring bars stabilizers or centering and guiding devices installed. These are rods with attached
  • Target boring bars that correspond to the outer diameter of the drill diameter and, following the penetrating drilling tool, this concentrically.
  • Target boring bars have a built-in automatic vertical control that predefines and / or corrects the drilling direction by utilizing the force of gravity and using the pressure of the flushing liquid. For straight holes both after Full and core drilling, even with lengths up to 100 m, direction measurements are required in between to drill the hole
  • Holes include horizontal, vertical and oblique holes.
  • Corresponding measuring devices are, for example, as
  • Tilt sensors such as inclinometer, deflectometer or pendulum meter. Equally important is the transmission of measured values from sensors of other detection variables, i. other physical quantities.
  • the European patent application EP 1 213 440 A1 provides a 'method for transmitting information about a drill pipe' and a
  • each rod of the drill pipe a coaxial, electrically conductive inner pipe for the carriage of the under pressure
  • a first coil arrangement for inductive coupling in the vicinity of the closing, lower end of the drill string is located in the annulus , the inner line enclosing, and a second coil for inductive decoupling in the vicinity of the upper end of the linkage in the same arrangement.
  • a battery-powered sensor located near the drill near a battery-powered sensor whose signal is amplitude-processed and frequency-processed fed to the first coil, transmitted and received by the second coil and processed.
  • the coils are reversible usable as transmitting and receiving coils.
  • a further transmitting coil in the vicinity of the coil 2 and a further receiving coil in the vicinity of coil 1 is provided.
  • the arrangement represents electrically a coaxial line, consisting of an inner conductor, a cylindrical insulating layer and an outer conductor.
  • the quality of the transmission is material, medium, speed, length, amplitude and frequency dependent.
  • European Patent Application EP 468 891 A1 discloses a force measurement arrangement for a drill pipe with a device for
  • Radio transmission ' which is firmly connected to a rotatable shaft A sensor and a first electronic circuit for the preparation of the signals provided by the sensors, wherein the signals are conducted to a stationary detection unit, which is remote from a fixed mounted on the rotary shaft radio transmitter and the apparatus also has a radio receiver for the reception of of the
  • Detection unit has transmitted signals and that the radio receiver has means for parameterizing or for regulating the measuring device in response to the signals sent by the detection unit.
  • the sensors of the force measuring device are installed over days, as well as the radio link, so that remains as a technical feature of the rotating radio source and the stationary sink.
  • European Patent Application EP 1 915 504 A1 discloses a 'Bidirectional Drilling and Borehole Measurement and Drilling Control System' comprising a drilling rig with a derrick and a hook and pivot for the drill string, a rig
  • Mit surgeriestange a pump for the drilling fluid, which is conveyed from a pit via the rotary joint in the interior of the hollow cylindrical drill pipe and pushed over the drill bit emerging between Bohrstrang- outer wall and hole as drilling mud, with an electronics equipment below the pivot, the wirelessly communicates on the one hand with the construction site control and control computer and on the other hand with the surface participant of the drill string, the one forming a drill pipe interconnect, wherein the linkages are wired along their length (Wired Drill Pipe (WDP)) and each have at their respective end an inductive coupling to a next linkage, depending on the length of the drill string
  • WDP Wireless Drill Pipe
  • BHA bottom hole assembly
  • LWD logging while drilling
  • MWD measurement while drilling
  • the wired, inductively coupled linkages extending from the surface to the interface subscriber form the drill string telemetry system.
  • Construction site computers are transmitted and in another example by means of a wireless transmission.
  • the linkages are each equipped with two cable pairs, with the adapter connected between the linkages providing an inductive coupling between the two pairs of lines.
  • Screw-connectable hollow cylindrical drill pipe electrically insulating coated on the inner peripheral surface to then experience an electrically conductive coating on the cylindrical insulating surface.
  • the process is continued with a further insulating layer on the conductive layer and a further conductive layer on the last applied insulating layer, so that are located under a hollow cylindrical insulator to the pipe inner wall of the linkage two electrical hollow cylindrical conductors.
  • Another measure is taken at the transition point of two drill pipes such that outwardly electrically insulated and fluid-sealed, internally provided with electrical conductors connector the isolated electrical path of each such linkage with the isolated electrical path of the corresponding adjacent linkage electrically connects. This is also done over the electrically conductive hohizylindrförmigen layers across multi-layered, so that at least one isolated
  • Telemetry system and a telemetry method to communicate information along a drill string The information of a sensor in the drill bit is modulated with the aid of a transmitter and a transmitter coil on a carrier signal and transmitted from a first position via the drill string medium to high frequency to a second position, received and demodulated by a receiver and a receiver coil and in
  • Drilling information can be captured directly affecting the quality of the bore and the life of the drill head device by knowing the current temperature of the engine mounts and the current
  • Object of the present invention is to provide a novel device for
  • a communication system for transmitting information about drill string of a drill string for earth bores comprising a first drill pipe, one or more second drill pipe and a drill drive, wherein the first drill pipe and the second (s) drill pipe each consist of a hollow cylindrical drill pipe with at least one axially extending pipe and having an upper end and a lower end is / are formed, the lower end of the first drill pipe a receptacle for a
  • each of the second drill string with its lower end to the upper end of the first drill string or another second drill string rotatably connected and with its upper end to the lower end of another second drill pipe or with the
  • Drill drive is rotatably connected, wherein the communication system further comprises:
  • a sensor system and / or actuator system to which the measurement, parameterization, status and / or control data are to be transmitted and which are / are arranged at the lower end of the first drill string and / or on the drill head,
  • a first communication unit and a drive-side electronics both of which are arranged on or in the drill drive and connected to one another,
  • a surface computer for monitoring the borehole, which communicates with the drive-side electronics and receives or provides the data of the sensors and / or actuators;
  • the communication units are radio modules, and each of the communication units is configured to transmit and / or receive the data to the immediately adjacent communication unit of the next drill string or auger drive.
  • the basic idea of the present invention is a
  • Wired transmission will be a wiring within the
  • Drill used, whereas the respective ends of the drill string mutually facing radio transmission modules are arranged, which bridge only the connection distance between each other. This will be a reliable, trouble-free and effective
  • Borehole data can be collected in real time (real-time) and during drilling operations (on-line) and transmitted to the surface computer without the ground formation or other environmental conditions at the borehole affecting the quality of the data transmission.
  • the communication system according to the invention is versatile and offers an on-line and real-time measured value transmission path for
  • Drill string data, drill head data and / or Bohrkronen flowers wherein the sensors for detecting the measurement data as close as possible in the immediate vicinity of the drill head and / or the drill bit, preferably even on the drill head and / or the drill bit.
  • the term drill bit is understood to mean that part of the borehole bottom end of a drill string which has the cutting elements digging into the ground, while boring head comprises the overall arrangement at the lower end of the drill string first drill pipe comprising a drill head, auger or drill bit and corresponding connection means to the drill pipe.
  • sensors and / or actuators in addition to the arrangement on
  • Drilling head also in or on at least one other drill pipe
  • the drillstring may be mounted to receive information from various positions along the drillstring, i. Receive sensor measurement and / or status data or parameterization and / or control data to sensors or
  • Transfer actuators which are located in different locations of the drill string.
  • Important sensors are pressure or temperature sensors.
  • Actuators can be valves, motors or pumps.
  • the communication system is simple and maintenance-free, and the installation and commissioning of technically trained personnel on site possible. It can be used in many ways, especially in areas of
  • Drilling technology for deep engineering such as mud drilling, pile drilling and in-situ soil mixing technology with the three applications Deep Soil Mixing (DSM), Shallow Soil Mixing (SSM) and Backhoe Stabilization ( BOSS).
  • DSM Deep Soil Mixing
  • SSM Shallow Soil Mixing
  • BOSS Backhoe Stabilization
  • the in-situ Soil Mixing process is characterized by the fact that the goal is soil compaction and soil stabilization, in which the soil is loosened by drilling or milling, during the drilling or milling
  • Milling draft already introduced an application-specific suspension, added at the high gear in addition to the suspension cement and mixed with the soil / soil and optionally subsequently solidified with iron piles.
  • the usual support structure and excavated soil deleted. Depths of up to 55m are processed, with the correct
  • Pile drilling does not incur drilled holes as part of "in-situ soil mixing" technology, especially for perpendicular measurement, but the measurement of perpendiculars during on-line and real-time propulsion is imperative.
  • a twin-auger or double-auger drive is used with two counter-rotating tools, which ensure the best possible mixing of the soil / soil.
  • mechanically adjustable guide carriage allows the change of the center distance of the drive motors of 500 mm ... 1100 mm, whereby the production of resolved, tangent or overcut
  • the individual drill rods in the axial direction in one or more pairs (WDP) so that there is at least one electrical line between the two ends of a drill pipe which can be used for data transmission from one end to the other.
  • the electrical line can eino in a relatively thin tube, which extends at least partially on the hollow drill pipe in the manner of a cable channel, preferably on the inside, axially parallel to this.
  • Drill end is the quality of data transfer regardless of the length of the drill string.
  • the power supply is preferably formed of batteries so that it is self-sufficient and no external supply of a current for the
  • the power supply and / or the electronics can be arranged approximately in the axial tube center of a drill pipe. This causes the same cable length to be present in both directions, so that attenuation effects or other parasitic effects in data transmission and power supply in both directions of transmission are symmetrical.
  • At the ends of the drill string is at least one of the
  • Radio-controlled communication unit which are designed either as a transmitter (transmitter) or as a receiver (receiver) or as a combined transceiver unit (transceiver). Such transmitters, receivers and combined
  • Transceiver unit are commercially available and will not be further described below. If only one unidirectional data transmission is required, the use of transmitters and receivers as data modules is sufficient, wherein at one end a drill string is arranged a transmitter and at the other end a corresponding receiver and the
  • Drill rods are mounted to each other so that at the
  • junction a transmitter of a drill string opposite a receiver of the other drill string.
  • Communication is achieved when a transmitter and a receiver are placed at each end of a drill pipe. This can be in separate Communication units take place or alternatively in the mentioned
  • the communication units are therefore arranged according to the invention so that in unidirectional transmission direction from the borehole bottom to
  • Transmitter / receiver units done. This has the advantage that no type distinction of the drill string and no
  • the electronics within a drill string controls the data transmission from one communication unit to the other communication unit or to the sensor / actuator system. It can serve as an amplifier and signal conditioner for the data to be transmitted.
  • the electronics contains a microcontroller for this purpose.
  • each linkage has one
  • Inclination sensor to detect the state of the respective
  • Drill pipe on it can be determined by means of the inclination sensor, whether the corresponding drill string is in a horizontal position, for example, at the storage location, or in a vertical position, for example in the case of its use.
  • a tilt sensor for example, a simple mercury switch, alternatively a gyrosensor or one or more acceleration sensors can be used.
  • the inclination sensor can also be arranged approximately at the axial center of a drill pipe.
  • the tilt sensor can be used as a switch for power supply. For this purpose, it is preferably connected to the power supply and configured to supply the power to the electronics and to the communication unit (s) at a transition of the drill string from a horizontal attitude condition to a vertical attitude condition
  • Microcontroller and the wireless modules turns on.
  • Compensation measures such as Magnetic switch can be provided in each drill pipe to turn on the power supply despite substantially horizontal positional state of the corresponding drill string and to activate the electronics, or to change the logic of the tilt switch.
  • the power supply can be rechargeable.
  • the batteries may be formed by rechargeable batteries.
  • charging can basically take place in the case of a permanently installed power supply.
  • the drill pipe is connected together with its mounted power supply via charging cable to a charging station.
  • the power supply removable on or in
  • the recording electrical Plug contacts via which the power supply to the electronics and / or with the communication units is connectable or is connected.
  • the charging process may be carried out at a local stationary charging station or with a mobile charging device operating on the basis of a wireless energy transfer method known in the art, e.g. 'Wireless energy transfer by means of closely coupled magnetic
  • the drill pipe may have means for automatically recharging the power supply during operation of the drill pipe. A removal of the
  • Such a means may for example be a turbine which drives an electric generator and from which into the interior of the
  • Drill pipe pressurized introduced medium e.g. Rinse water, a suspension or cement
  • An alternative means is a Seebeck element which generates a voltage from a temperature difference between the medium introduced into the drill string and the drilling mud which can be used to charge the power supply.
  • the energy supply preferably has at least one optical and / or acoustic means for displaying the state of charge, the remaining capacity and / or the supply duration still available.
  • a charge status indicator serves the charge control. In this case, both the actual state of charge can be displayed, as well as a prediction of the capacity state of the rechargeable storing
  • the drill pipe of each drill string can have at least one
  • the recess Have electronics and / or one of the communication units.
  • the recorded power supply, electronics and / or communication units of the surrounding the drill pipe media is isolated.
  • the recess may be provided on the outside of the drill pipe, in which case it is formed by a steel bag.
  • the recess may extend into the interior of the drill pipe, so that no projecting parts are present on its lateral surface. The exact arrangement of the recess over the
  • Linkage length can be adapted to the accessibility.
  • Plug contacting the power supply, the electronics and / or one of the communication units. Also, sensors and / or actuators can be or are connected to the power supply and / or the electronics via the plug contacts.
  • a communication unit is inserted in a recess of the drill pipe, it is protected by the drill pipe, respectively by the wall delimiting the recess.
  • a communication unit is inserted in a recess of the drill pipe, it is protected by the drill pipe, respectively by the wall delimiting the recess.
  • Communication unit of a drill string but also have a robust, especially metallic housing, with which they outside the
  • Drill pipe is mounted.
  • the communication unit is thus more accessible.
  • the housing has a
  • plastic or ceramic closed opening, which is directed towards the outer edge of the end, where the
  • a communication unit rests in a recess of the drill pipe of a drill pipe, this can also be a by a
  • non-metallic material such as plastic or ceramic
  • closed opening which is directed towards the outer edge of the end on which the corresponding communication unit is arranged.
  • the power supply and the electronics structurally form one unit.
  • the electronics can thus be made compact and does not need to be cabled separately to the power supply.
  • the handling of the drill pipe facilitates thereby and the effort for the
  • a drill string for each communication unit may have electronics, wherein the communication unit and the electronics can each structurally form a unit.
  • a drill pipe for each communication unit may have a power supply, wherein communication unit and power supply structurally form a unit.
  • a communication unit, an electronics and a power supply together form a structural unit, so that apart from the drill pipe receiving drill pipe at each drill string only two components to be arranged and connect via the electrical line.
  • the first drill pipe forms a first end of the drill string and has near the drill head, the sensors for the measured and
  • the communication unit is arranged, at least one electronics with a microcontroller, and at least one power supply for the communication units and the electronics are present, wherein the communication unit and the
  • Sensors and / or actuators are connected to each other via the electrical line and the electronics data technology between the sensors and / or actuators and the communication unit is located, and the
  • Communication unit is a radio module, wherein the communication unit is adapted to data to an immediately adjacent
  • the sensor system is thus connected to the electronics of the first drill string via the single or multi-pair electrical line and transmits the measured values as electrical signals analog or digital via this line.
  • the first drill string can in its axial center a rechargeable storing
  • the first drill pipe Have power supply and a tilt sensor as a power switch for the electronics and the radio module.
  • the first drill pipe has power supply and a tilt sensor as a power switch for the electronics and the radio module.
  • the second or each second drill pipe forms a
  • An intermediate drill pipe which is mounted between the first drill pipe comprising the drill head and the drill drive. For this purpose, it is positioned on the surface side opposite the first end of the drill string and mounted on the first drill string and the drive. It forms a drill pipe for a drill string for earth bores for the construction of the communication system according to the invention, with a
  • hollow cylindrical drill pipe having an upper end and a lower end, and having at least one lying between the upper and the lower end electrical line which is guided to the two ends, wherein the lower end with the upper end of another drill string rotatably connected and the upper end with the lower end of another drill string or with a drill drive rotatably connected, wherein at both ends at least one
  • Communication unit arranged, at least one electronics with a microcontroller, and at least one power supply for the
  • Communication units and the electronics are present, wherein the communication units are connected to each other via the electrical line and the electronic data technology between the
  • Radio modules are where each of the communication units is adapted to transmit data to and / or receive data from an immediately adjacent communication device of the next drill string or auger drive.
  • the or a second drill pipe has a receiver (receiver) or a combined transmitter / receiver unit (transceiver) at its lower end, relative to its vertical arrangement, a likewise one or more paired electrical line via the linkage, and as an example in the axial center of a
  • the second drill string has at least one radio transmitter or a combined transmitter / transmitter.
  • Receiver unit for bidirectional data transmission, wherein the transmitter or transceiver over a radio link with the communication unit of the drill drive, connected to the latter
  • the electronics as well as the surface computer connected to the electronics of the drilling site is in data connection and primarily transmits the sensor data from the drill head environment unidirectionally.
  • the communication system according to the invention must be bidirectional, so that control data can be transmitted to the actuators.
  • sensors can also be configured dynamically, with
  • Parameter data can be transmitted to the sensors.
  • the drill string or the communication system consisting of wired drill rods and radio links at the linkage connections comprises only two different ones according to the previous explanation
  • BohrkopfgestShe forms and the second and the second drill pipe, the insectsbohrgestShe form.
  • the first drill pipe is characterized by its inclusion of the drill head, a sensor and / or actuators near the drill head and a radio module at one end, whereas the second or each second drill pipe has at least one radio module at each end.
  • sensors and / or actuators are also used in other linkages of the drill string. These linkages provide additional information from these sensors or additionally receive information for their actuators. With the additional information more or more robust information of the total drill string can be determined or determined.
  • a basic idea of the communication system according to the invention is that the radio link between the drill pipes invariably only over the relatively short distance, ie takes place over the length of a linkage connection from an n-th linkage to a (n + 1) -th linkage.
  • the radio link therefore does not exist over the entire length of one or more drill pipes.
  • the radio modules can be set to constant field sizes and field parameters. Regarding this setting there is no
  • the communication units are preferably each at a distance of 15 cm to 20 cm from the outer edge of a
  • Communication units can therefore be set up for near field communication in such a way that their transmitter ranges are less than 1 m, in particular only between 30 and 50 cm.
  • This advantageous embodiment leads to calculable transmission powers between the radio modules, which also allows calculability of the energy balance of the rechargeable storing power supplies.
  • each drill pipe a unique identifier, over which it is identifiable. This allows for a simplification of logistics in the management of the drill pipe.
  • the identifier offers the possibility of being networked or linked to any type of data technology
  • each drill string forms a node in an ad-hoc network, which at the well from the individual
  • Drill rods is built.
  • the electronics together with the communication unit or units connected to it form a network node.
  • An ad-hoc network is a simple wireless local area network (WLAN) networking variant that enables direct peer-to-peer communication without an access point (base station) as an information broker, and works well for small and / or time-limited networks.
  • WLAN wireless local area network
  • Communication units of the communication system can therefore be set up to transmit the data via WLAN.
  • Ad hoc networks work on the basis of the beaconing mechanism (beacon mechanism), in which everyone
  • Node at regular intervals a beacon (radio signal) sends. Each knot knows its neighbors, which it can reach directly. All nodes use the same frequency when transmitting. The entire network structure arises dynamically through self-organization and
  • Network management is distributed among the nodes. There is no central office that controls the network structure and routing, i. determines the route allocation. In each network node, the tables for the route allocation are stored. Each node has a router share
  • Radio portion Due to the mobility of the nodes, the network structure is time-variant. Entry into an ad-hoc network takes place through interaction with other participants.
  • the radio nodes work in an ad-hoc state and are configured according to the international standard IEEE 802.11 ad-hoc.
  • the channel number and the service set identifier (SSID) to be set of each node must be identical.
  • Data, information or signals are passed from network node to network node until they reach their receiver, thus distributing the data load more advantageously than in centralized access networks.
  • the ad hoc network constantly adapts as network nodes move, join or fail. If a network node fails, the network tries to reach the destination node, bypassing the failed node.
  • the identifier can be stored, for example, in the electronics and / or in one or more of the communication units and by the
  • Drill pipe is mounted to the drill drive and the
  • Drill rod arranged communication unit enters radio communication. This presupposes that at least the radio link, preferably also the electronics of the drill pipe, is already supplied by the power supply at least with a quiescent current, i. the power supply is turned on. This can be done automatically via the aforementioned tilt sensor.
  • the triggering of the identification query can be automatic,
  • each drill pipe has an RFID transponder, in particular a passive RFI D transponder, in which the aforementioned or another unique identifier is stored.
  • a proximity sensor with an RFID reading unit, which is connected to the drive-side electronics and is adapted to activate the approach of a drill pipe whose RFID transponder for the transmission of the identifier.
  • the identifier obtained from the RFID reading unit or from the drive-side radio module can then be fed to the electronics of the drill head and from there to the surface computer, which inserts the identifier (ID) of the 'new' linkage into the ad hoc network.
  • the tilt sensor will switch on the power supply and activate the electronics and the communication units, which were previously in a sleep state.
  • the RFI D transponder may be an active RFI D transponder connected to the power supply and configured to turn on the power supply and / or the electronics and
  • Activate communication units when receiving an activation signal receives from the RFID reader unit.
  • the corresponding pipe string then goes from the idle state to an activated state.
  • REST mode a first operating state in which the drill pipes are stored as stacked goods in a storage location in a horizontal position
  • a second operating state (READY mode), in which the linkage pass when they are removed from the stack, transported and erected vertically, and
  • SET mode a third operating state into which the drill pipes pass when between the existing drill string and the drill string
  • a prepared boom is removed from the stack, transported to the nearby well site and erected.
  • the tilt switch which is also supplied with quiescent current in REST mode, switches on the power supply for the electronics when the linkage is moved from the horizontal to the vertical position. Both the horizontal and the vertical position can be defined with a tolerance field in the electronics so that the oblique drilling in the context of
  • the switching causes an unlocking of the electronics in the sense of activating a logic and the flow of a minimum quiescent current into the electronics.
  • Linkage electronics are electrically in a rest state, which can also be referred to as sleep mode, in which it is in a waiting position.
  • the prepared 'new' linkage which is in the quiescent state, is transported to the uppermost linkage of the drill string, which has since been freed from the drill drive, and fitted with its lower end and mechanically bolted to it. Thereafter, the drive rod of the drill drive of the drilling device to the upper end of the 'new'
  • Interrogate linkage By means of this procedure and to the knowledge of the identification of the new linkage and master data, these are transmitted from the drive-side electronics to the surface computer. This can be done via a wireless connection.
  • the surface computer in turn performs a synchronization of all data in such a way that the new
  • Linkage forms a new node within the drill string ad hoc network. With this illustrated procedure are drill pipe
  • Network registered and integrated there, so that each drill pipe within the network forms an individually addressable network node.
  • Fig. 1 Stack of prepared drill string, REST mode
  • Fig. 2 remove linkage from the stack, erect, transport,
  • Fig. 3 Mount linkage between drill string and drive rod
  • Fig. 4 operating principle of the drill string / linkage overall arrangement
  • Fig. 5 Drill pipe as a node in the drill string ad hoc network.
  • FIG. 1 shows a stack 1 of prepared drill pipe 10 in REST mode for a drill string.
  • the individual drill pipe 10 consist of a
  • Drill pipe 11 with the wall thickness 2 have an upper end 13 and a lower end 14, and are in the axial direction one or more pairs wired (WDP), so that two electrical lines 21, 22 are formed.
  • WDP pairs wired
  • Drill pipe 10 have in the axial center of the tube electronics 15 with a microcontroller and a switchable electrical power supply, the at least a pair of the two paired lines 21, 22 are powered, the electronics 15 and the power supply structurally form a unit.
  • a drill string is in each case equipped with a radio-controlled, commercially available transmitter (transmitter) and / or receiver (receiver) or transmitter / receiver unit (transceiver) 17, 19, each having an antenna 8, 20, and which are also powered by the aforementioned power supply.
  • the power supply is rechargeable and fixed or portable.
  • the removal of the pluggable power supply is used for charging and / or recharging the same and is added to the charging receptacle of the linkage after the loading process again.
  • the accommodation of the power supply is protected in steel pockets of the linkage, with electrical connections to sensors, actuators, transmitters and / or receivers in the pockets.
  • a tilt sensor 6 Approximately in the center of the tube is a tilt sensor 6, which switches the power supply depending position. The inclination sensor 16 is rested even in a horizontal position.
  • the drill pipe 10 prepared for the drilling or milling process are available on the stack 1 in REST mode. From the perspective of
  • microcontroller controlled electronics 15 and radio modules 17, 19 a node of a network.
  • FIG. 2 shows, on the right, the drill pipe storage site 1, at which the drill pipes 10 are stacked horizontally. On call, a linkage 3 is removed from the stack 1 and erected. The tilt sensor 16 switches the
  • Inclination sensor 16 thus serves as a switch for the power supply of the electronics 15 and the radio modules 7, 9, wherein at approximately horizontal position of the linkage 10, the power supply is turned off and at about vertical operation or even when leaving the horizontal position the rest status of the power supply for the electronics 15 and the
  • Radio modules 17, 9 is turned on.
  • a further working step follows in which the (n + 1) -th linkage 6 removed from the stack 1 is mounted between the uppermost n-th linkage 5 of the drill string and the clamping jaw 70 of a drill drive 7.
  • the prepared 'new' (n + 1) -ste linkage 6, which is at rest, is transported to the uppermost, n-th linkage 5 of the drill string, now freed of clamping jaw 70 and drive rod 74, and its first placed lower end 14 and mechanically screwed to the upper end 13.
  • the driving rod 74 of the drive 7 of the drilling device is placed on the second upper end 13 of the 'new' linkage 6 and screwed on the clamping jaw 70 also with this mechanically fixed.
  • Mit Economics a proximity sensor 71 is activated, which causes a high-frequency identification (RFID) reader via a transceiver unit (transceiver) 72, to interrogate the identifier (ID) of the transmitter / receiver unit (transceiver) 17 of the second upper end 13 of the linkage 6 opposite to it.
  • RFID high-frequency identification
  • Procedure is the identifier of the arranged in the drill drive 7 electronics 73, which also has a microcontroller to the in direct
  • Radio communication with the drive 7 stationary surface computer 100 is sent, which in turn performs a synchronization of all data such that the new linkage 6 forms a new node within the drill string ad hoc network.
  • Fig. 4 shows the operating principle of the drill string-linkage overall arrangement.
  • the storage site 1 for ready-made drill pipe 10 in the mode REST is shown, while the left side linkage 5, 6, 8, 9 of a drill string from the bottom of the hole to the surface 75, with drive 7 and surface computer 00 shows.
  • the linkage 5, 6, 9, 10 are here as Standard linkage shown
  • the linkage 8 is the first linkage of the drill string and is located at the bottom of the borehole.
  • the drill string 8, 80 has a receptacle for a drill head and in the vicinity of a sensor 81 with various measuring devices, in particular sensors, such as inclinometer, deflectometer, Pendellotmeter or inclination sensor for vertical drilling, and optionally one or more actuators 81st
  • the linkage head ends 13, 14 are each provided with a radio-controlled commercial transmitter and / or receivers or transceivers 17, 19, which are fed via the rechargeable storage power supply and thus arranged in that in unidirectional transmission direction of
  • the linkage 10 at the upper end 13 and lower end 14 have no equal equipment and are directionally stored. If the linkage 10 is designed for bidirectional data transmission and equipped at the ends with combined transmitter / receiver units (transceivers) 17,19, eliminates the position-appropriate
  • the data transmission takes place unidirectionally or bidirectionally, starting for example at the sensor devices 81 of the drill string 80, is always performed on all WDP rods 10 via the wiring from one end 14 of the linkage to the other end 13 and the drill pipe connections, which usually are designed as screw connections, via at least one transmitter (transmitter) and / or receiver (receiver) or combined transmitter / receiver unit (transceiver) 17, 19 from a drill string to safely transfer the next drill pipe over a very short distance.
  • the wireless communication is limited to the transmission from one end 13 of a linkage n to the end 14 of the adjacent linkage n + 1 to about 30 cm to 40 cm with always the same arrangement and always the same environment.
  • the drive 7 is also equipped with an electronics 73 with microcontroller and a radio module 72 as a second, upper end of the drill string and exchanges information with the adjacent, with the Bohr- / Fräsfort Colour changing (n + t) -th
  • the Surface computer 100, 101 permanently connects.
  • the surface computer 100, 101 is responsible for the entire site organization and management, as well as the drill string data acquisition and evaluation, and the boom management and network organization.
  • Fig. 5 shows the drill pipe 10 as a node in the drill string ad hoc network using the example of a drill string with three drill pipes 5, 6, 8. Die
  • Drilling information acquired from the measurement data of the sensor 81 of the linkage 8 during operation is supplied via the drill string line 21 to the transmitter (transmitter) 17 of the lowest drill string 80 (n-1) and transmitted to the receiver (receiver) 19 of the overlying drill pipe 5 (n), and further to the upper linkage 6 (n + 1) and via which the radio module 72 and the electronics 73 in the drive 7 to the surface computer 100, 101st All participants in this information chain are nodes in the drill string ad hoc network, which consists of the permanent
  • Participants "surface computer 100" and “drive 7" consists and the changing participants "drill pipe” 8, 5, 6, which according to the method described above in the self-learning and management process nodes of the Ad hoc network.
  • the drill string network management is also a software component of the surface computer.
  • the communication system according to the invention has a

Abstract

The invention relates to a communication system for transmitting information relating to drilling rods of a drill string for earth boreholes. The system comprises a plurality of drilling rods (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) which can be connected to one another, a drill drive (7) and a surface computer (100, 101), wherein at least a drilling rod (8, 80) has a receptacle for a drill head and sensors and/or actuators, to or from which data are to be transmitted to or from the surface computer (100, 101). In this case, each drilling rod is formed from a drill pipe (11) which is in the form of a hollow cylinder and has at least one line (21, 22) extending in the axial direction and has an upper end (13) and a lower end (14). Communication units, between which data is interchanged via the at least one electrical line (21, 22), are respectively arranged at the ends (13, 14), wherein the communication units (17, 19) transmit data to the respectively adjacent communication unit (17, 19) of the connected drilling rod by radio.

Description

Kommunikationssystem zur Übertragung von Informationen über  Communication system for transmitting information about
Bohrgestänge  drill pipe
Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem zur Übertragung von The invention relates to a communication system for the transmission of
Informationen über Bohrgestänge eines Bohrstrangs für Erdbohrungen, umfassend ein erstes Bohrgestänge, ein oder mehrere zweite Bohrgestänge und einen Bohrantrieb, wobei das erste Bohrgestänge und das oder die zweite(n) Bohrgestänge jeweils aus einem hohlzylinderförmigen Information about drill pipe of a drill string for earth bores, comprising a first drill pipe, one or more second drill pipe and a drill drive, wherein the first drill pipe and the second (s) drill string each consist of a hollow cylindrical
Gestängerohr mit zumindest einer sich in axialer Richtung erstreckenden Leitung und mit einem oberen Ende und einem unteren Ende gebildet ist/sind, das untere Ende des ersten Bohrgestänges eine Aufnahme für einen Drill pipe is formed with at least one axially extending line and with an upper end and a lower end, the lower end of the first drill string a receptacle for a
Bohrkopf aufweist, jedes der zweiten Bohrgestänge mit seinem unteren Ende mit dem oberen Ende des ersten Bohrgestänges oder eines anderen zweiten Bohrgestänges drehfest verbunden und mit seinem oberen Ende mit dem unteren Ende eines weiteren zweiten Bohrgestänges oder mit dem Drill head, each of the second drill string with its lower end to the upper end of the first drill string or another second drill string rotatably connected and with its upper end to the lower end of another second drill pipe or with the
Bohrantrieb drehfest verbunden ist, wobei eine Sensorik und/ oder Aktorik, von der oder zu der Mess-, Parametrier-, Status- und/ oder Steuerdaten zu übertragen sind am unteren Ende des ersten Bohrgestänges und/ oder am Bohrkopf angeordnet ist/ sind, wobei die Daten entlang des Bohrstrangs zu oder von einer Kommunikationseinheit am oder im Bohrantrieb übertragen oder empfangen werden, die mit einem Oberflächenrechner zur Drill drive is rotatably connected, wherein a sensor and / or actuators are to be transmitted from or to the measurement, parameterization, status and / or control data at the lower end of the first drill string and / or on the drill head is / are, wherein the data is transmitted or received along the drill string to or from a communication unit on or in the drill drive which is interfaced with a surface computer
Überwachung der Erdbohrung in Verbindung steht, der die Daten der Monitoring of the well bore, which is the data of the
Sensorik und/ oder Aktorik empfängt oder bereitstellt. Ferner betrifft die Sensors and / or actuators receives or provides. Furthermore, the
BESTÄTIGUNGSKOPIE Erfindung Bohrgestänge zum Aufbau eines derartigen CONFIRMATION COPY Invention drill pipe to build such
Kommunikationssystems.  Communication system.
Bohrlöcher für die Gas-, Petroleum- oder Geothermal-Exploration sind typischerweise 30 cm im Durchmesser und in der Länge ca. 2 km/1 ,5 mi lang. Diese Bohrungen werden mit Bohrsträngen aus relativ leichten, aneinander geschraubten, die Fugen mit Gelenken versehenen Bohrgestängen von 9,14m/ 30 ft oder 13,72 m/ 45 ft Länge gebohrt. Mit dem Bohrfortschritt werden weitere Bohrgestänge am oberen Bohrlochende dem Bohrstrang hinzugefügt. Am unteren Bohrlochende des Bohrstrangs befindet sich üblicherweise ein Meißelschaft, dessen Eigengewicht etwa dem von normalen Bohrgestängen aneinandergereiht auf 300 m /1.000 ft Länge entspricht. Der Meißelschaft wird mit einer Bohrkrone bestückt. Aufgrund es Gewichts der Anordnung und dem drehenden Antrieb des Bohrstrangs von der Oberfläche gräbt sich die Bohrkrone in das Erdreich. Manchmal werden auch Wells for gas, petroleum or geothermal exploration are typically 30 cm in diameter and approximately 2 km / 1, 5 mi in length. These holes are drilled using drill strings made from relatively light, jointed, jointed drill pipes of 9.14m / 30ft or 13.72m / 45ft in length. As the drilling progresses, additional drill string at the upper borehole end is added to the drill string. At the lower drill hole end of the drill string is usually a drill shank, the dead weight of which corresponds to the normal drill string strung together to 300 m /1,000 ft in length. The chisel shaft is equipped with a drill bit. Due to the weight of the assembly and the rotating drive of the drill string from the surface, the drill bit digs into the soil. Sometimes too
Bohrschlammmotoren oder Bohrschlammturbinen für den Bohrkronenantrieb eingesetzt. Spülschlamm oder Luft wird von der Oberfläche durch eine axiale Bohrung des Bohrstrangs der Bohrkrone zugeführt. Dieses Fluid entfernt die Abtragungen aus dem Bohrloch über den hohlzylinderförmigen Raum zwischen Gestängeaußenwand und Bohrlochwand. Mit einem Drilling mud motors or drilling mud turbines used for the drill bit drive. Mud or air is supplied from the surface through an axial bore of the drill string of the drill bit. This fluid removes the erosion from the wellbore over the hollow cylindrical space between the outer boom wall and the borehole wall. With a
hydrostatischen Bohrkopf werden die Gase der Bodenformation überwacht oder auch manchmal eine Kühlung für die Bohrkrone appliziert. hydrostatic head, the gases of the soil formation are monitored or sometimes applied a cooling for the drill bit.
Eine Übertragung von Sensordaten über Parameter wie Druck oder A transfer of sensor data via parameters such as pressure or
Temperatur, die mittels Sensoren am Bohrstrang im Bereich des Temperature by means of sensors on the drill string in the area of
Bohrlochbodens erfasst werden, an die Oberfläche, ist lange schon gefordert. Verschiedene Methoden dieser Kommunikation wurden versucht, wie elektromagnetische Wellenausbreitung über die Bodenformation, elektrische Übertragung über einen isolierten Leiter, Druckimpuls-Verbreitung über den Bohrschlamm sowie akustische Wellenausbreitung über den metallenen Bohrstrang. Jede dieser Methoden weist Nachteile auf, wie beispielsweise die Signaldämpfung, die Umgebungsgeräusche, die hohen Temperaturen sowie die Inkompatibilität mit den Standardarbeitsweisen betreffend. Die am meisten kommerziell verbreitete Methode ist die der Informationsübertragung mittels eines Druckimpulses über den Bohrschlamm. Jedoch begrenzen Dämpfungsmechanismen des Schlamms die Übertragungsrate auf ca. 2bit/s bis 4bit/s. Borehole soil to be detected, to the surface, has long been required. Various methods of this communication were attempted, such as electromagnetic wave propagation through the soil formation, electrical transmission via an insulated conductor, pressure pulse propagation through the drilling mud, and acoustic wave propagation across the metal drill string. Each of these methods has disadvantages such as signal attenuation, ambient noise, high temperatures, and incompatibility with standard operations. The most common method is that of information transfer by means of a pressure pulse over the drilling mud. However, sludge damping mechanisms limit the transmission rate to about 2bit / s to 4bit / s.
Ein weiterer Grund für die Übertragung von Informationen über den Another reason for the transfer of information about the
Bohrstrang resultiert aus dem Wunsch zur selbsttätigen Einhaltung einer vorgegebenen Vortriebsrichtung. Dies ist vor allem beim bergmännischen Tiefbohren mit einem den Bohrmeißel tragenden Gestängerohr und einem auf diesem drehbar angeordneten und mit Führungsleisten und Anpressstücken versehenen Außenrohr wichtig. Auch ein Bohrgestänge für Voll- und  The drill string results from the desire to automatically maintain a given direction of advance. This is especially important in mining deep drilling with a drill pipe supporting the drill pipe and a rotatably mounted on this and provided with guide rails and Anpressstücken outer tube. Also a drill pipe for full and
Kernbohrungen ist betroffen. Bei Tiefbohrungen im Über- und Untertagebau bewirken die Erdanziehung, die Schichtung von Erdformationen, Core drilling is affected. In deep drilling in overground and underground mining cause the earth's gravity, the stratification of earth formations,
insbesondere beim Übergang von harten auf weiche Schichten und especially in the transition from hard to soft layers and
umgekehrt, sowie die Außenreibung des Bohrwerkzeugs und des Gestänges Abweichungen von der vorgegebenen Bohrrichtung. Das trifft sowohl für Kern- als auch für Vollbohrungen zu. Insbesondere im Untertagebergbau, wo oft Ansatz- und Austrittspunkt einer Bohrung genau festgelegt sind, muss die Bohrung die gewünschte Richtung beibehalten. Solche Bohrungen werden auch als Zielbohrungen bezeichnet. Aber auch bei Aufschlussbohrungen zur Erkundung unbekannter Lagerstätten, ist ein geradliniger Verlauf der Bohrung gefordert. Aufschlussbohrungen werden sowohl nach dem Kern- als auch nach dem Vollbohrverfahren durchgeführt. Auch bei Parallelbohrungen, wie z.B. für die Deichbefestigung, ist die Lotrechte und Parallelität aus Gründen der späteren Dichtheit der Deichanlage zwingend notwendig. vice versa, as well as the external friction of the drilling tool and the rod deviations from the predetermined drilling direction. This is true for both core and full wells. In particular, in underground mining, where often approach and exit point of a hole are specified, the bore must maintain the desired direction. Such holes are also referred to as target holes. But even with exploration wells to explore unknown deposits, a straight course of the hole is required. Digestion wells are carried out both after the core and after the full drilling. Even with parallel holes, such. for the dike attachment, the perpendicularity and parallelism for reasons of later tightness of the dike is imperative.
Für den geradlinigen Verlauf der Bohrung werden sogenannte For the straight course of the bore so-called
Zielbohrstangen, Stabilisatoren oder Zentrier- und Führungsvorrichtungen eingebaut. Es handelt sich hierbei um Gestänge mit aufgesetzten Target boring bars, stabilizers or centering and guiding devices installed. These are rods with attached
Führungsleisten, die im äußeren Durchmesser dem Bohrdurchmesser entsprechen und, dem vordringenden Bohrwerkzeug folgend, dieses konzentrisch führen sollen. Zielbohrstangen besitzen eine eingebaute automatische Vertikalsteuerung, die die Bohrrichtung unter Ausnutzung der Kraft der Erdanziehung und Verwendung des Drucks der Spülflüssigkeit vorgibt und/ oder korrigiert. Bei geradlinigen Bohrungen sowohl nach dem Voll- als auch dem Kernbohrverfahren, auch bei Längen bis 100 m, sind zwischendurch Richtungsmessungen erforderlich, um die Bohrung Guide rails that correspond to the outer diameter of the drill diameter and, following the penetrating drilling tool, this concentrically. Target boring bars have a built-in automatic vertical control that predefines and / or corrects the drilling direction by utilizing the force of gravity and using the pressure of the flushing liquid. For straight holes both after Full and core drilling, even with lengths up to 100 m, direction measurements are required in between to drill the hole
entsprechend der festgestellten Abweichung zu richten. Diese Arbeiten sind außerordentlich zeitraubend und aufwendig, besonders bei sehr tiefen Bohrungen oder bei Kern- oder Vollbohrungen nach dem according to the established deviation. This work is extremely time consuming and expensive, especially in very deep holes or in core or full holes after the
Seilkernbohrverfahren, bei dem zwei unterschiedliche Gestänge- und Maschinenausrüstungen zum Einsatz kommen. Zu den geradlinigen Rope core drilling process using two different linkage and machine equipment. To the straightforward
Bohrungen zählen Horizontal-, Vertikal- und Schrägbohrungen. Holes include horizontal, vertical and oblique holes.
Es besteht also großes Interesse, entsprechende Messinstrumente so dicht wie möglich an dem Bohrkopf und/ oder an der Bohrkrone des Bohrstrangs anzuordnen, um die korrekte Messdaten on-line und real-time über den Bohrstrang Verarbeitungseinrichtungen an der Oberfläche zur Verfügung zu stellen, um z.B. auf Destinationsabweichungen unmittelbar reagieren zu können. Entsprechende Messgeräte sind beispielsweise als There is therefore a great deal of interest in placing corresponding gauges as close as possible to the drill bit and / or drill bit of the drill string in order to provide the correct measurement data on-line and real-time over the drill string surface processing equipment, e.g. to respond to destination deviations immediately. Corresponding measuring devices are, for example, as
Neigungssensoren wie Inklinometer, Deflektometer oder Pendellotmeter. Ebenso bedeutend ist die Messwertübertragung von Sensoren anderer Erfassungsgrößen, d.h. anderer physikalischer Größen. Tilt sensors such as inclinometer, deflectometer or pendulum meter. Equally important is the transmission of measured values from sensors of other detection variables, i. other physical quantities.
Im Folgenden wird der Stand der Technik von Einrichtungen zur Übertragung von Informationen über Bohrgestänge gewürdigt. Gemäß dem Stand der Technik sind je nach Anwendungsgebiet eine Vielzahl von Typen von In the following, the state of the art of devices for transmitting information about drill pipes is appreciated. According to the prior art, depending on the field of application, a variety of types of
Einrichtungen zur Übertragung von Informationen über Bohrgestänge im Einsatz. Facilities for transmitting information about drill pipes in use.
In der europäischen Patentanmeldung EP 1 225 301 A1 wird ein 'Hohles Bohrgestänge zur Informationsübertragung' vorgestellt, bestehend einerseits aus einem elektrisch leitendem hohlem Gestänge, welches innen eine zylinderförmige Schichtung aus Isolation, Leitung und Isolation umfasst, wobei die Leitung je an den Enden des Gestänges auf eine Länge L = 0,8 x D bis 2,2 x D zur Ausbildung leitender Ringe freigelegt ist und den Bohrschlamm kontaktiert, und andererseits aus einem Bohrstrang aus mehreren Gestängen und einem Bohrwerkzeug am unteren Ende, wobei für die Übertragung von Informationen eine erste innere axiale Spulenanordnung 1 am unteren Ende, die geeignet ist, elektrisch wechselnde Signale als Informationsträger zu empfangen, sowie eine zweite innere axiale Spulenanordnung 2 am oberen Gestänge für den Signalempfang, wobei die Signale durch die Zirkulation eines Stroms in einer Stromschleife erzeugt wird, die durch die leitende Schicht, die leitenden Ringe, den Innen-Schlamm, die Gestängewand und den Außen-Schlamm gebildet ist, und wobei der Strom durch das Signal erzeugt wird, das auf die Spulenanordnung 1 wirkt. Da der Durchmesser D zwischen 2,5 cm und 11 cm liegt, handelt es sich um eine extrem lange und dünne Leitung, sowohl im mechanischen als auch im elektrischen Sinne. In the European patent application EP 1 225 301 A1 a 'hollow drill pipe for information transmission' is presented, consisting on the one hand of an electrically conductive hollow rod, which inside a cylindrical stratification of insulation, conduction and insulation, wherein the line depending on the ends of the linkage is exposed to a length L = 0.8 x D to 2.2 x D to form conductive rings and contacted the drilling mud, and on the other hand from a drill string of several rods and a drill at the lower end, wherein for the transmission of information a first inner axial coil assembly 1 at the lower end, which is suitable for electrically changing signals as information carrier and a second inner axial coil assembly 2 on the upper linkage for signal reception, the signals being generated by the circulation of a current in a current loop passing through the conductive layer, the conductive rings, the inner mud, the skirted garments and the outer Is formed, and wherein the current is generated by the signal acting on the coil assembly 1. Since the diameter D is between 2.5 cm and 11 cm, it is an extremely long and thin line, both in the mechanical and in the electrical sense.
Die europäische Patentanmeldung EP 1 213 440 A1 stellt ein 'Verfahren zur Übertragung von Informationen über ein Bohrgestänge' sowie eine The European patent application EP 1 213 440 A1 provides a 'method for transmitting information about a drill pipe' and a
Einrichtung dafür vor, wobei jede Stange des Bohrgestänges eine koaxiale, elektrisch leitende Innenleitung für die Beförderung der unter Druck Device for this, with each rod of the drill pipe a coaxial, electrically conductive inner pipe for the carriage of the under pressure
stehenden Flüssigkeit aufweist, umgeben von einem Ringraum, gefüllt mit einem fluiden, elektrischen Isolator sowie einer nach außen abschließenden, elektrisch leitenden Wand, wobei sich eine erste Spulenanordnung zur induktiven Einkopplung in der Nähe des verschließenden, unteren Endes des Bohrgestänges befindet, angeordnet in dem Ringraum, die Innenleitung umschließend, sowie einer zweiten Spule zur induktiven Auskopplung in der Nähe des oberen Endes des Gestänges in gleicher Anordnung. Weiterhin befindet sich in Bohrkopfnähe ein batteriegespeister Messfühler, dessen Signal amplitudenaufbereitet und frequenzaufbereitet der ersten Spule zugeführt, übertragen und von der zweiten Spule empfangen und aufbereitet wird. Weiterhin sind die Spulen umschaltbar als Sende- und Empfangsspulen nutzbar. Außerdem ist eine weitere Sendespule in der Nähe der Spule 2 sowie eine weitere Empfangsspule in Nachbarschaft von Spule 1 vorgesehen. Die Anordnung stellt elektrisch eine Koaxialleitung dar, bestehend aus einem Innenleiter, zylinderförmiger Isolierschicht und einem Außenleiter. Die Güte der Übertragung ist material-, medium-, drehzahl-, längen-, amplituden- und frequenzabhängig. surrounded by an annular space filled with a fluid electrical insulator and an outwardly terminating, electrically conductive wall, wherein a first coil arrangement for inductive coupling in the vicinity of the closing, lower end of the drill string is located in the annulus , the inner line enclosing, and a second coil for inductive decoupling in the vicinity of the upper end of the linkage in the same arrangement. Furthermore, located near the drill near a battery-powered sensor whose signal is amplitude-processed and frequency-processed fed to the first coil, transmitted and received by the second coil and processed. Furthermore, the coils are reversible usable as transmitting and receiving coils. In addition, a further transmitting coil in the vicinity of the coil 2 and a further receiving coil in the vicinity of coil 1 is provided. The arrangement represents electrically a coaxial line, consisting of an inner conductor, a cylindrical insulating layer and an outer conductor. The quality of the transmission is material, medium, speed, length, amplitude and frequency dependent.
Die Europäische Patentanmeldung EP 468 891 A1 offenbart eine 'Anordnung zur Kraftmessung für ein Bohrgestänge mit einer Vorrichtung zur European Patent Application EP 468 891 A1 discloses a force measurement arrangement for a drill pipe with a device for
Funkübertragung', welche mit einem drehbaren Schaft fest verbundene Messfühler und eine erste elektronische Schaltung für die Aufbereitung der von den Messfühlern bereitgestellten Signale aufweist, wobei die Signale zu einer stationären Erfassungseinheit geleitet werden, die von einem auf dem drehbaren Schaft fest montierten Funksender entfernt ist und die Vorrichtung außerdem einen Funkempfänger für den Empfang der von der Radio transmission ', which is firmly connected to a rotatable shaft A sensor and a first electronic circuit for the preparation of the signals provided by the sensors, wherein the signals are conducted to a stationary detection unit, which is remote from a fixed mounted on the rotary shaft radio transmitter and the apparatus also has a radio receiver for the reception of of the
Erfassungseinheit gesendeten Signale aufweist und dass der Funkempfänger Einrichtungen zum Parametrieren oder zum Regulieren der Messvorrichtung als Reaktion auf die von der Erfassungseinheit gesendete Signale besitzt. Die Messfühler der Kraftmesseinrichtung sind über Tage installiert, ebenso wie die Funkstrecke, so dass als technische Besonderheit die rotierende Funkquelle und die stationäre Senke verbleibt.  Detection unit has transmitted signals and that the radio receiver has means for parameterizing or for regulating the measuring device in response to the signals sent by the detection unit. The sensors of the force measuring device are installed over days, as well as the radio link, so that remains as a technical feature of the rotating radio source and the stationary sink.
Die internationale Patentanmeldung WO 91 00 413 A1 betreffend eine International patent application WO 91 00 413 A1 concerning a
'Vorrichtung zur Kraftmessung für ein Bohrgestänge' hat zum Inhalt, dass die in EP 468 891 A1 beschriebene Funkstrecke bei ähnlichem Messfühleraufbau für die Kraftmessung des Bohrschafts durch einen mit dem Bohrgestänge mitdrehenden Kollektor mit feststehendem Bürstenabgriff ersetzt ist. Vor- und nachgeschaltete elektronische Schaltungen dienen der Messwertvor- und -aufbereitung. Da die Kraftmessung nicht am Ort des Geschehens stattfindet, d.h. am Bohrkopf oder in dessen unmittelbarer Nachbarschaft, ist das 'Device for force measurement for a drill pipe' has the content that the radio link described in EP 468 891 A1 is replaced with a similar sensor assembly for the force measurement of the drill shaft by a co-rotating with the drill string collector with a fixed brush tap. Upstream and downstream electronic circuits are used for the preparation and preparation of measured values. Since the force measurement does not take place at the scene, i. E. at the drill head or in its immediate vicinity, that is
Ergebnis der Messung ohnehin den tatsächlichen Verhältnissen anzupassen und nachzuarbeiten. Result of the measurement in any case to adjust the actual conditions and rework.
Die europäische Patentanmeldung EP 1 915 504 A1 stellt ein 'Bidirektionales Bohrgestänge-Fernmeßsystem zur Messung und Bohrsteuerung' vor, bestehend aus einer Bohrplattform mit Bohrturm und einer Aufhängung mit Haken und Drehgelenk für den Bohrstrang, einem Bohrtisch mit European Patent Application EP 1 915 504 A1 discloses a 'Bidirectional Drilling and Borehole Measurement and Drilling Control System' comprising a drilling rig with a derrick and a hook and pivot for the drill string, a rig
Mitnehmerstange, einer Pumpe für die Bohrflüssigkeit, die aus einer Grube über das Drehgelenk in das Innere der hohlzylinderförmigen Bohrgestänge gefördert und über die Bohrkrone austretend zwischen Bohrstrang- Außenwand und Bohrloch als Bohrschlamm nach oben gedrückt wird, mit einer Elektronik-Ausstattung unterhalb des Drehgelenks, die drahtlos einerseits mit dem Baustellen-Steuer- und Kontrollrechner kommuniziert und andererseits mit dem Oberflächen-Teilnehmer des Bohrstrangs, der einen informationstechnischen Abschluss einer Bohrgestänge-Vernetzung bildet, wobei die Gestänge über ihre Länge verdrahtet sind (Wired Drill Pipe (WDP)) und an ihrem jeweiligen Ende je eine induktive Kopplung zu einem nächsten Gestänge aufweisen, mit von der Länge des Bohrstrangs abhängig Mitnehmerstange, a pump for the drilling fluid, which is conveyed from a pit via the rotary joint in the interior of the hollow cylindrical drill pipe and pushed over the drill bit emerging between Bohrstrang- outer wall and hole as drilling mud, with an electronics equipment below the pivot, the wirelessly communicates on the one hand with the construction site control and control computer and on the other hand with the surface participant of the drill string, the one forming a drill pipe interconnect, wherein the linkages are wired along their length (Wired Drill Pipe (WDP)) and each have at their respective end an inductive coupling to a next linkage, depending on the length of the drill string
zwischengeschalteten Verstärkern, sowie einer Anordnung von Steuer- und Messeinrichtungen oberhalb der Bohrkrone (Bottom Hole Assembly (BHA)), wie eine Motorsteuerung, verschiedene Aufzeichnungs- (Logging While Drilling (LWD)) und Meß- (Measurement While Drilling (MWD)) Modulen, die zum verdrahteten Bohrgestänge hin mit einem Schnittstellen-Teilnehmer abschließen. Die verdrahteten, induktiv gekoppelten Gestänge, die sich vom Oberflächen- bis zum Schnittstellen-Teilnehmer erstrecken, bilden das Bohrstrang-Telemetrie-System.  intermediate amplifiers, and an array of bottom hole assembly (BHA) control and measuring devices, such as a motor controller, various logging while drilling (LWD) and measurement while drilling (MWD) modules leading to the wired drill string with an interface subscriber. The wired, inductively coupled linkages extending from the surface to the interface subscriber form the drill string telemetry system.
In einer älteren Patentanmeldung US 7 040 415 werden zwei weitere In an earlier patent application US 7 040 415 two more
Telemetrie-Systeme mit ihrer Methodik vorgestellt, wobei die Bohrstrangdaten an der Bohrplattform einmal über Schleifringe abgegriffen und dem Introduced telemetry systems with their methodology, the drill string data on the drilling platform once tapped via slip rings and the
Baustellen-Rechner übermittelt werden und in einem weiteren Beispiel mittels einer Drahtlos-Übertragung. Die Gestänge sind je mit zwei Leitungspaaren ausgestattet, wobei die zwischen den Gestängen geschalteten Adapter eine induktive Kopplung zwischen den beiden Leitungspaaren vorsehen. Construction site computers are transmitted and in another example by means of a wireless transmission. The linkages are each equipped with two cable pairs, with the adapter connected between the linkages providing an inductive coupling between the two pairs of lines.
Gemäß dem europäischem Patent EP 1 556 576 B1 'Bohrgestänge mit innenbeschichteter elektrischer Bahn' werden miteinander durch According to the European patent EP 1 556 576 B1, 'internally coated electrical track drill pipes' are interconnected
Verschraubung verbindbare hohlzylinderförmige Bohrgestänge auf der inneren Umfangsfläche elektrisch isolierbeschichtet, um dann eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf der zylinderförmigen Isolierfläche zu erfahren. Das Verfahren wird fortgesetzt mit einer weiteren Isolierschicht auf der leitfähigen Schicht und einer weiteren leitfähigen Schicht auf der zuletzt aufgetragenen Isolierschicht, so dass sich unter einem hohlzylinderförmigen Isolator bis zur Rohrinnenwand des Gestänges zwei elektrische hohlzylinderförmige Leiter befinden. Eine weitere Maßnahme wird an der Übergangsstelle zweier Gestängerohre derart getroffen, dass nach außen elektrisch isolierte und fluidgedichtete, im Innern mit elektrischen Leitern versehene Verbinder den isolierten elektrischen Pfad jedes solchen Gestänges mit dem isolierten elektrischen Pfad des entsprechenden benachbarten Gestänges elektrisch verbindet. Dies erfolgt auch über die elektrisch leitenden hohizylinderförmigen Schichten hinweg mehrschichtig, so dass mindestens ein isolierter Screw-connectable hollow cylindrical drill pipe electrically insulating coated on the inner peripheral surface to then experience an electrically conductive coating on the cylindrical insulating surface. The process is continued with a further insulating layer on the conductive layer and a further conductive layer on the last applied insulating layer, so that are located under a hollow cylindrical insulator to the pipe inner wall of the linkage two electrical hollow cylindrical conductors. Another measure is taken at the transition point of two drill pipes such that outwardly electrically insulated and fluid-sealed, internally provided with electrical conductors connector the isolated electrical path of each such linkage with the isolated electrical path of the corresponding adjacent linkage electrically connects. This is also done over the electrically conductive hohizylindrförmigen layers across multi-layered, so that at least one isolated
elektrischer Pfad durchgehend von einem oberen Ende des Bohrstrangs bis zu einem unteren Ende des Bohrstrangs entsteht. Die an den verschraubten Übergangsstellen der Gestänge auftretenden erheblichen Vibrationen und Kräfte, fordern bei den Verbindern eine unterbrechungsfreie elektrische, die kaum erreicht werden kann.  continuous electrical path from an upper end of the drill string to a lower end of the drill string. The considerable vibrations and forces occurring at the bolted transition points of the linkage, require in the connectors an uninterruptible electrical, which can hardly be achieved.
Die europäische Patentanmeldung EP 1 434 063 A2 'Verfahren und System zur Messsignalüberwachung für Bohrgestänge' offenbart ein European patent application EP 1 434 063 A2 'Method and system for measuring signal monitoring for drill pipes' discloses
Telemetriesystem und eine Telemetriemethode, um Informationen längs eines Bohrgestänges zu kommunizieren. Die Information eines Sensors in der Bohrkrone wird mit Hilfe eines Transmitters und einer Transmitterspule auf ein Trägersignal moduliert und von einer ersten Position über das Bohrgestänge mittel- bis hochfrequent zu einer zweiten Position übertragen, empfangen und mittels eines Receivers und einer Receiverspule demoduliert und im Telemetry system and a telemetry method to communicate information along a drill string. The information of a sensor in the drill bit is modulated with the aid of a transmitter and a transmitter coil on a carrier signal and transmitted from a first position via the drill string medium to high frequency to a second position, received and demodulated by a receiver and a receiver coil and in
Prozessor weiterverarbeitet. Mit der Anordnung sollen technische Processor further processed. With the arrangement should be technical
Bohrinformationen unmittelbar erfasst werden, die die Güte der Bohrung beeinflussen und die Lebensdauer der Bohrkopfeinrichtung durch Kenntnis der aktuellen Temperatur der Motorlagerschalen und der aktuellen Drilling information can be captured directly affecting the quality of the bore and the life of the drill head device by knowing the current temperature of the engine mounts and the current
Drehzahlen der Motorantriebswelle verlängern. Extend the speed of the motor drive shaft.
Aufgabe vorliegenden Erfindung ist es, eine neuartige Einrichtung zur Object of the present invention is to provide a novel device for
Übertragung von Informationen über einen Bohrstrang bereitzustellen, der die Nachteile des Stand des Technik überwindet und sichere Übertragung der Informationen innerhalb des Bohrstrangs gewährleistet. Provide information about a drill string, which overcomes the disadvantages of the prior art and ensures secure transmission of information within the drill string.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Anspruchs 1 , 9 und 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen formuliert. This object is solved by the features of independent claims 1, 9 and 10. Advantageous developments of the invention are formulated in the respective subclaims.
Erfindungsgemäß wird ein Kommunikationssystem zur Übertragung von Informationen über Bohrgestänge eines Bohrstrangs für Erdbohrungen vorgeschlagen, umfassend ein erstes Bohrgestänge, ein oder mehrere zweite Bohrgestänge und einen Bohrantrieb, wobei das erste Bohrgestänge und das oder die zweite(n) Bohrgestänge jeweils aus einem hohlzylinderförmigen Gestängerohr mit zumindest einer sich in axialer Richtung erstreckenden Leitung und mit einem oberen Ende und einem unteren Ende gebildet ist/sind, das untere Ende des ersten Bohrgestänges eine Aufnahme für einen According to the invention, a communication system for transmitting information about drill string of a drill string for earth bores proposed, comprising a first drill pipe, one or more second drill pipe and a drill drive, wherein the first drill pipe and the second (s) drill pipe each consist of a hollow cylindrical drill pipe with at least one axially extending pipe and having an upper end and a lower end is / are formed, the lower end of the first drill pipe a receptacle for a
Bohrkopf aufweist, jedes der zweiten Bohrgestänge mit seinem unteren Ende mit dem oberen Ende des ersten Bohrgestänges oder eines anderen zweiten Bohrgestänges drehfest verbunden und mit seinem oberen Ende mit dem unteren Ende eines weiteren zweiten Bohrgestänges oder mit dem  Drill head, each of the second drill string with its lower end to the upper end of the first drill string or another second drill string rotatably connected and with its upper end to the lower end of another second drill pipe or with the
Bohrantrieb drehfest verbunden ist, wobei das Kommunikationssystem weiterhin umfasst: Drill drive is rotatably connected, wherein the communication system further comprises:
- eine Sensorik und/ oder Aktorik, von der oder zu der Mess-, Parametrier-, Status- und/ oder Steuerdaten zu übertragen sind und die am unteren Ende des ersten Bohrgestänges und/ oder am Bohrkopf angeordnet ist/ sind,  a sensor system and / or actuator system, to which the measurement, parameterization, status and / or control data are to be transmitted and which are / are arranged at the lower end of the first drill string and / or on the drill head,
- eine erste Kommunikationseinheit und eine antriebsseitige Elektronik, die beide am oder im Bohrantrieb angeordnet und miteinander verbunden sind,  a first communication unit and a drive-side electronics, both of which are arranged on or in the drill drive and connected to one another,
- einen Oberflächenrechner zur Überwachung der Erdbohrung, der mit der antriebsseitigen Elektronik in Kommunikationsverbindung steht und die Daten der Sensorik und/ oder Aktorik empfängt oder bereitstellt,  a surface computer for monitoring the borehole, which communicates with the drive-side electronics and receives or provides the data of the sensors and / or actuators;
- weitere Kommunikationseinheiten, von denen zumindest eine an dem  - Other communication units, of which at least one of the
oberen Ende des ersten Bohrgestänges und zumindest jeweils eine an den beiden Enden des oder der zweiten Bohrgestänge(s) angeordnet sind, upper end of the first drill string and at least one at the two ends of the second or the second drill string (s) are arranged,
- zumindest eine Elektronik mit einem Mikrocontroller jeweils in den - At least one electronics with a microcontroller each in the
Bohrgestängen, und  Drill pipe, and
- zumindest eine Energieversorgung für die Kommunikationseinheiten und die Elektronik jeweils in den Bohrgestängen,  at least one power supply for the communication units and the electronics respectively in the drill pipes,
wobei die Sensorik und/ oder Aktorik und die Kommunikationseinheit des ersten Bohrgestänges über dessen elektrische Leitung miteinander wherein the sensor and / or actuator and the communication unit of the first drill string via the electrical line with each other
verbunden sind und die Elektronik des ersten Bohrgestänges datentechnisch zwischen der Sensorik und/ oder Aktorik und der Kommunikationseinheit des ersten Bohrgestänges liegt, und die Kommunikationseinheiten eines jeden zweiten Bohrgestänges über dessen elektrische Leitung miteinander verbunden sind, wobei die Elektronik des jeweiligen zweiten Bohrgestänges datentechnisch zwischen den Kommunikationseinheiten liegt, are connected and the electronics of the first drill string data technology between the sensors and / or actuators and the communication unit of the first drill string, and the communication units of each second drill pipe are connected to each other via the electrical line, wherein the electronics of the respective second drill string data-technically lies between the communication units,
und wobei die Kommunikationseinheiten Funkmodule sind, und jede der Kommunikationseinheiten dazu eingerichtet ist, die Daten an die unmittelbar benachbarte Kommunikationseinheit des nächsten Bohrgestänges oder des Bohrantriebs zu übertragen und/ oder von dieser Daten zu empfangen.  and wherein the communication units are radio modules, and each of the communication units is configured to transmit and / or receive the data to the immediately adjacent communication unit of the next drill string or auger drive.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine The basic idea of the present invention is a
Datenübertragung entlang eines Bohrstrangs für Erdbohrungen derart vorzusehen, dass innerhalb der einzelnen Bohrgestänge des Bohrstrangs eine kabelgebundene Übertragung der Daten erfolgt, und die Übertragung an den Verbindungsstellen der Bohrgestänge drahtlos erfolgt. Für die  Provide data transmission along a drill string for wells such that within each drill string of the drill string, a wired transmission of the data occurs, and the transmission takes place wirelessly at the junctions of the drill string. For the
kabelgebundene Übertragung wird eine Verdrahtung innerhalb der Wired transmission will be a wiring within the
Bohrgestänge verwendet (WDP), wohingegen den jeweiligen Enden der Bohrgestänge zueinander gerichtete Funkübertragungsmodule angeordnet sind, die lediglich den Verbindungsabstand zwischen einander überbrücken. Hierdurch wird eine zuverlässige, störungsfreie und wirkungsvolle Drill (WDP) used, whereas the respective ends of the drill string mutually facing radio transmission modules are arranged, which bridge only the connection distance between each other. This will be a reliable, trouble-free and effective
Datenübertragung entlang des Bohrstrangs erreicht, mittels welcher Data transmission along the drill string achieved by means of which
Bohrlochdaten in Echtzeit (real-time) und während des Bohrbetriebs (on-line) erfasst und an den Oberflächenrechner übertragen werden können, ohne dass die Bodenformation oder andere Umgebungsbedingungen am Bohrloch Einfluss auf die Güte der Datenübertragung haben. Borehole data can be collected in real time (real-time) and during drilling operations (on-line) and transmitted to the surface computer without the ground formation or other environmental conditions at the borehole affecting the quality of the data transmission.
Das erfindungsgemäße Kommunikationssystem ist vielseitig einsetzbar und bietet eine on-line und real-time Messwert-Übertragungsstrecke für The communication system according to the invention is versatile and offers an on-line and real-time measured value transmission path for
Bohrstrangdaten, Bohrkopfdaten und/ oder Bohrkronendaten, wobei sich die Sensoren zur Erfassung der Messdaten möglichst dicht in unmittelbarer Nähe des Bohrkopfs und/oder der Bohrkrone, vorzugsweise sogar an dem Bohrkopf und/ oder der Bohrkrone befinden. Nachfolgend wird unter dem Begriff Bohrkrone jener Teil des bohrlochbodenseitigen Endes eines Bohrstranges verstanden, der die sich in den Erdboden grabenden Schneidelemente besitzt, während Bohrkopf die Gesamtanordnung am unteren Ende des ersten Bohrgestänges, umfassend Bohrkopf, Bohrschnecke oder Bohrmeißel und entsprechende Verbindungsmittel zum Bohrgestänge bezeichnet. Drill string data, drill head data and / or Bohrkronendaten, wherein the sensors for detecting the measurement data as close as possible in the immediate vicinity of the drill head and / or the drill bit, preferably even on the drill head and / or the drill bit. Hereinafter, the term drill bit is understood to mean that part of the borehole bottom end of a drill string which has the cutting elements digging into the ground, while boring head comprises the overall arrangement at the lower end of the drill string first drill pipe comprising a drill head, auger or drill bit and corresponding connection means to the drill pipe.
In anderen Anwendungsfällen, z.B. bei großen Längen des Bohrstrangs, können Sensoren und/ oder Aktuatoren zusätzlich zur Anordnung am In other applications, e.g. at long lengths of the drill string, sensors and / or actuators in addition to the arrangement on
Bohrkopf auch in oder an wenigstens einem weiteren Bohrgestänge Drilling head also in or on at least one other drill pipe
angebracht bzw. eingebaut sein, um von verschiedenen Positionen entlang des Bohrstrangs Informationen, d.h. Sensormess- und/ oder Statusdaten zu erhalten oder Parametrier- und/ oder Steuerdaten an Sensoren oder may be mounted to receive information from various positions along the drillstring, i. Receive sensor measurement and / or status data or parameterization and / or control data to sensors or
Aktuatoren zu übertragen, die sich an verschiedenen Orten des Bohrstrangs befinden. Als wichtige Sensoren, sind hier Druck- oder Temperatursensoren zu nennen. Aktoren können Ventile, Motoren oder Pumpen sein. Transfer actuators, which are located in different locations of the drill string. Important sensors are pressure or temperature sensors. Actuators can be valves, motors or pumps.
Das Kommunikationssystem ist einfach und wartungsfrei, und die Installation und Inbetriebnahme von technisch geschultem Personal vor Ort möglich. Es lässt sich vielseitig einsetzen, insbesondere auch auf Gebieten der The communication system is simple and maintenance-free, and the installation and commissioning of technically trained personnel on site possible. It can be used in many ways, especially in areas of
Bohrtechnik für den Spezialtief bau, wie das Spülbohren, das Pfahlbohren und die„ln-situ Soil-Mixing" Technologie mit den drei Anwendungen„Deep Soil Mixing (DSM)",„Shallow Soil Mixing (SSM)" und„Backhoe Stabilization" (BOSS). Drilling technology for deep engineering, such as mud drilling, pile drilling and in-situ soil mixing technology with the three applications Deep Soil Mixing (DSM), Shallow Soil Mixing (SSM) and Backhoe Stabilization ( BOSS).
Die In-Situ Soil Mixing Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass das Ziel Bodenverdichtungen und Bodenfestigungen sind, in dem das Erdreich durch Bohren oder Fräsen aufgelockert wird, während des Bohrer- oder The in-situ Soil Mixing process is characterized by the fact that the goal is soil compaction and soil stabilization, in which the soil is loosened by drilling or milling, during the drilling or milling
Fräsertiefgangs bereits eine anwendungsspezifische Suspension eingebracht, beim Hochgang zusätzlich zu der Suspension Zement beigegeben und mit dem Boden/Erdreich vermischt und gegebenenfalls anschließend noch mit Eisenpfählen verfestigt wird. Der sonst übliche Stützbau und Bodenaushub entfällt. Es werden so Tiefen bis 55 m bearbeitet, wobei der korrekten Milling draft already introduced an application-specific suspension, added at the high gear in addition to the suspension cement and mixed with the soil / soil and optionally subsequently solidified with iron piles. The usual support structure and excavated soil deleted. Depths of up to 55m are processed, with the correct
Parallelität und Lotrechte der Bohrungen größte Bedeutung zukommt, um eine homogene Bodenverfestigung zu erhalten. Parallelism and perpendicularity of the holes is of utmost importance to obtain a homogeneous soil consolidation.
Das gleiche gilt bei der Deichabdichtung und Deichverfestigung, da bei NichtParallelität und fehlender Lotrechte bei der Einbringung nicht fundamentierte Lücken entstehen, die durch das Wasser freigespült oder ausgespült werden können, wodurch der Deich aus- oder unterhöhlt wird. Im Gegensatz zu den oben vorgestellten geophysikalischen Bohrungen oder den Spül- und The same applies to the dike sealing and dyke consolidation, since non-parallelism and lack of verticals in the introduction not fundamental Gaps occur that can be flushed or rinsed out by the water, causing the dike to be hollowed out or undermined. In contrast to the above geophysical holes or the rinsing and
Pfahlbohrungen fallen im Rahmen der„ln-situ Soil Mixing" Technologie keine Bohrlöcher, insbesondere nicht für die Lotrechte-Messung an. Dennoch ist die Messung der Lotrechte während des laufenden Vortriebs on-line und real-time zwingend erforderlich.  Pile drilling does not incur drilled holes as part of "in-situ soil mixing" technology, especially for perpendicular measurement, but the measurement of perpendiculars during on-line and real-time propulsion is imperative.
Für das Bodenmischen wird ein Doppelbohrantrieb oder Doppelfräsantrieb eingesetzt mit zwei gegenläufig rotierenden Werkzeugen, die für eine höchstmögliche Durchmischung des Bodens/Erdreichs sorgen. Ein For soil mixing, a twin-auger or double-auger drive is used with two counter-rotating tools, which ensure the best possible mixing of the soil / soil. One
innenliegendes Hochdruckgestänge mit durchgehendem Querschnitt vom Spülkopf bis zum Mischwerkzeug sorgt für einen anwendungsorientierten wartungsarmen Einsatz bei Arbeitsdrücken bis 10 MPa/100 bar. Ein Internal high-pressure linkage with a continuous cross-section from the flushing head to the mixing tool ensures application-oriented, low-maintenance use at working pressures of up to 10 MPa / 100 bar. One
mechanisch verstellbarer Führungsschlitten ermöglicht die Veränderung des Achsabstands der Antriebsmotoren von 500 mm ... 1100 mm, wodurch die Herstellung von aufgelösten, tangierenden oder überschnittenen mechanically adjustable guide carriage allows the change of the center distance of the drive motors of 500 mm ... 1100 mm, whereby the production of resolved, tangent or overcut
Mischpfählen möglich wird. Drehzahl und Drehmoment werden über ein in der Motorhydraulik verbautes elektrisch schaltbares Zwei-Geschwindigkeitsventil gesteuert. Mixed piles is possible. The speed and torque are controlled by an electrically switchable two-speed valve installed in the engine hydraulics.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die einzelnen Bohrgestänge in axialer Richtung ein- oder mehrpaarig zu verdrahten (WDP), so dass zwischen den beiden Enden eines Gestängerohrs zumindest eine elektrische Leitung liegt, die zur Datenübertragung von einem zum anderen Ende verwendet werden kann. Die elektrische Leitung kann in einem vergleichsweise dünnen Rohr einliegen, das sich zumindest abschnittsweise am hohlen Gestängerohr in der Art eines Kabelkanals, vorzugsweise innenseitig, achsparallel zu diesem erstreckt. Durch die Verwendung einer elektrischen Leitung für die According to the invention, it is proposed to wire the individual drill rods in the axial direction in one or more pairs (WDP) so that there is at least one electrical line between the two ends of a drill pipe which can be used for data transmission from one end to the other. The electrical line can einliegen in a relatively thin tube, which extends at least partially on the hollow drill pipe in the manner of a cable channel, preferably on the inside, axially parallel to this. By using an electric wire for the
Datenübertragung von einem Bohrgestängeende zum anderen Data transfer from one drill pipe end to the other
Bohrgestängeende ist die Qualität der Datenübertragung unabhängig von der Länge des Bohrgestänges. Die Energieversorgung ist bevorzugt aus Batterien gebildet, so dass sie autark ist und keine externe Einspeisung eines Stroms für die Drill end is the quality of data transfer regardless of the length of the drill string. The power supply is preferably formed of batteries so that it is self-sufficient and no external supply of a current for the
Kommunikationseinheiten notwendig ist. Des weiteren ist es von Vorteil, die Energieversorgung schaltbar auszuführen, so dass in den Fällen, in denen keine Datenübertragung über ein Bohrgestänge notwendig ist, beispielsweise während seiner Lagerung an einem Vorratsplatz oder bei einer längeren Aussetzung der Bohrung, eine Abschaltung der Stromzuführung für die Elektronik und die Kommunikationseinheiten erreicht wird. Hierdurch wird Batteriekapazität eingespart und die Nutzungsdauer der Energieversorgung verlängert.  Communication units is necessary. Furthermore, it is advantageous to perform the power supply switchable, so that in cases where no data transfer via a drill pipe is necessary, for example, during its storage at a storage location or a longer suspension of the hole, a shutdown of the power supply for the electronics and the communication units is reached. This saves battery capacity and extends the useful life of the power supply.
Vorzugsweise kann die Energieversorgung und/ oder die Elektronik in etwa der axialen Rohrmitte eines Gestängerohres angeordnet sein. Dies bewirkt, dass in beide Richtungen dieselbe Kabellänge vorhanden ist, so dass Dämpfungseffekte oder andere parasitäre Effekte bei der Datenübertragung und Spannungsversorgung in beide Übertragungsrichtungen symmetrisch sind. Preferably, the power supply and / or the electronics can be arranged approximately in the axial tube center of a drill pipe. This causes the same cable length to be present in both directions, so that attenuation effects or other parasitic effects in data transmission and power supply in both directions of transmission are symmetrical.
An den Enden der Bohrgestänge ist jeweils mindestens eine von der At the ends of the drill string is at least one of the
Energieversorgung gespeiste, funkgesteuerte Kommunikationseinheit vorgesehen, die entweder als Sender (Transmitter) oder als Empfänger (Receiver) oder als kombinierte Sende-/Empfängereinheit (Transceiver) ausgeführt sind. Derartige Sender, Empfänger und kombinierte Power supplied, radio-controlled communication unit provided, which are designed either as a transmitter (transmitter) or as a receiver (receiver) or as a combined transceiver unit (transceiver). Such transmitters, receivers and combined
Sende-/Empfängereinheit sind handelsüblich und werden nachfolgend nicht weiter dargestellt. Ist nur eine unidirektionale Datenübertragung erforderlich, genügt die Verwendung von Sendern und Empfängern als Datenmodule, wobei an einem Ende eine Bohrgestänges ein Sender und an dem anderen Ende ein korrespondierender Empfänger angeordnet ist und die Transceiver unit are commercially available and will not be further described below. If only one unidirectional data transmission is required, the use of transmitters and receivers as data modules is sufficient, wherein at one end a drill string is arranged a transmitter and at the other end a corresponding receiver and the
Bohrgestänge derart aneinander montiert werden, dass an der Drill rods are mounted to each other so that at the
Verbindungsstelle ein Sender des einen Bohrgestänges einem Empfänger des anderen Bohrgestänges gegenüberliegt. Eine bidirektionale Junction a transmitter of a drill string opposite a receiver of the other drill string. A bidirectional
Kommunikation wird erreicht, wenn an jedem Ende eines Bohrgestänges ein Sender und ein Empfänger angeordnet werden. Dies kann in getrennten Kommunikationseinheiten erfolgen oder alternativ in der genannten Communication is achieved when a transmitter and a receiver are placed at each end of a drill pipe. This can be in separate Communication units take place or alternatively in the mentioned
kombinierten Sende-/Empfangseinheit (Transceiver).  combined transceiver.
Die Kommunikationseinheiten sind folglich erfindungsgemäß so angeordnet, dass sich in unidirektionaler Senderichtung vom Bohrlochboden zur The communication units are therefore arranged according to the invention so that in unidirectional transmission direction from the borehole bottom to
Oberfläche, z.B. im Falle der Messdatenübertragung, am oberen Ende des n- ten Gestänges, ein Sender und am unteren Ende des anschließenden (n+1 )- ten Gestänges, ein Empfänger befindet. Für den umgekehrten  Surface, e.g. in the case of measurement data transmission, at the upper end of the nth linkage, a transmitter and at the lower end of the subsequent (n + 1) - th linkage, a receiver is located. For the reverse
unidirektionalen Betrieb von der Oberfläche zum Bohrlochboden kann vorgesehen sein, dass am unteren Ende des (n+1 )-ten Gestänges ein Sender und am oberen Ende des anschließenden n-ten Gestänges ein Empfänger angeordnet ist. Die Funkausstattung der Gestänge bei bidirektionalem  Unidirectional operation from the surface to the bottom of the borehole can be provided that at the lower end of the (n + 1) -th linkage a transmitter and at the upper end of the subsequent n-th linkage a receiver is arranged. The radio equipment of the linkage in bidirectional
Funkverkehr kann dann vereinfachend mit kombinierten  Radio communication can then be simplified with combined
Sender-/Empfängereinheiten (Transceivern) erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass keine Typunterscheidung der Bohrgestänge und keine Transmitter / receiver units (transceivers) done. This has the advantage that no type distinction of the drill string and no
Richtungsorientierung derselben notwendig ist. Directional orientation of the same is necessary.
Die Elektronik innerhalb eines Bohrgestänges steuert die Datenübertragung von einer Kommunikationseinheit zu der anderen Kommunikationseinheit respektive zu oder von der Sensorik/ Aktorik. Sie kann als Verstärker und Signalkonditionierer für die zu übertragenden Daten dienen. Die Elektronik enthält hierzu einen Mikrocontroller. The electronics within a drill string controls the data transmission from one communication unit to the other communication unit or to the sensor / actuator system. It can serve as an amplifier and signal conditioner for the data to be transmitted. The electronics contains a microcontroller for this purpose.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante weist jedes Gestänge einen In an advantageous embodiment, each linkage has one
Neigungssensor auf zur Erfassung des Lagezustands des jeweiligen Inclination sensor to detect the state of the respective
Bohrgestänges auf. So kann mittels des Neigungssensors festgestellt werden, ob sich das entsprechende Bohrgestänge in einer horizontalen Lage, beispielsweise am Lagerplatz lagernd, oder in einer vertikalen Lage, z.B. im Falle seiner Verwendung, befindet. Als Neigungssensor kann beispielsweise ein einfacher Quecksilberschalter, alternativ ein Gyrosensor oder ein oder mehrere Beschleunigungssensoren verwendet werden. Der Neigungssensor kann ebenfalls in etwa der axialen Mitte eines Bohrgestänges angeordnet werden. Der Neigungssensor kann als Schalter für die Energiezufuhr eingesetzt werden. Vorzugsweise ist er hierzu mit der Energieversorgung verbunden und dazu eingerichtet, die Energieversorgung für die Elektronik und für das oder die Kommunikationseinheiten bei einem Übergang des Bohrgestänges von einem horizontalen Lagezustand zu einem vertikalen Lagezustand Drill pipe on. Thus, it can be determined by means of the inclination sensor, whether the corresponding drill string is in a horizontal position, for example, at the storage location, or in a vertical position, for example in the case of its use. As a tilt sensor, for example, a simple mercury switch, alternatively a gyrosensor or one or more acceleration sensors can be used. The inclination sensor can also be arranged approximately at the axial center of a drill pipe. The tilt sensor can be used as a switch for power supply. For this purpose, it is preferably connected to the power supply and configured to supply the power to the electronics and to the communication unit (s) at a transition of the drill string from a horizontal attitude condition to a vertical attitude condition
einzuschalten und bei einem Übergang des Bohrgestänges von einem vertikalen Lagezustand zu einem horizontalen Lagezustand auszuschalten. Dies bedeutet, dass bei etwa horizontaler Lage der Gestänge, wie z.B. auf einem Lagerplatz oder beim Transport, die Energieversorgung ausgeschaltet ist bzw. wird, und bei etwa senkrechter Betriebsweise oder bei Verlassen der horizontalen Lage den Ruhestatus der Energieversorgung für den  turn on and turn off at a transition of the drill string from a vertical position state to a horizontal position state. This means that at about horizontal position of the linkage, such as e.g. in a storage space or during transport, the power supply is switched off or is, and in about vertical operation or when leaving the horizontal position, the rest status of the power supply for the
Mikrokontroller und die Funkmodule einschaltet.  Microcontroller and the wireless modules turns on.
Für Horizontalbohrungen oder Schrägbohrungen können geeignete For horizontal drilling or oblique drilling suitable
Kompensationsmaßnahmen, wie z.B. Magnetschalter in jedem Bohrgestänge vorgesehen werden, um die Energieversorgung trotz im wesentlichen horizontalem Lagezustand des entsprechenden Bohrgestänges einzuschalten und die Elektronik zu aktivieren, oder um die Logik der Neigungsschalter zu ändern. Compensation measures, such as Magnetic switch can be provided in each drill pipe to turn on the power supply despite substantially horizontal positional state of the corresponding drill string and to activate the electronics, or to change the logic of the tilt switch.
Vorzugsweise kann die Energieversorgung wiederaufladbar sein. Hierzu können die Batterien durch aufladbare Akkus gebildet sein. Im Falle einer fest installierten Energieversorgung kann das Laden grundsätzlich im im Preferably, the power supply can be rechargeable. For this purpose, the batteries may be formed by rechargeable batteries. In the case of a permanently installed power supply, charging can basically take place in the
Bohrgestänge montierten Zustand erfolgen, wobei das Bohrgestänge mitsamt seiner montierten Energieversorgung über Ladekabel an eine Ladestation angeschlossen wird. Unter Berücksichtigung der Abmessungen und des Gewichts eines Bohrgestänges und des Einsatzes an einer Baustelle ist es jedoch von Vorteil, die Energieversorgung entnehmbar am oder im Drill rod mounted state, the drill pipe is connected together with its mounted power supply via charging cable to a charging station. Taking into account the dimensions and weight of a drill string and the use of a construction site, however, it is advantageous, the power supply removable on or in
Gestängerohr vorzusehen, insbesondere steckbar auszuführen. Auf diese Weise kann sie von dem Gestängerohr einfach und schnell entnommen werden, um sie auf- oder nachzuladen. Auch ein Entladen zwecks To provide drill pipe, in particular to perform pluggable. In this way, it can be easily and quickly removed from the drill pipe to load or reload. Also a unloading in order to
Regeneration ist möglich. Nach dem Ladeprozess kann die Regeneration is possible. After the loading process, the
Energieversorgung dann wieder an die entsprechende Aufnahme am Power supply then back to the appropriate recording on
Gestängerohr angesteckt werden. Hierzu weist die Aufnahme elektrische Steckkontakte auf, über die die Energieversorgung mit der Elektronik und/ oder mit den Kommunikationseinheiten verbindbar ist bzw. verbunden wird. Stem ear are infected. For this purpose, the recording electrical Plug contacts, via which the power supply to the electronics and / or with the communication units is connectable or is connected.
Der Ladevorgang kann an einem örtlich stationären Ladeplatz oder mit einem mobilen Ladegerät erfolgen, welches auf Basis eines im Stand der Technik bekannten Verfahrens der drahtlosen Energieübertragung arbeitet, wie z.B. 'Drahtlose Energieübertragung mittels eng gekoppelter magnetischer The charging process may be carried out at a local stationary charging station or with a mobile charging device operating on the basis of a wireless energy transfer method known in the art, e.g. 'Wireless energy transfer by means of closely coupled magnetic
Resonanzen' oder 'Rückkanalige Nachrichtenübermittlung mittels  Resonances 'or' backchannel messaging using
Empfangsantennen-Impedanzmodulation'.  Receiving antenna impedance modulation '.
Gemäß einer anderen Ausführungsvariante kann zusätzlich oder alternativ zur Ladung der Energieversorgung an einer Ladestation das Gestängerohr Mittel zur automatischen Wiederaufladung der Energieversorgung während des Betriebs des Bohrgestänges aufweisen. Eine Entnahme der According to another embodiment, additionally or alternatively to the charging of the power supply to a charging station, the drill pipe may have means for automatically recharging the power supply during operation of the drill pipe. A removal of the
Energieversorgung zwecks Aufladung kann dadurch weitegehend vermieden werden. Ein derartiges Mittel kann beispielsweise eine Turbine sein, die einen elektrischen Generator antreibt und von dem in das Innere des Energy supply for the purpose of charging can be largely avoided. Such a means may for example be a turbine which drives an electric generator and from which into the interior of the
Bohrgestänges druckbeaufschlagt eingebrachte Medium, z.B. Spülwasser, eine Suspension oder Zement, oder von dem Spülschlamm angetrieben wird, der außen zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwand an die Erdoberfläche strömt. Ein alternatives Mittel ist ein Seebeck-Element, das eine Spannung aus einem Temperaturunterschied zwischen dem in das Bohrgestänge eingeführte Medium und dem Spülschlamm erzeugt, die zur Aufladung der Energieversorgung verwendet werden kann. Drill pipe pressurized introduced medium, e.g. Rinse water, a suspension or cement, or is driven by the mud flowing outside between the drill pipe and borehole wall to the earth's surface. An alternative means is a Seebeck element which generates a voltage from a temperature difference between the medium introduced into the drill string and the drilling mud which can be used to charge the power supply.
Bevorzugt weist die Energieversorgung zumindest ein optisches und/ oder akustisches Mittel zur Anzeige des Ladezustands, der Restkapazität und/ oder noch zur Verfügung stehenden Versorgungsdauer auf. Eine derartige Ladezustandsanzeige dient der Ladekontrolle. Dabei kann sowohl der Ist- Ladezustand zur Anzeige gebracht werden, wie auch eine Vorhersage über den Kapazitätszustand der wiederaufladbaren speichernden The energy supply preferably has at least one optical and / or acoustic means for displaying the state of charge, the remaining capacity and / or the supply duration still available. Such a charge status indicator serves the charge control. In this case, both the actual state of charge can be displayed, as well as a prediction of the capacity state of the rechargeable storing
Energieversorgung. Das Gestängerohr eines jeden Bohrgestänges kann mindestens eine Power supply. The drill pipe of each drill string can have at least one
Ausnehmung zur geschützten Aufnahme der Energieversorgung, der  Recess for protected recording of the power supply, the
Elektronik und/ oder einer der Kommunikationseinheiten aufweisen. In dieser Ausnehmung ist die aufgenommene Energieversorgung, Elektronik und/ oder Kommunikationseinheiten von den das Bohrgestänge umgebenden Medien isoliert. Die Ausnehmung kann außenseitig an dem Gestängerohr vorgesehen sein, wobei sie in diesem Fall durch eine stählerne Tasche gebildet ist.  Have electronics and / or one of the communication units. In this recess, the recorded power supply, electronics and / or communication units of the surrounding the drill pipe media is isolated. The recess may be provided on the outside of the drill pipe, in which case it is formed by a steel bag.
Alternativ kann sich die Ausnehmung in das Innere des Gestängerohrs erstrecken, so dass an seiner Mantelfläche keine hervorstehenden Teile vorhanden sind. Die genaue Anordnung der Ausnehmung über die Alternatively, the recess may extend into the interior of the drill pipe, so that no projecting parts are present on its lateral surface. The exact arrangement of the recess over the
Gestängelänge kann den Zugänglichkeiten angepasst sein. Linkage length can be adapted to the accessibility.
In der Ausnehmung liegen dann Steckkontakte zur elektrischen In the recess are then plug contacts for electrical
Steckkontaktierung der Energieversorgung, der Elektronik und/ oder einer der Kommunikationseinheiten. Auch können über die Steckkontakte Sensoren und/ oder Aktoren mit der Energieversorgung und/ oder der Elektronik verbunden sein bzw. werden. Plug contacting the power supply, the electronics and / or one of the communication units. Also, sensors and / or actuators can be or are connected to the power supply and / or the electronics via the plug contacts.
Sofern eine Kommunikationseinheit in einer Ausnehmung des Gestängerohrs eingesetzt ist, wird sie durch das Gestängerohr, respektive durch die die Ausnehmung begrenzende Wandung geschützt. Alternativ kann eine If a communication unit is inserted in a recess of the drill pipe, it is protected by the drill pipe, respectively by the wall delimiting the recess. Alternatively, a
Kommunikationseinheit eines Bohrgestänges jedoch auch ein robustes, insbesondere metallisches Gehäuse aufweisen, mit dem sie außen am Communication unit of a drill string but also have a robust, especially metallic housing, with which they outside the
Gestängerohr montiert ist. Die Kommunikationseinheit ist dadurch leichter Zugänglich. Drill pipe is mounted. The communication unit is thus more accessible.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Gehäuse einer According to an advantageous embodiment, the housing has a
Kommunikationseinheit eine durch ein nichtmetallisches Material, Communication unit one by a non-metallic material,
beispielsweise Kunststoff oder Keramik, verschlossene Öffnung auf, die in Richtung des äußeren Randes des Endes gerichtet ist, an dem die For example, plastic or ceramic, closed opening, which is directed towards the outer edge of the end, where the
entsprechende Kommunikationseinheit angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Kommunikationseinheit zum einen vor den Materialien im Bohrloch geschützt ist, zum anderen ein weitestgehend ungehinderter Empfang und/ oder weitestgehend ungehinderte Abstrahlung von Funksignalen durch die Öffnung hindurch möglich ist. Dabei liegt unmittelbar an oder sogar in der Öffnung eine Antenne des Funkmoduls zur Abstrahlung und/ oder zum Empfang von Funksignalen. Ein vollständig metallisches Gehäuse würde dagegen den Empfang und die Aussendung von Funksignalen verhindern. corresponding communication unit is arranged. This has the advantage that the communication unit is protected on the one hand from the materials in the borehole, on the other hand, a largely unhindered reception and / or largely unhindered emission of radio signals through the Opening is possible through. An antenna of the radio module for emitting and / or receiving radio signals is located directly at or even in the opening. By contrast, a completely metallic housing would prevent the reception and emission of radio signals.
Sofern eine Kommunikationseinheit in einer Ausnehmung des Gestängerohr eines Bohrgestänges einliegt, kann auch diese eine durch ein If a communication unit rests in a recess of the drill pipe of a drill pipe, this can also be a by a
nichtmetallisches Material, beispielsweise Kunststoff oder Keramik, verschlossene Öffnung aufweisen, die in Richtung des äußeren Randes des Endes gerichtet ist, an dem die entsprechende Kommunikationseinheit angeordnet ist.  non-metallic material, such as plastic or ceramic, have closed opening, which is directed towards the outer edge of the end on which the corresponding communication unit is arranged.
Vorzugsweise bilden die Energieversorgung und die Elektronik baulich eine Einheit. Die Elektronik kann dadurch kompakt ausgeführt werden und muss nicht separat mit der Energieversorgung verkabelt werden. Die Handhabung der Bohrgestänge erleichtert sich dadurch und der Aufwand für die Preferably, the power supply and the electronics structurally form one unit. The electronics can thus be made compact and does not need to be cabled separately to the power supply. The handling of the drill pipe facilitates thereby and the effort for the
Vorbereitung der Bohrgestänge reduziert sich. Preparation of the drill pipe is reduced.
Des Weiteren kann ein Bohrgestänge für jede Kommunikationseinheit eine Elektronik aufweisen, wobei Kommunikationseinheit und Elektronik jeweils baulich eine Einheit bilden können. In gleicher Weise kann ein Bohrgestänge für jede Kommunikationseinheit eine Energieversorgung aufweisen, wobei Kommunikationseinheit und Energieversorgung baulich eine Einheit bilden. Furthermore, a drill string for each communication unit may have electronics, wherein the communication unit and the electronics can each structurally form a unit. Similarly, a drill pipe for each communication unit may have a power supply, wherein communication unit and power supply structurally form a unit.
Auch dies vereinfacht die Handhabung, reduziert die Komponentenanzahl und erleichtert dadurch die Bestückung der Bohrgestänge. In einer besonders bevorzugten Ausführung können eine Kommunikationseinheit, eine Elektronik und eine Energieversorgung gemeinsam eine bauliche Einheit bilden, so dass abgesehen von dem den Bohrkopf aufnehmenden Bohrgestänge bei jedem Bohrgestänge nur zwei Komponenten anzuordnen und über die elektrische Leitung zu verbinden sind. This also simplifies handling, reduces the number of components and thereby facilitates the assembly of the drill pipe. In a particularly preferred embodiment, a communication unit, an electronics and a power supply together form a structural unit, so that apart from the drill pipe receiving drill pipe at each drill string only two components to be arranged and connect via the electrical line.
Das erste Bohrgestänge bildet ein erstes Ende des Bohrstrangs und weist in der Nähe des Bohrkopfs die Sensorik für die zu messenden und zur The first drill pipe forms a first end of the drill string and has near the drill head, the sensors for the measured and
Oberfläche zu übertragender Messwerte und Parameter auf. Es ist aus einem hohlzylinderförmigen Gestängerohr gebildet, das ein oberes Ende und ein unteres Ende aufweist, mit zumindest einer zwischen dem oberen und dem unteren Ende liegenden elektrischen Leitung, die zu den beiden Enden geführt ist, wobei das untere Ende eine Aufnahme für einen Bohrkopf aufweist und das oberen Ende mit dem unteren Ende eines anderen Bohrgestänges oder mit einem Bohrantrieb drehfest verbindbar ist, wobei eine Sensorik und/ oder Aktorik, von der oder zu der Daten übertragbar sind, am unteren Ende angeordnet ist/ sind, eine Kommunikationseinheit am oberen Ende Surface to be transferred measured values and parameters. It is from one a hollow cylindrical drill pipe having an upper end and a lower end, with at least one lying between the upper and the lower end electrical line which is guided to the two ends, wherein the lower end has a receptacle for a drill head and the upper end is rotatably connected to the lower end of another drill string or with a drill drive, wherein a sensor and / or actuators, from which or to the data are transferable, is arranged at the lower end / are, a communication unit at the upper end
angeordnet ist, zumindest eine Elektronik mit einem MikroController, und zumindest eine Energieversorgung für die Kommunikationseinheiten und die Elektronik vorhanden sind, wobei die Kommunikationseinheit und die is arranged, at least one electronics with a microcontroller, and at least one power supply for the communication units and the electronics are present, wherein the communication unit and the
Sensorik und/ oder Aktorik über die elektrische Leitung miteinander verbunden sind und die Elektronik datentechnisch zwischen der Sensorik und/ oder Aktorik und der Kommunikationseinheit liegt, und die Sensors and / or actuators are connected to each other via the electrical line and the electronics data technology between the sensors and / or actuators and the communication unit is located, and the
Kommunikationseinheit ein Funkmodul ist, wobei die Kommunikationseinheit dazu eingerichtet ist, Daten an eine unmittelbar benachbarte Communication unit is a radio module, wherein the communication unit is adapted to data to an immediately adjacent
Kommunikationseinrichtung des nächsten Bohrstrangs oder des Bohrantriebs zu übertragen und/ oder von dieser Daten zu empfangen. Die Sensorik ist folglich über die ein- oder mehrpaarige elektrische Leitung mit der Elektronik des ersten Bohrgestänges verbunden und übertragt die Messwerte als elektrische Signale analog oder digital über diese Leitung. Communication device of the next drill string or the drill drive to transmit and / or receive data from this. The sensor system is thus connected to the electronics of the first drill string via the single or multi-pair electrical line and transmits the measured values as electrical signals analog or digital via this line.
An dem dem unteren Ende gegenüberliegenden oberen Ende des ersten Bohrgestänges befindet sich eine als Funkmodul ausgeführte At the upper end of the first drill string opposite the lower end there is a radio module
Kommunikationseinheit, die einen Sender (Transmitter) oder eine kombinierte Sender-/Empfängereinheit (Transceiver) bildet. Auch das erste Bohrgestänge kann in seiner axialen Mitte eine wiederaufladbare speichernde Communication unit that forms a transmitter or a combined transmitter / receiver unit (transceiver). Also, the first drill string can in its axial center a rechargeable storing
Energieversorgung und einen Neigungssensor als Energieschalter für die Elektronik und das Funkmodul besitzen. Das erste Bohrgestänge Have power supply and a tilt sensor as a power switch for the electronics and the radio module. The first drill pipe
unterscheidet sich gegenüber dem oder den zweiten Bohrgestängen in der Sensorik und/oder Aktorik, die in Bohrkopfnähe anstelle einer differs from the second or the second drill rods in the sensor and / or actuators, which are in Bohrkopfnähe instead of
Kommunikationseinheit angeordnet ist. Das zweite bzw. jedes zweite Bohrgestänge bildet ein Communication unit is arranged. The second or each second drill pipe forms a
Zwischenbohrgestänge, das zwischen das erste, den Bohrkopf umfassenden Bohrgestänge und dem Bohrantrieb montiert wird. Hierzu wird es an dem dem ersten Ende des Bohrstrangs gegenüberliegenden Ende oberflächenseitig positioniert und an dem ersten Bohrgestänge und dem Antrieb montiert. Es bildet ein Bohrgestänge für einen Bohrstrang für Erdbohrungen zum Aufbau des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems, mit einem  An intermediate drill pipe which is mounted between the first drill pipe comprising the drill head and the drill drive. For this purpose, it is positioned on the surface side opposite the first end of the drill string and mounted on the first drill string and the drive. It forms a drill pipe for a drill string for earth bores for the construction of the communication system according to the invention, with a
hohlzylinderförmigen Gestängerohr, das ein oberes Ende und ein unteres Ende aufweist, und mit zumindest einer zwischen dem oberen und dem unteren Ende liegenden elektrischen Leitung, die zu den beiden Enden geführt ist, wobei das untere Ende mit dem oberen Ende eines anderen Bohrgestänges drehfest verbindbar und das oberen Ende mit dem unteren Ende eines anderen Bohrgestänges oder mit einem Bohrantrieb drehfest verbindbar ist, wobei an beiden Enden zumindest eine  hollow cylindrical drill pipe having an upper end and a lower end, and having at least one lying between the upper and the lower end electrical line which is guided to the two ends, wherein the lower end with the upper end of another drill string rotatably connected and the upper end with the lower end of another drill string or with a drill drive rotatably connected, wherein at both ends at least one
Kommunikationseinheit angeordnet, zumindest eine Elektronik mit einem MikroController, und zumindest eine Energieversorgung für die Communication unit arranged, at least one electronics with a microcontroller, and at least one power supply for the
Kommunikationseinheiten und die Elektronik vorhanden sind, wobei die Kommunikationseinheiten über die elektrische Leitung miteinander verbunden sind und die Elektronik datentechnisch zwischen den Communication units and the electronics are present, wherein the communication units are connected to each other via the electrical line and the electronic data technology between the
Kommunikationseinheiten liegt, und die Kommunikationseinheiten Communication units, and the communication units
Funkmodule sind, wobei jede der Kommunikationseinheiten dazu eingerichtet ist, Daten an eine unmittelbar benachbarte Kommunikationseinrichtung des nächsten Bohrstrangs oder des Bohrantriebs zu übertragen und/ oder von dieser Daten zu empfangen. Radio modules are where each of the communication units is adapted to transmit data to and / or receive data from an immediately adjacent communication device of the next drill string or auger drive.
Gemäß einer Ausführungsvariante weist das bzw. ein zweites Bohrgestänge an seinem relativ bezogen auf seine vertikale Anordnung unteren Ende einen Empfänger (Receiver) oder eine kombinierte Sender-/Empfängereinheit (Transceiver) auf, eine ebenfalls ein- oder mehrpaarige elektrische Leitung über das Gestänge, und beispielhaft in der axialen Mitte eine According to one embodiment variant, the or a second drill pipe has a receiver (receiver) or a combined transmitter / receiver unit (transceiver) at its lower end, relative to its vertical arrangement, a likewise one or more paired electrical line via the linkage, and as an example in the axial center of a
wiederauf lad bare speichernde Energieversorgung und einen Neigungssensor als Schalter für die Elektronik und die Funkmodule auf. An dem bezogen auf seine vertikale Anordnung oberen Ende, weist das zweite Bohrgestänge mindestens ein Funksender (Transmitter) oder eine kombinierte Sender-/ Empfängereinheit (Transceiver) für die bidirektionale Datenübertragung auf, wobei der Transmitter bzw. Transceiver über eine Funkstrecke mit der Kommunikationseinheit des Bohrantriebs, der mit dieser verbundenen rechargeable storing power supply and a tilt sensor as a switch for the electronics and the radio modules. At the upper end relative to its vertical arrangement, the second drill string has at least one radio transmitter or a combined transmitter / transmitter. Receiver unit (transceiver) for bidirectional data transmission, wherein the transmitter or transceiver over a radio link with the communication unit of the drill drive, connected to the latter
Elektronik sowie dem mit der Elektronik verbundenen Oberflächenrechner der Bohrstelle in Datenverbindung steht und erstrangig die Sensordaten aus der Bohrkopfumgebung unidirektional überträgt.  The electronics as well as the surface computer connected to the electronics of the drilling site is in data connection and primarily transmits the sensor data from the drill head environment unidirectionally.
Sollen auch Aktoren längs des Bohrstrangs innerhalb des Bohrlochs aktiviert werden, ist das erfindungsgemäße Kommunikationssystem bidirektional auszulegen, so dass Steuerdaten an die Aktoren übertragen werden können. Dadurch lassen sich auch Sensoren dynamisch parametrieren, wobei If actuators are also to be activated along the drill string within the borehole, the communication system according to the invention must be bidirectional, so that control data can be transmitted to the actuators. As a result, sensors can also be configured dynamically, with
Parameterdaten an die Sensoren übertragen werden können.  Parameter data can be transmitted to the sensors.
Der Bohrstrang bzw. das aus verdrahteten Bohrgestängen und Funkstrecken an den Gestängeverbindungen bestehende Kommunikationssystem umfasst gemäß der vorherigen Erläuterung nur zwei verschiedene The drill string or the communication system consisting of wired drill rods and radio links at the linkage connections comprises only two different ones according to the previous explanation
Bohrgestängegrundtypen, nämlich das erste Bohrgestänge, das ein Basic drill pipe types, namely the first drill pipe, the one
Bohrkopfgestänge bildet, und das zweite bzw. die zweiten Bohrgestänge, die Zwischenbohrgestänge bilden. Das erste Bohrgestänge ist durch seine Aufnahme des Bohrkopfes, eine Sensorik und/ oder Aktorik in der Nähe des Bohrkopfes und einem Funkmodul an nur einem Ende gekennzeichnet, wohingegen das zweite bzw. jedes zweite Bohrgestänge an beiden Enden jeweils mindestens ein Funkmodul besitzt. Bohrkopfgestänge forms, and the second and the second drill pipe, the Zwischenbohrgestänge form. The first drill pipe is characterized by its inclusion of the drill head, a sensor and / or actuators near the drill head and a radio module at one end, whereas the second or each second drill pipe has at least one radio module at each end.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Kommunikationssystems werden Sensoren und/ oder Aktuatoren auch in anderen Gestängen des Bohrstrangs eingesetzt. Diese Gestänge liefern zusätzliche Informationen dieser Sensoren oder nehmen Informationen für ihre Aktuatoren zusätzlich auf. Mit den Zusatzinformationen können mehr bzw. robustere Informationen des Gesamtbohrstrangs ermittel bzw. bestimmt werden. In a further advantageous embodiment of the communication system, sensors and / or actuators are also used in other linkages of the drill string. These linkages provide additional information from these sensors or additionally receive information for their actuators. With the additional information more or more robust information of the total drill string can be determined or determined.
Wie zuvor beschrieben, besteht ein Grundgedanke des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems darin, dass die Funkverbindung zwischen den Bohrgestängen ausnahmslos nur über die vergleichsweise kurze Strecke, d.h. über die Länge einer Gestängeverbindung von einem n-ten Gestänge zu einem (n+1 )-ten Gestänge erfolgt. Die Funkverbindung besteht folglich nicht über die gesamte Länge eines oder gar mehrere Bohrgestänge. Dies bedeutet, dass die Bohrlochumgebung, insbesondere die Beschaffenheit der Bodenformation oder der Einsatz von Bohrschlamm oder Suspension oder Zement für die Bodenverfestigung, die bei den oben vorgestellten As described above, a basic idea of the communication system according to the invention is that the radio link between the drill pipes invariably only over the relatively short distance, ie takes place over the length of a linkage connection from an n-th linkage to a (n + 1) -th linkage. The radio link therefore does not exist over the entire length of one or more drill pipes. This means that the borehole environment, in particular the nature of the soil formation or the use of drilling mud or suspension or cement for soil stabilization, which in the above presented
Bohrverfahren die Güte der Nachrichtenübertragung entscheidend  Drilling procedures are crucial to the quality of messaging
beeinflussen kann/ können, bei dem erfindungsgemäßen  can affect, in the inventive
Kommunikationssystem mit drahtloser Datenübertragung ohne bedeutenden Einfluss ist.  Communication system with wireless data transmission is without significant influence.
Die Funkmodule können auf konstante Feldgrößen und Feldparameter eingestellt werden. Hinsichtlich dieser Einstellung es keine The radio modules can be set to constant field sizes and field parameters. Regarding this setting there is no
Unterschiedsmerkmale bezogen auf die Gestängetypen. Difference characteristics related to the boom types.
Auf Grund der mechanischen Gegebenheiten an den Bohrgestängeenden, insbesondere hinsichtlich der dort vorhanden Verbindungsmittel wie Due to the mechanical conditions at the Bohrgestängeenden, in particular with regard to there existing connection means such
Schraubverschlüsse, sind die Kommunikationseinheiten bevorzugt jeweils in einem Abstand von 15 cm bis 20 cm vom äußeren Rand eines Screw caps, the communication units are preferably each at a distance of 15 cm to 20 cm from the outer edge of a
Gestängeendes zu montieren, woraus sich ergibt, dass eine To mount rod end, which results in a
Funkstrecke von lediglich 30 cm bis 40 cm vorliegt. Die Radio range of only 30 cm to 40 cm is present. The
Kommunikationseinheiten können daher für eine Nahfeldkommunikation derart eingerichtet sein, dass ihre Senderreichweiten weniger als 1 m, insbesondere nur zwischen 30 und 50cm betragen. Diese vorteilhafte Ausführung führt zu berechenbaren Übertragungsleistungen zwischen den Funkmodulen, was auch eine Berechenbarkeit der Energiebilanz der wiederaufladbaren speichernden Energieversorgungen zulässt. Communication units can therefore be set up for near field communication in such a way that their transmitter ranges are less than 1 m, in particular only between 30 and 50 cm. This advantageous embodiment leads to calculable transmission powers between the radio modules, which also allows calculability of the energy balance of the rechargeable storing power supplies.
Der Einsatz eines aus solchen Bohrgestängen gebildeten Bohrstrangs kann unabhängig von den Umweltbedingungen geplant werden. Bei der The use of a drill string formed from such drill string can be planned regardless of the environmental conditions. In the
Arbeitsweise mit solchen Gestängen sind über die Anwendung der Working with such poles are about the application of
Nachrichtenübertragungs-/Funktechnik vom Bohrstellenpersonal keine speziellen Kenntnisse erforderlich und keine besonderen Restriktionen zu beachten. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, jedem Bohrgestänge eine eindeutige Kennung zuzuordnen, über die es identifizierbar ist. Dies ermöglicht zum einen eine Vereinfachung der Logistik bei der Verwaltung der Bohrgestänge. Zum anderen bietet die Kennung die Möglichkeit, jeden datentechnisch vernetzten oder zu No need for special knowledge and no special restrictions on message transmission / radio engineering by the drill site personnel. In a further advantageous embodiment of the invention, it is proposed to assign each drill pipe a unique identifier, over which it is identifiable. This allows for a simplification of logistics in the management of the drill pipe. On the other hand, the identifier offers the possibility of being networked or linked to any type of data technology
vernetzenden Bohrstrang in einem Netzwerk eindeutig zu identifizieren und zu adressieren. Erfindungsgemäß kann daher jedes Bohrgestänge einen Knoten in einem ad-hoc Netzwerk bildet, das am Bohrloch aus den einzelnen uniquely identify and address networked drill string in a network. According to the invention, therefore, each drill string forms a node in an ad-hoc network, which at the well from the individual
Bohrgestängen aufgebaut wird. Datentechnisch bilden in diesem Fall die Elektronik mitsamt der an ihr angeschlossenen Kommunikationseinheit oder - einheiten einen Netzwerkknoten. Drill rods is built. In terms of data technology, in this case the electronics together with the communication unit or units connected to it form a network node.
Ein ad-hoc Netzwerk ist eine einfache Wireless Local Area Network (WLAN)- Vernetzungsvariante, welche eine direkte Peer-to-Peer Kommunikation ohne Access Point (Basisstation) als Informationsvermittler ermöglicht, und sich gut für kleine und/ oder zeitlich begrenzte Netzwerke eignet. Die An ad-hoc network is a simple wireless local area network (WLAN) networking variant that enables direct peer-to-peer communication without an access point (base station) as an information broker, and works well for small and / or time-limited networks. The
Kommunikationseinheiten des Kommunikationssystems können daher dazu eingerichtet sein, die Daten über WLAN zu übertragen. Im ad-hoc Communication units of the communication system can therefore be set up to transmit the data via WLAN. In ad-hoc
Betriebszustand kommunizieren die Funknetzwerkknoten ohne zentralen WLAN-Zugangspunkt direkt miteinander, um auf einfache Weise Daten oder Ordner auszutauschen. Ad-hoc Netzwerke arbeiten auf der Grundlage des Beaconing-Mechanismus (Funkfeuer-Mechanismus), bei dem jeder Operating state, the wireless network nodes communicate directly with each other without a central wireless LAN access point to easily exchange data or folders. Ad hoc networks work on the basis of the beaconing mechanism (beacon mechanism), in which everyone
Netzwerkknoten (Node) in regelmäßigen Abständen ein Beacon (Funksignal) sendet. Damit kennt jeder Knoten seine Nachbarn, die er direkt erreichen kann. Alle Knoten nutzen beim Senden dieselbe Frequenz. Die gesamte Netzstruktur entsteht dynamisch durch Selbstorganisation und Network node (Node) at regular intervals a beacon (radio signal) sends. Each knot knows its neighbors, which it can reach directly. All nodes use the same frequency when transmitting. The entire network structure arises dynamically through self-organization and
Selbstverwaltung, das Netzwerkmanagement ist auf die Knoten verteilt. Es gibt keine Zentralverwaltung, die die Netzstruktur und das Routing, d.h. die Leitwegzuteilung festlegt. In jedem Netzwerkknoten sind die Tabellen für die Leitwegzuteilung gespeichert. Jeder Knoten besitzt einen Routeranteil Self-administration, network management is distributed among the nodes. There is no central office that controls the network structure and routing, i. determines the route allocation. In each network node, the tables for the route allocation are stored. Each node has a router share
(Leitweg-Anteil). Aufgrund der Mobilität der Knoten ist die Netzstruktur zeitvariant. Der Eintritt in ein ad-hoc Netzwerk erfolgt durch Interaktion mit anderen Teilnehmern. Die Funkknoten arbeiten im ad-hoc Zustand und sind nach dem internationalen Standard IEEE 802.11 ad-hoc konfiguriert. Damit alle Knoten miteinander kommunizieren können, muss die Kanalnummer und der einzustellende Service Set Identifier (SSID) (Identifikation) jedes Knotens identisch sein. Daten, Informationen oder Signale werden von Netzknoten zu Netzknoten weitergereicht, bis sie ihren Empfänger erreicht haben, wodurch sich die Datenlast vorteilhafter verteilt, als in Netzen mit zentraler Anlaufstelle. Mit Verfahren für die Leitwegzuteilung passt sich das Ad-hoc-Netzwerk ständig an, wenn sich Netzwerkknoten bewegen, hinzukommen oder ausfallen. Bei Ausfall eines Netzknotens versucht das Netzwerk den Zielknoten unter Umgehung des ausgefallenen Knotens zu erreichen. (Routing portion). Due to the mobility of the nodes, the network structure is time-variant. Entry into an ad-hoc network takes place through interaction with other participants. The radio nodes work in an ad-hoc state and are configured according to the international standard IEEE 802.11 ad-hoc. In order for all nodes to be able to communicate with each other, the channel number and the service set identifier (SSID) to be set of each node must be identical. Data, information or signals are passed from network node to network node until they reach their receiver, thus distributing the data load more advantageously than in centralized access networks. With route allocation procedures, the ad hoc network constantly adapts as network nodes move, join or fail. If a network node fails, the network tries to reach the destination node, bypassing the failed node.
Die Kennung kann beispielsweise in der Elektronik und/ oder in einer oder mehreren der Kommunikationseinheiten gespeichert und von der The identifier can be stored, for example, in the electronics and / or in one or more of the communication units and by the
antriebsseitigen Kommunikationseinheit abgefragt werden, sobald ein drive-side communication unit are queried as soon as
Bohrgestänge an den Bohrantrieb montiert wird und die Drill pipe is mounted to the drill drive and the
Kommunikationseinheit des Bohrantriebs mit der am oberen Ende des Communication unit of the drill drive with the top of the
Bohrgestänges angeordneten Kommunikationseinheit in Funkverbindung tritt. Dies setzt voraus, dass zumindest die Funkverbindung, vorzugsweise auch die Elektronik des Bohrgestänges bereits von der Energieversorgung zumindest mit einem Ruhestrom gespeist wird, d.h. die Energieversorgung angeschaltet ist. Dies kann über den zuvor genannten Neigungssensor automatisch erfolgen. Drill rod arranged communication unit enters radio communication. This presupposes that at least the radio link, preferably also the electronics of the drill pipe, is already supplied by the power supply at least with a quiescent current, i. the power supply is turned on. This can be done automatically via the aforementioned tilt sensor.
Die Auslösung der Kennungsabfrage kann automatisch erfolgen, The triggering of the identification query can be automatic,
beispielsweise über einen mechanischen Schalter am Bohrantrieb, der bei der Montage des Bohrgestänges betätigt wird. Alternativ kann der Bohrantrieb einen Näherungssensor aufweisen, der auslöst und die Kennungsabfrage initiiert, sobald ein Bohrgestänge in seinen Erfassungsbereich gelangt. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt jedes Bohrgestänge einen RFID- Transponder, insbesondere einen passiven RFI D-Transponder, in dem die zuvor genannte oder eine andere eindeutige Kennung gespeichert ist. Der Bohrantrieb kann dann einen Näherungssensor mit einer RFID-Leseeinheit aufweisen, der mit der antriebsseitigen Elektronik verbunden und dazu eingerichtet ist, bei Annäherung eines Bohrgestänges dessen RFID- Transponder zur Aussendung der Kennung zu aktivieren. for example, via a mechanical switch on the drill drive, which is actuated during assembly of the drill pipe. Alternatively, the drill drive may have a proximity sensor that triggers and initiates the ID query as soon as a drill string enters its detection area. In a preferred embodiment, each drill pipe has an RFID transponder, in particular a passive RFI D transponder, in which the aforementioned or another unique identifier is stored. Of the Drill drive can then have a proximity sensor with an RFID reading unit, which is connected to the drive-side electronics and is adapted to activate the approach of a drill pipe whose RFID transponder for the transmission of the identifier.
Die von der RFID-Leseeinheit oder von dem antriebsseitigen Funkmodul erhaltene Kennung kann dann der Elektronik des Bohrkopfes und von dieser dem Oberflächenrechner zugeleitet werden, der die Kennung (ID) des 'neuen' Gestänges in das ad-hoc Netzwerk einpflegt. The identifier obtained from the RFID reading unit or from the drive-side radio module can then be fed to the electronics of the drill head and from there to the surface computer, which inserts the identifier (ID) of the 'new' linkage into the ad hoc network.
Wird einem bestehendem Bohrstrang ein weiteres Bohrgestänge der oben beschrieben Art von einem Lagerplatz hinzugefügt, wird durch die If an existing Bohrstrang another drill pipe of the type described above is added from a storage location is
Lageänderung des Bohrgestänges von horizontaler in vertikaler Lage der Neigungssensor die Energieversorgung einschalten und die Elektronik und die Kommunikationseinheiten, die sich zuvor in einem Ruhezustand (Sleep- Modus) befunden haben, aktivieren. Change position of the drill pipe from horizontal to vertical position. The tilt sensor will switch on the power supply and activate the electronics and the communication units, which were previously in a sleep state.
Alternativ kann der der RFI D-Transponder ein aktiver RFI D-Transponder sein, der mit der Energieversorgung verbunden und dazu eingerichtet ist, die Energieversorgung einzuschalten und/ oder die Elektronik und Alternatively, the RFI D transponder may be an active RFI D transponder connected to the power supply and configured to turn on the power supply and / or the electronics and
Kommunikationseinheiten zu aktivieren, wenn er ein Aktivierungssignal empfängt von der RFID-Leseeinheit erhält. Das entsprechende Rohrgestänge geht dann von dem Ruhezustand in einen aktivierten Zustand über. Activate communication units when receiving an activation signal receives from the RFID reader unit. The corresponding pipe string then goes from the idle state to an activated state.
Bezogen auf das jeweilige Bohrgestänge wird erfindungsgemäß Relative to the respective drill pipe is inventively
vorgeschlagen, drei Betriebszustände zu unterscheiden: proposed to distinguish three operating states:
- einen ersten Betriebszustand (Modus REST), in dem die Bohrgestänge als Stapelware auf einem Lagerplatz in horizontaler Lage lagern,  a first operating state (REST mode) in which the drill pipes are stored as stacked goods in a storage location in a horizontal position,
- einen zweiten Betriebszustand (Modus READY), in den die Gestänge übergehen, wenn sie von dem Stapel entnommen, transportiert und vertikal aufgerichtet werden, und  - A second operating state (READY mode), in which the linkage pass when they are removed from the stack, transported and erected vertically, and
- einen dritten Betriebszustand (Modus SET), in den die Bohrgestänge übergehen, wenn sie zwischen dem bestehendem Bohrstrang und der  a third operating state (SET mode) into which the drill pipes pass when between the existing drill string and the drill string
Mitnehmerstange des Bohrantriebs montiert werden. Im Modus REST werden gewartete und vorbereitete, mit jeweils zumindest einer Energieversorgung bestückte Bohrgestänge als Stapelware auf einem Lagerplatz in Baustellennähe horizontal auf Abruf gelagert. Die verdrahteten Gestänge (WDP) sind mit Funkmodulen bestückt, die Elektronik ist ebenfalls im Gestänge untergebracht, befindet sich jedoch im ausgeschalteten Zustand, d.h. im sogenannten 'NuH'-Strom-Status (Zero Current Mode). Be mounted driving rod of the drill drive. In REST mode, serviced and prepared drill pipes, each equipped with at least one energy supply, are stored horizontally on demand as stacked goods at a storage location close to the construction site. The wired linkages (WDP) are equipped with radio modules, the electronics are also housed in the linkage, but is in the off state, ie in the so-called 'NuH' current status (Zero Current Mode).
Zum Übergang in den Modus READY wird ein vorbereitetes Gestänge dem Stapel entnommen, zum nahen Bohrplatz transportiert und aufgerichtet. Der Neigungsschalter, der auch im REST Modus mit Ruhestrom versorgt wird, schaltet die Energieversorgung für die Elektronik ein, wenn das Gestänge von der horizontalen in die vertikale Lage versetzt wird. Sowohl die horizontale wie auch die vertikale Lage können mit einem Toleranzfeld in der Elektronik so definiert sein, dass auch das Schrägbohren im Rahmen der To enter the READY mode, a prepared boom is removed from the stack, transported to the nearby well site and erected. The tilt switch, which is also supplied with quiescent current in REST mode, switches on the power supply for the electronics when the linkage is moved from the horizontal to the vertical position. Both the horizontal and the vertical position can be defined with a tolerance field in the electronics so that the oblique drilling in the context of
Schalthandlung des Neigungssensors möglich ist. Das Schalten bewirkt ein Freischalten der Elektronik im Sinne des Aktivierens einer Logik und des Fließens eines minimalen Ruhestroms in die Elektronik. Die Switching action of the tilt sensor is possible. The switching causes an unlocking of the electronics in the sense of activating a logic and the flow of a minimum quiescent current into the electronics. The
Gestängeelektronik befindet sich elektrisch in einem Ruhestatus, der auch als Sleep-Modus bezeichnet werden kann, in dem sie sich in einer Wartestellung befindet. Linkage electronics are electrically in a rest state, which can also be referred to as sleep mode, in which it is in a waiting position.
Im Modus SET wird das vorbereitete, sich im Ruhestatus befindliche 'neue' Gestänge auf das inzwischen von dem Bohrantrieb befreite oberste Gestänge des Bohrstrangs transportiert und mit seinem unteren Ende aufgesetzt und mit diesem mechanisch fest verschraubt. Danach wird die Mitnehmerstange des Bohrantriebs der Bohreinrichtung auf das obere Ende des 'neuen' In the SET mode, the prepared 'new' linkage, which is in the quiescent state, is transported to the uppermost linkage of the drill string, which has since been freed from the drill drive, and fitted with its lower end and mechanically bolted to it. Thereafter, the drive rod of the drill drive of the drilling device to the upper end of the 'new'
Gestänges gesetzt und ebenfalls mit diesem mechanisch fest verschraubt. Dabei wird der im Kopf der Mitnehmerstange angeordnete Näherungssensor aktiviert, der seinen RFI D-Leser veranlasst, die Kennung (ID) des ihm gegenüberliegenden RFID-Transponders am oberen Ende des 'neuen' Linkage set and also mechanically screwed with this. In this case, the arranged in the head of the Mitnehmerstange proximity sensor is activated, which causes its RFI D reader, the identifier (ID) of the opposite RFID transponder at the top of the 'new'
Gestänges abzufragen. Mittels dieser Prozedur und nach Kenntnis der das neue Gestänge kennzeichnenden Kennung und Stammdaten, werden diese von der antriebsseitigen Elektronik an den Oberflächenrechner übermittelt. Dies kann über eine Funkverbindung erfolgen. Der Oberflächenrechner nimmt seinerseits eine Synchronisation aller Daten derart vor, dass das neue Interrogate linkage. By means of this procedure and to the knowledge of the identification of the new linkage and master data, these are transmitted from the drive-side electronics to the surface computer. This can be done via a wireless connection. The surface computer in turn performs a synchronization of all data in such a way that the new
Gestänge einen neuen Knoten innerhalb des Bohrstrang-Ad-hoc-Netzwerks bildet. Mit dieser dargestellten Prozedur werden Bohrgestänge  Linkage forms a new node within the drill string ad hoc network. With this illustrated procedure are drill pipe
vollautomatisch und selbstorganisiert und dem aufzubauenden ad-hoc  fully automatic and self-organized and the ad-hoc to be set up
Netzwerk angemeldet und dort integriert, so dass jedes Bohrgestänge innerhalb des Netzwerks einen individuell ansprechbaren Netzknoten bildet.  Network registered and integrated there, so that each drill pipe within the network forms an individually addressable network node.
Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand konkreter The object of the invention will be described below with reference to concrete
Ausführungsbeispiele und der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen: Embodiments and the accompanying drawings described in more detail. Show it:
Fig. 1 : Stapel vorbereiteter Bohrstrang-Gestänge, Modus REST Fig. 1: Stack of prepared drill string, REST mode
Fig. 2: Gestänge dem Stapel entnehmen, aufrichten, transportieren, Fig. 2: remove linkage from the stack, erect, transport,
Modus READY  READY mode
Fig. 3: Gestänge zwischen Bohrstrang und Mitnehmerstange montieren,  Fig. 3: Mount linkage between drill string and drive rod,
Modus SET  Mode SET
Fig. 4: Wirkprinzip der Bohrstrang/Gestänge-Gesamtanordnung  Fig. 4: operating principle of the drill string / linkage overall arrangement
Fig. 5: Bohrgestänge als Knoten im Bohrstrang-Ad-hoc-Netzwerk. Fig. 5: Drill pipe as a node in the drill string ad hoc network.
Gleiche und gleichwirkende Bestandteile der Ausführungsbeispiele sind in den Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. The same and equivalent components of the embodiments are each provided with the same reference numerals in the figures.
Fig. 1 zeigt einen Stapel 1 vorbereiteter Bohrgestänge 10 im Modus REST für einen Bohrstrang. Die einzelnen Bohrgestänge 10 bestehen aus einem 1 shows a stack 1 of prepared drill pipe 10 in REST mode for a drill string. The individual drill pipe 10 consist of a
Gestängerohr 11 mit der Wandstärke 2, haben ein oberes Ende 13 und ein unteres Ende 14, und sind in axialer Richtung ein- oder mehrpaarig verdrahtet (WDP), so dass zwei elektrische Leitungen 21 , 22 gebildet sind. Drill pipe 11 with the wall thickness 2, have an upper end 13 and a lower end 14, and are in the axial direction one or more pairs wired (WDP), so that two electrical lines 21, 22 are formed.
Bohrgestänge 10 haben in der axialen Rohrmitte eine Elektronik 15 mit einem Mikrokontroller und einer schaltbaren elektrischen Energieversorgung, die mindestens ein Paar der beiden paarigen Leitungen 21 , 22 stromversorgt, wobei die Elektronik 15 und die Energieversorgung baulich eine Einheit bilden. An seinen Enden 13, 14 ist ein Bohrgestänge jeweils mit einem funkgesteuerten, handelsüblichen Sender (Transmitter) und/oder Empfänger (Receiver) oder Sender-/Empfängereinheit (Transceiver) 17,19 ausgestattet, die jeweils über eine Antenne 8, 20 verfügen, und die ebenfalls über die vorgenannte Energieversorgung gespeist werden. Drill pipe 10 have in the axial center of the tube electronics 15 with a microcontroller and a switchable electrical power supply, the at least a pair of the two paired lines 21, 22 are powered, the electronics 15 and the power supply structurally form a unit. At its ends 13, 14, a drill string is in each case equipped with a radio-controlled, commercially available transmitter (transmitter) and / or receiver (receiver) or transmitter / receiver unit (transceiver) 17, 19, each having an antenna 8, 20, and which are also powered by the aforementioned power supply.
Die Energieversorgung ist wiederaufladbare und fest installiert oder portabel gestaltet. Die Entnahme der steckbaren Energieversorgung dient dem Auf- und/oder Nachladen derselben und wird nach dem Ladeprozess wieder der Versorgungsaufnahme des Gestänges zugefügt. Die Unterbringung der Energieversorgung erfolgt geschützt in stählernen Taschen des Gestänges, wobei elektrische Verbindungen zu Sensoren, Aktoren, Sendern und/oder Empfängern in den Taschen vorliegen. Etwa in Rohrmitte befindet sich ein Neigungssensor 6, der die Energieversorgung lageabhängig schaltet. Der Neigungssensor 16 wird selbst in horizontaler Lage ruhestromversorgt. The power supply is rechargeable and fixed or portable. The removal of the pluggable power supply is used for charging and / or recharging the same and is added to the charging receptacle of the linkage after the loading process again. The accommodation of the power supply is protected in steel pockets of the linkage, with electrical connections to sensors, actuators, transmitters and / or receivers in the pockets. Approximately in the center of the tube is a tilt sensor 6, which switches the power supply depending position. The inclination sensor 16 is rested even in a horizontal position.
Die für den Bohr- oder Fräsprozeß vorbereiteten Bohrgestänge 10 liegen auf dem Stapel 1 abrufbereit im Modus REST. Aus Sicht der The drill pipe 10 prepared for the drilling or milling process are available on the stack 1 in REST mode. From the perspective of
Informationsverarbeitung bildet ein jedes Bohrgestänge 10 mit Information processing forms each drill pipe 10 with
mikrokontrollergesteuerten Elektronik 15 und Funkmodulen 17, 19 einen Knoten eines Netzwerks. microcontroller controlled electronics 15 and radio modules 17, 19 a node of a network.
Fig. 2 zeigt rechts die Bohrgestängelagerstelle 1 , an der die Bohrgestänge 10 horizontal gestapelt werden. Auf Abruf wird ein Gestänge 3 dem Stapel 1 entnommen und aufgerichtet. Der Neigungssensor 16 schaltet die FIG. 2 shows, on the right, the drill pipe storage site 1, at which the drill pipes 10 are stacked horizontally. On call, a linkage 3 is removed from the stack 1 and erected. The tilt sensor 16 switches the
Energieversorgung ein und versorgt so die Elektronik 15 und die Funkmodule 17,19 mit Ruhestrom. Der Gestängezustand geht dadurch in den Modus READY über. Das Gestänge 4 wird zur Bohrstelle transportiert. Der Energy supply and so supplies the electronics 15 and the radio modules 17,19 with quiescent current. The linkage state thereby enters the READY mode. The linkage 4 is transported to the drilling site. Of the
Neigungssensor 16 dient folglich als Schalter für die Energiezufuhr der Elektronik 15 und der Funkmodule 7, 9, wobei bei etwa horizontaler Lage der Gestänge 10 die Energieversorgung ausgeschaltet ist und bei etwa senkrechter Betriebsweise oder schon bei Verlassen der horizontalen Lage den Ruhestatus der Energieversorgung für die Elektronik 15 und die Inclination sensor 16 thus serves as a switch for the power supply of the electronics 15 and the radio modules 7, 9, wherein at approximately horizontal position of the linkage 10, the power supply is turned off and at about vertical operation or even when leaving the horizontal position the rest status of the power supply for the electronics 15 and the
Funkmodule 17, 9 eingeschaltet ist.  Radio modules 17, 9 is turned on.
Gemäß Fig. 3 folgt ein weiterer Arbeitsschritt, in dem das dem Stapel 1 entnommene (n+1 )-te Gestänge 6 zwischen dem obersten n-ten Gestänge 5 des Bohrstrangs und die Klemm-Spannbacke 70 eines Bohrantriebs 7 montiert wird. Im Modus SET wird das vorbereitete, sich im Ruhestatus befindliche 'neue' (n+1 )-te Gestänge 6 auf das inzwischen von Klemm- Spannbacke 70 und der Mitnehmerstange 74 befreite oberste, n-te Gestänge 5 des Bohrstrangs transportiert und mit seinem ersten unteren Ende 14 aufgesetzt und mit dessen oberem Ende 13 mechanisch fest verschraubt. Im Folgenden wird die Mitnehmerstange 74 des Antriebs 7 der Bohreirichtung auf das zweite obere Ende 13 des 'neuen' Gestänges 6 gesetzt und über die Klemm-Spannbacke 70 ebenfalls mit diesem mechanisch fest verschraubt. According to FIG. 3, a further working step follows in which the (n + 1) -th linkage 6 removed from the stack 1 is mounted between the uppermost n-th linkage 5 of the drill string and the clamping jaw 70 of a drill drive 7. In SET mode, the prepared 'new' (n + 1) -ste linkage 6, which is at rest, is transported to the uppermost, n-th linkage 5 of the drill string, now freed of clamping jaw 70 and drive rod 74, and its first placed lower end 14 and mechanically screwed to the upper end 13. In the following, the driving rod 74 of the drive 7 of the drilling device is placed on the second upper end 13 of the 'new' linkage 6 and screwed on the clamping jaw 70 also with this mechanically fixed.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird beim Aufsetzen der In a further advantageous embodiment, when placing the
Mitnehmerstange 74 des Antriebs 7 auf das zweite obere Ende 13 des 'neuen' Gestänges 6 im Kopf der Mitnehmerstange 74 ein Näherungssensor 71 aktiviert, der einen Hochfrequenz-Kennzeichnungs-(RFID)-Leser über eine Sender-/Empfängereinheit (Transceiver) 72 veranlasst, die Kennung (ID) des ihm gegenüberliegenden Sender/-Empfängereinheit (Transceivers) 17 des zweiten oberen Endes 13 des Gestänges 6 abzufragen. Mittels dieser Mitnehmerstange 74 of the drive 7 on the second upper end 13 of the 'new' linkage 6 in the head of Mitnehmerstange 74 a proximity sensor 71 is activated, which causes a high-frequency identification (RFID) reader via a transceiver unit (transceiver) 72, to interrogate the identifier (ID) of the transmitter / receiver unit (transceiver) 17 of the second upper end 13 of the linkage 6 opposite to it. By means of this
Prozedur wird die Kennung von der im Bohrantrieb 7 angeordneten Elektronik 73, die ebenfalls einen Mikrokontroller aufweist, an den in direkter Procedure is the identifier of the arranged in the drill drive 7 electronics 73, which also has a microcontroller to the in direct
Funkverbindung mit dem Antrieb 7 stehenden Oberflächenrechner 100 gesendet, der wiederum eine Synchronisation aller Daten derart vornimmt, dass das neue Gestänge 6 einen neuen Knoten innerhalb des Bohrstrang-Ad- hoc-Netzwerks bildet. Radio communication with the drive 7 stationary surface computer 100 is sent, which in turn performs a synchronization of all data such that the new linkage 6 forms a new node within the drill string ad hoc network.
Fig. 4 zeigt das Wirkprinzip der Bohrstrang-Gestänge-Gesamtanordnung. Auf der rechten Seite ist die Lagerstelle 1 für konfektionierte Bohrgestänge 10 im Modus REST gezeigt, während die linke Seite Gestänge 5, 6, 8, 9 eines Bohrstrangs vom Bohrlochboden bis zur Oberfläche 75, mit Antrieb 7 und Oberflächenrechner 00 zeigt. Die Gestänge 5, 6, 9,10 sind hier als 'Standard -Gestänge dargestellt, das Gestänge 8 ist das erste Gestänge des Bohrstrangs und befindet sich am Bohrlochboden. Das Bohrgestänge 8, 80 verfügt über eine Aufnahme für einen Bohrkopf und in dessen Nähe eine Sensorik 81 mit diverse Messeinrichtungen, insbesondere Sensoren, wie Inklinometer, Deflektometer, Pendellotmeter oder Neigungssensor für die lotgerechte Bohrung, und gegebenenfalls einen Aktor oder mehrere Aktoren 81. Fig. 4 shows the operating principle of the drill string-linkage overall arrangement. On the right side the storage site 1 for ready-made drill pipe 10 in the mode REST is shown, while the left side linkage 5, 6, 8, 9 of a drill string from the bottom of the hole to the surface 75, with drive 7 and surface computer 00 shows. The linkage 5, 6, 9, 10 are here as Standard linkage shown, the linkage 8 is the first linkage of the drill string and is located at the bottom of the borehole. The drill string 8, 80 has a receptacle for a drill head and in the vicinity of a sensor 81 with various measuring devices, in particular sensors, such as inclinometer, deflectometer, Pendellotmeter or inclination sensor for vertical drilling, and optionally one or more actuators 81st
Die Gestänge-Kopfenden 13 ,14 werden je mit einem funkgesteuerten handelsüblichen Sender (Transmitter) und/oder Empfänger (Receiver) oder Sender-/Empfängereinheiten (Transceiver) 17 ,19 ausgestattet, die über die wiederaufladbare speichernde Energieversorgung gespeist werden, und so angeordnet sind, dass sich in unidirektionaler Senderichtung vom The linkage head ends 13, 14 are each provided with a radio-controlled commercial transmitter and / or receivers or transceivers 17, 19, which are fed via the rechargeable storage power supply and thus arranged in that in unidirectional transmission direction of
Bohrlochboden zur Oberfläche 75 am oberen Ende 13 des n-ten Gestänges 5 ein Sender 17 und am unteren Ende 14 des sich anschließenden (n+1 )-ten Gestänges 6 ein Empfänger 19 befindet. Für den unidirektionalen Betrieb gilt dann für die Senderichtung von der Oberfläche 75 zum Bohrlochboden, dass sich am unteren Ende 14 des (n+1 )-ten Gestänges 6 ein Sender 19 und am oberen Ende 13 des sich anschließenden n-ten Gestänges ein Empfänger 17 befindet. Erfolgt die Einrichtung der Datenübertragung nur in einer Borehole bottom to the surface 75 at the upper end 13 of the n-th linkage 5 a transmitter 17 and at the lower end 14 of the subsequent (n + 1) -th linkage 6, a receiver 19 is located. For unidirectional operation then applies to the transmission direction of the surface 75 to the borehole bottom, that at the lower end 14 of the (n + 1) -th linkage 6 a transmitter 19 and at the upper end 13 of the subsequent n-th linkage a receiver 17th located. If the establishment of the data transmission takes place only in one
unidirektionalen Richtung, haben die Gestänge 10 am oberen Ende 13 und unteren Ende 14 keine gleiche Ausstattung und sind richtungsorientiert zu lagern. Sind die Gestänge 10 für eine bidirektionale Datenübertragung ausgelegt und an den Enden mit kombinierten Sender-/Empfängereinheiten (Transceivern) 17,19 bestückt, entfällt die lagegerechte unidirectional direction, the linkage 10 at the upper end 13 and lower end 14 have no equal equipment and are directionally stored. If the linkage 10 is designed for bidirectional data transmission and equipped at the ends with combined transmitter / receiver units (transceivers) 17,19, eliminates the position-appropriate
Richtungsorientierung. Direction orientation.
Die Datenübertragung erfolgt uni- oder bidirektional beispielhaft beginnend an den Sensor-Einrichtungen 81 des Bohrgestänges 80, wird stets bei allen WDP-Gestängen 10 über die Verdrahtung von einem Ende 14 des Gestänges zum anderen Ende 13 geführt und an den Bohrgestänge-Verbindungen, die meist als Verschraubungen ausgeführt sind, über mindestens einen Sender (Transmitter) und/oder Empfänger (Receiver) oder kombinierte Sender-/ Empfängereinheit (Transceiver) 17 ,19 von einem Bohrgestänge zum nächsten Bohrgestänge über sehr kurze Distanz sicher übertragen. Sich auf die Güte der drahtlosen Übertragung negativ auswirkende Umfeldeinflüsse entfallen. Die drahtlose Nachrichtenübertragung beschränkt sich auf den Übertragungsweg von einem Ende 13 eines Gestänge n bis zum Ende 14 des benachbarten Gestänges n+1 auf ca. 30 cm bis 40 cm bei stets gleicher Anordnung und stets gleichem Umfeld. The data transmission takes place unidirectionally or bidirectionally, starting for example at the sensor devices 81 of the drill string 80, is always performed on all WDP rods 10 via the wiring from one end 14 of the linkage to the other end 13 and the drill pipe connections, which usually are designed as screw connections, via at least one transmitter (transmitter) and / or receiver (receiver) or combined transmitter / receiver unit (transceiver) 17, 19 from a drill string to safely transfer the next drill pipe over a very short distance. There are no negative effects on the quality of the wireless transmission. The wireless communication is limited to the transmission from one end 13 of a linkage n to the end 14 of the adjacent linkage n + 1 to about 30 cm to 40 cm with always the same arrangement and always the same environment.
Elektroniken 15 und Funkmodule 17,19 eines Bohrgestänges 10 sind Electronics 15 and radio modules 17,19 of a drill pipe 10 are
Bestandteil eines Ad-hoc-Netzwerks. Der Antrieb 7 ist ebenfalls mit einer Elektronik 73 mit Mikrokontroller und einem Funkmodul 72 als zweites, oberes Ende des Bohrstrangs ausgerüstet und tauscht Informationen mit dem benachbarten, mit dem Bohr-/Fräsfortschritt wechselnden (n+t)-ten  Part of an ad hoc network. The drive 7 is also equipped with an electronics 73 with microcontroller and a radio module 72 as a second, upper end of the drill string and exchanges information with the adjacent, with the Bohr- / Fräsfortschritt changing (n + t) -th
Bohrgestänge 6 aus. Die Kommunikation zwischen dem Bohrantrieb 7 und dem Oberflächenrechner 100 ,101 erfolgt über eine Funkstrecke, wobei die Leitung 102 ein Funkmodul 103 mit Antenne 104, mit dem Drill pipe 6 off. The communication between the drill drive 7 and the surface computer 100, 101 via a radio link, the line 102, a radio module 103 with antenna 104, with the
Oberflächenrechner 100, 101 dauerhaft verbindet. Der Oberflächenrechner 100, 101 hat die gesamte Bohrstellenorganisation und -Verwaltung inne, ebenso wie die Bohrstrang-Messdatenerfassung und -auswertung sowie die Gestängeverwaltung und Netzwerkorganisation. Surface computer 100, 101 permanently connects. The surface computer 100, 101 is responsible for the entire site organization and management, as well as the drill string data acquisition and evaluation, and the boom management and network organization.
Fig. 5 zeigt die Bohrgestänge 10 als Knoten im Bohrstrang-Ad-hoc Netzwerk am Beispiel eines Bohrstrangs mit drei Bohrgestängen 5, 6, 8. Die Fig. 5 shows the drill pipe 10 as a node in the drill string ad hoc network using the example of a drill string with three drill pipes 5, 6, 8. Die
Bohrinformationen, die aus den Messdaten der Sensorik 81 des Gestänges 8 während des Betriebs erfasst werden, werden über die Bohrgestänge-Leitung 21 dem Sender (Transmitter) 17 des untersten Bohrgestänges 80 (n-1 ) zugeführt und übertragen an den Empfänger (Receiver) 19 des darüber liegenden Bohrgestänges 5 (n), und weiterhin zum oberen Gestänge 6 (n+1 ) und über den das Funkmodul 72 und die Elektronik 73 im Antrieb 7 zum Oberflächenrechner 100 ,101. Alle Teilnehmer dieser Informationskette sind Knoten im Bohrstrang-Ad-hoc-Netzwerk, welches aus den ständigen Drilling information acquired from the measurement data of the sensor 81 of the linkage 8 during operation is supplied via the drill string line 21 to the transmitter (transmitter) 17 of the lowest drill string 80 (n-1) and transmitted to the receiver (receiver) 19 of the overlying drill pipe 5 (n), and further to the upper linkage 6 (n + 1) and via which the radio module 72 and the electronics 73 in the drive 7 to the surface computer 100, 101st All participants in this information chain are nodes in the drill string ad hoc network, which consists of the permanent
Teilnehmern„Oberflächenrechner 100" und„Antrieb 7" besteht sowie den sich ändernden Teilnehmern„Bohrgestänge" 8 , 5 , 6 , die nach dem oben beschriebenen Verfahren im Selbstlern- und -verwaltungsprozess Knoten des Ad-hoc-Netzwerks geworden sind. Die Bohrstrang-Netzwerkverwaltung ist ebenso ein Software-Bestandteil des Oberflächenrechners. Participants "surface computer 100" and "drive 7" consists and the changing participants "drill pipe" 8, 5, 6, which according to the method described above in the self-learning and management process nodes of the Ad hoc network. The drill string network management is also a software component of the surface computer.
Das erfindungsgemäße Kommunikationssystem besitzt eine The communication system according to the invention has a
Kommunikationsleistung bezüglich Datenrate und Datenqualität, die Communication performance in terms of data rate and data quality, the
unabhängig von der Bohrlochtiefe ist. Ein Einsatz ist auch bei schwierigsten Bodenbeschaffenheiten und im Wasser möglich. Ferner funktioniert die Kommunikation bei 1000m tiefen Bohrlöchern genauso gut wie bei 10m Tiefe. regardless of the hole depth. An application is possible even in the most difficult ground conditions and in the water. In addition, communication works equally well for 1000m deep wells at 10m depth.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
I Bohrgestänge, gestapelt, Modus REST  I drill pipe, stacked, mode REST
3 Bohrgestänge, entnommen, aufgerichtet, Modus READY 3 drill pipe, removed, erect, mode READY
4 Bohrgestänge, transportiert, Modus READY 4 drill pipe, transported, mode READY
5 Bohrgestänge n, Knoten n  5 drill pipe n, node n
6 Bohrgestänge n+1 , Modus SET, Knoten n+1  6 drill string n + 1, mode SET, node n + 1
7 Bohrantrieb mit Aufnahme  7 Drilling drive with receptacle
8 Bohrgestänge, Knoten  8 drill pipe, knots
9 Bohrgestänge n-1 , Knoten n- 9 drill pipe n-1, node n-
10 Bohrgestänge, datentechnisch konfektioniert (WDP)10 drill pipes, made-to-measure (WDP)
I I Gestängerohr I I drill pipe
12 Wandstärke  12 wall thickness
13 Oberes Ende  13 Upper end
14 Unteres Ende  14 Lower end
15 Elektronik und Energieversorgung, Knoten  15 electronics and power supply, node
16 Neigungssensor  16 tilt sensor
17 obere Kommunikationseinheit  17 upper communication unit
18 Funkantenne 1  18 radio antenna 1
19 untere Kommunikationseinheit 19 lower communication unit
0 Funkantenne 2 0 radio antenna 2
1 , 22 elektrische Leitung, ein-/mehrpaarig 1, 22 electrical line, single / multiple pair
0 Klemm-Spannbacke 0 clamping jaw
1 Näherungssensor, mit RFID-Leser 1 proximity sensor, with RFID reader
2 Kommunikationseinheit, 2 communication unit,
3 Elektronik, Knoten Antrieb 3 electronics, node drive
4 Mitnehmerstange 4 driving rod
5 Erdoberfläche 5 earth surface
0 Bohrgestänge mit Bohrkopf-, -kronen-Aufnahme 1 Aktorik, Sensorik, 0 drill pipe with drill head and crown holder 1 actuators, sensors,
00 Oberflächenrechner 00 surface computer
01 Bohrstellenrechner, Knoten Rechner 01 Bohrstellenrechner, node calculator
02 Verkabelung 02 wiring
03 Kommunikationseinheit 03 communication unit
04 Funkantenne  04 radio antenna

Claims

Ansprüche claims
1. Kommunikationssystem zur Übertragung von Informationen über 1. Communication system for transmitting information about
Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) eines Bohrstrangs für Erdbohrungen, umfassend ein erstes Bohrgestänge (8, 80), ein oder mehrere zweite  A drill string (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) of a drill string for earth bores, comprising a first drill string (8, 80), one or more second ones
Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 9, 10) und einen Bohrantrieb (7), wobei das erste Bohrgestänge (8, 80) und das oder die zweite(n) Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 9, 10) jeweils aus einem hohlzylinderförmigen Gestängerohr (11 ) mit zumindest einer sich in axialer Richtung erstreckenden Leitung (21 , 22) und mit einem oberen Ende (13) und einem unteren Ende (14) gebildet ist/sind, das untere Ende (14) des ersten Bohrgestänges (8, 80) eine Aufnahme für einen  Drill pipe (3, 4, 5, 6, 9, 10) and a drill drive (7), wherein the first drill pipe (8, 80) and the second or the (s) drill pipe (3, 4, 5, 6, 9, 10) is formed in each case from a hollow cylindrical drill pipe (11) with at least one axially extending line (21, 22) and with an upper end (13) and a lower end (14), the lower end (14) of the first drill string (8, 80) a receptacle for a
Bohrkopf aufweist, jedes der zweiten Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 9, 10) mit seinem unteren Ende (14) mit dem oberen Ende (13) des ersten  Drill head, each of the second drill string (3, 4, 5, 6, 9, 10) with its lower end (14) with the upper end (13) of the first
Bohrgestänges (8, 80) oder eines anderen zweiten Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 9, 10) drehfest verbunden und mit seinem oberen Ende (13) mit dem unteren Ende (14) eines weiteren zweiten Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 9, 0) oder mit dem Bohrantrieb (7) drehfest verbunden ist, wobei das  Drill (8, 80) or another second drill string (3, 4, 5, 6, 9, 10) rotatably connected and with its upper end (13) with the lower end (14) of a further second drill string (3, 4, 5, 6, 9, 0) or rotationally fixedly connected to the drill drive (7), wherein the
Kommunikationssystem weiterhin umfasst:  Communication system further includes:
- eine Sensorik (81 ) und/ oder Aktorik (81 ), von der oder zu der Mess-,  a sensor system (81) and / or actuator system (81), from or to the measuring,
Parametrier-, Status- und/ oder Steuerdaten zu übertragen sind und die am unteren Ende (14) des ersten Bohrgestänges (8, 80) und/ oder am Bohrkopf angeordnet ist/ sind,  Parameterizing, status and / or control data to be transmitted and which at the lower end (14) of the first drill string (8, 80) and / or arranged on the drill head / are,
- eine erste Kommunikationseinheit (72) und eine antriebsseitige Elektronik (73), die beide am oder im Bohrantrieb (7) angeordnet und miteinander verbunden sind,  - A first communication unit (72) and a drive-side electronics (73), both of which are arranged on or in the drill drive (7) and connected to each other,
- einen Oberflächenrechner (100, 101 ) zur Überwachung der Erdbohrung, der mit der antriebsseitigen Elektronik (73) in Kommunikationsverbindung steht und die Daten der Sensorik (81 ) und/ oder Aktorik (81 ) empfängt oder bereitstellt,  a surface computer (100, 101) for monitoring the bore hole, which communicates with the drive-side electronics (73) and receives or provides the data of the sensor system (81) and / or actuators (81),
- weitere Kommunikationseinheiten (17, 19), von denen zumindest eine an dem oberen Ende (13) des ersten Bohrgestänges (8, 80) und zumindest jeweils eine an den beiden Enden (13, 14) des oder der zweiten - Further communication units (17, 19), of which at least one at the upper end (13) of the first drill string (8, 80) and at least one each at the two ends (13, 14) of the second or the second
Bohrgestänge(s) (3, 4, 5, 6, 9, 10) angeordnet sind,  Drill string (s) (3, 4, 5, 6, 9, 10) are arranged,
- zumindest eine Elektronik (15) mit einem Mikrocontroller jeweils in den Bohrgestängen (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80), und  - At least one electronics (15) with a microcontroller respectively in the drill string (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80), and
- zumindest eine Energieversorgung für die Kommunikationseinheiten (17, 19) und die Elektronik (15) jeweils in den Bohrgestängen (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80),  at least one energy supply for the communication units (17, 19) and the electronics (15) in each case in the drill pipes (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80),
wobei die Sensorik (81 ) und/ oder Aktorik (81 ) und die Kommunikationseinheit (17) des ersten Bohrgestänges (8, 80) über dessen elektrische Leitung (21 , 22) miteinander verbunden sind und die Elektronik (15) des ersten  wherein the sensors (81) and / or actuators (81) and the communication unit (17) of the first drill pipe (8, 80) via the electrical line (21, 22) are interconnected and the electronics (15) of the first
Bohrgestänges (8, 80) datentechnisch zwischen der Sensorik (81 ) und/ oder Aktorik (81 ) und der Kommunikationseinheit (17) des ersten Bohrgestänges (8, 80) liegt, und die Kommunikationseinheiten (17, 19) eines jeden zweiten Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 9, 10) über dessen elektrische Leitung (21 , 22) miteinander verbunden sind, wobei die Elektronik (15) des jeweiligen zweiten Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 9, 10) datentechnisch zwischen den  Bohrgestänges (8, 80) data technically between the sensor (81) and / or actuators (81) and the communication unit (17) of the first drill string (8, 80), and the communication units (17, 19) of each second drill string (3 , 4, 5, 6, 9, 10) via the electrical line (21, 22) are interconnected, wherein the electronics (15) of the respective second drill pipe (3, 4, 5, 6, 9, 10) data technically between the
Kommunikationseinheiten (17, 19) liegt,  Communication units (17, 19) is located,
und wobei die Kommunikationseinheiten (17, 19, 72) Funkmodule sind, und jede der Kommunikationseinheiten (17, 19, 72) dazu eingerichtet ist, die Daten an die unmittelbar benachbarte Kommunikationseinheit (17, 19) des nächsten Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) oder des Bohrantriebs (7) zu  and wherein the communication units (17, 19, 72) are radio modules, and each of the communication units (17, 19, 72) is adapted to send the data to the immediately adjacent communication unit (17, 19) of the next drill pipe (3, 4, 5 , 6, 8, 9, 10, 80) or the drill drive (7)
übertragen und/ oder von dieser Daten zu empfangen.  transmit and / or receive from this data.
2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jedem Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) eine eindeutige Kennung zugeordnet ist, über die es identifizierbar ist. 2. Communication system according to claim 1, characterized in that each drill string (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) is associated with a unique identifier over which it is identifiable.
3. Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) einen Knoten in einem ad- hoc Netzwerk bildet. 3. Communication system according to claim 1 or 2, characterized in that each drill string (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) forms a node in an ad hoc network.
4. Kommunikationssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennung in der Elektronik (15) und/ oder in einer oder mehreren der Kommunikationseinheiten (17, 19) gespeichert und von der antriebsseitigen Kommunikationseinheit (72) abfragbar ist. 4. Communication system according to claim 2 or 3, characterized in that the identifier in the electronics (15) and / or in one or more of the Communication units (17, 19) stored and interrogated by the drive-side communication unit (72).
5. Kommunikationssystem nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch 5. Communication system according to claim 2, 3 or 4, characterized
gekennzeichnet, dass jedes Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) einen RFID-Transponder aufweist, in dem die Kennung gespeichert ist.  in that each drill string (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) has an RFID transponder in which the identifier is stored.
6. Kommunikationssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrantrieb (7) einen Näherungssensor mit einer RFID-Leseeinheit aufweist, der mit der antriebsseitigen Elektronik (73) verbunden und dazu eingerichtet ist, bei Annäherung eines Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) dessen RFID-Transponder zur Aussendung der Kennung zu aktivieren. 6. Communication system according to claim 5, characterized in that the drill drive (7) has a proximity sensor with an RFID reading unit, which is connected to the drive-side electronics (73) and is adapted, when approaching a drill string (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) to activate its RFID transponder for the transmission of the identifier.
7. Kommunikationssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Transponder ein aktiver RFID-Transponder ist, der mit der Energieversorgung verbunden und dazu eingerichtet ist, die 7. Communication system according to claim 5 or 6, characterized in that the RFID transponder is an active RFID transponder, which is connected to the power supply and is adapted to
Energieversorgung einzuschalten, wenn er ein Aktivierungssignal empfängt.  Turn on power supply when it receives an activation signal.
8. Kommunikationssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch 8. Communication system according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheiten (17, 19) dazu  characterized in that the communication units (17, 19) thereto
eingerichtet sind, die Daten über WLAN zu übertragen.  are set up to transfer the data via WLAN.
9. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 9, 10) für einen Bohrstrang für Erdbohrungen zum Aufbau eines Kommunikationssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem hohlzylinderförmigen Gestängerohr (11 ), das ein oberes Ende (13) und ein unteres Ende (14) aufweist, und mit zumindest einer zwischen dem oberen und dem unteren Ende (13, 14) liegenden elektrischen Leitung (21 , 22), die zu den beiden Enden (13, 14) geführt ist, wobei das untere Ende (14) mit dem oberen Ende (13) eines anderen Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) drehfest verbindbar und das oberen Ende (13) mit dem unteren Ende (14) eines anderen Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 9, 10) oder mit einem Bohrantrieb (7) drehfest verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Enden (13, 14) zumindest eine Kommunikationseinheit (17, 19) angeordnet, zumindest eine Elektronik (15) mit einem MikroController, und zumindest eine Energieversorgung für die Kommunikationseinheiten (17, 19) und die Drill pipe (3, 4, 5, 6, 9, 10) for a drill string for earth bores for establishing a communication system according to one of claims 1 to 8, comprising a hollow cylindrical drill pipe (11) having an upper end (13) and a lower end (14), and at least one between the upper and the lower end (13, 14) lying electrical line (21, 22) which is guided to the two ends (13, 14), wherein the lower end ( 14) with the upper end (13) of another drill string (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) rotatably connected and the upper end (13) with the lower end (14) of another drill string (3 , 4, 5, 6, 9, 10) or with a drill drive (7) rotatably connected, characterized in that at both ends (13, 14) at least one communication unit (17, 19) arranged at least one electronics (15) with a microcontroller, and at least one Power supply for the communication units (17, 19) and the
Elektronik (15) vorhanden sind, wobei die Kommunikationseinheiten (17, 19) über die elektrische Leitung (21 , 22) miteinander verbunden sind und die Elektronik (15) datentechnisch zwischen den Kommunikationseinheiten liegt, und die Kommunikationseinheiten (17, 19) Funkmodule sind, wobei jede der Kommunikationseinheiten (17, 9) dazu eingerichtet ist, Daten an eine unmittelbar benachbarte Kommunikationseinrichtung (17, 19) des nächsten Bohrstrangs (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) oder des Bohrantriebs (7) zu übertragen und/ oder von dieser Daten zu empfangen.  Electronics (15) are present, wherein the communication units (17, 19) via the electrical line (21, 22) are interconnected and the electronics (15) data technology lies between the communication units, and the communication units (17, 19) are radio modules, wherein each of the communication units (17, 9) is arranged to transmit data to an immediately adjacent communication device (17, 19) of the next drill string (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) or the drill drive (7). to transmit and / or receive from this data.
10. Bohrgestänge (8, 80) für einen Bohrstrang für Erdbohrungen zum Aufbau eines Kommunikationssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem hohlzylinderförmigen Gestängerohr (1 ), das ein oberes Ende (13) und ein unteres Ende (14) aufweist, und mit zumindest einer zwischen dem oberen und dem unteren Ende (13, 14) liegenden elektrischen Leitung (21 , 22), die zu den beiden Enden (13, 14) geführt ist, wobei das untere Ende (14) eine Aufnahme für einen Bohrkopf aufweist und das oberen Ende (13) mit dem unteren Ende (14) eines anderen Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 9, 10) oder mit einem Bohrantrieb (7) drehfest verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensorik (81 ) und/ oder Aktorik (81 ), von der oder zu der Daten übertragbar sind, am unteren Ende (14) angeordnet ist/ sind, eine A drill string (8, 80) for a drill string for ground drilling for constructing a communication system according to any one of claims 1 to 8, comprising a hollow cylindrical drill pipe (1) having an upper end (13) and a lower end (14), and with at least one electrical line (21, 22) lying between the upper and lower ends (13, 14), which is guided to the two ends (13, 14), wherein the lower end (14) has a receptacle for a drill head and the upper end (13) with the lower end (14) of another drill string (3, 4, 5, 6, 9, 10) or with a drill drive (7) is rotatably connected, characterized in that a sensor (81) and / or actuators (81), from which or to which data can be transmitted, is / are arranged at the lower end (14)
Kommunikationseinheit (17) am oberen Ende (13) angeordnet ist, zumindest eine Elektronik (15) mit einem Mikrocontroller, und zumindest eine  Communication unit (17) at the upper end (13) is arranged, at least one electronics (15) with a microcontroller, and at least one
Energieversorgung für die Kommunikationseinheiten (17, 19) und die  Power supply for the communication units (17, 19) and the
Elektronik ( 5) vorhanden sind, wobei die Kommunikationseinheit (17) und die Sensorik (81 ) und/ oder Aktorik (81) über die elektrische Leitung (21 , 22) miteinander verbunden sind und die Elektronik (15) datentechnisch zwischen der Sensorik (81 ) und/ oder Aktorik (81 ) und der Kommunikationseinheit (17) liegt, und die Kommunikationseinheit (17) ein Funkmodul ist, wobei die  Electronics (5) are present, wherein the communication unit (17) and the sensor (81) and / or actuators (81) via the electrical line (21, 22) are interconnected and the electronics (15) data technically between the sensor (81 ) and / or actuators (81) and the communication unit (17), and the communication unit (17) is a radio module, wherein the
Kommunikationseinheit (17) dazu eingerichtet ist, Daten an eine unmittelbar benachbarte Kommunikationseinrichtung (19) des nächsten Bohrstrangs (3, 4, 5, 6, 9, 10) oder des Bohrantriebs (7) zu übertragen und/ oder von dieser Daten zu empfangen. Communication unit (17) is arranged to transmit data to an immediately adjacent communication device (19) of the next drill string (3, 4, 5, 6, 9, 10) or the drill drive (7) and / or receive from this data.
11. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheiten (17, 19) kombinierte Sende-/ Empfangseinrichtungen (Transceiver) sind. 11. Drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to claim 9 or 10, characterized in that the communication units (17, 19) are combined transmitting / receiving devices (transceivers).
12. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gestängerohr (11 ) ein 12. drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 11, characterized in that in the drill pipe (11) a
Neigungssensor (16) zur Erfassung des Lagezustands des Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) angeordnet ist.  Tilt sensor (16) for detecting the state of the drill string (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) is arranged.
13. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungssensor (16) mit der Energieversorgung verbunden und dazu eingerichtet ist, die 13. drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 12, characterized in that the inclination sensor (16) connected to the power supply and is adapted to
Energieversorgung für die Elektronik (15) und für das oder die  Power supply for the electronics (15) and for the
Kommunikationseinheiten (17, 19) bei einem Übergang des Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) von einem horizontalen Lagezustand zu einem vertikalen Lagezustand einzuschalten und bei einem Übergang des  Switching communication units (17, 19) at a transition of the drill string (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) from a horizontal position state to a vertical position state and at a transition of
Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) von einem vertikalen Lagezustand zu einem horizontalen Lagezustand auszuschalten.  To turn off drill string (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) from a vertical position state to a horizontal position state.
14. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung entnehmbar am oder im Gestängerohr (11 ), insbesondere steckbar befestigt ist. 14. drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 13, characterized in that the power supply is removably mounted on or in the drill pipe (11), in particular pluggable.
15. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung schaltbar ist. 15 drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 14, characterized in that the power supply is switchable.
16. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestängerohr (11 ) mindestens eine Ausnehmung, insbesondere eine taschenförmige Ausnehmung, zur geschützten Aufnahme der Energieversorgung, der Elektronik (15) und/ oder einer der Kommunikationseinheiten (17, 19) aufweist. 16 drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 15, characterized in that the drill pipe (11) at least one recess, in particular a pocket-shaped recess, for protected recording the power supply, the electronics (15) and / or one of the communication units (17, 19).
17. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach Anspruch 16, dadurch 17. drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to claim 16, characterized
gekennzeichnet, dass in der Ausnehmung Steckkontakte zur elektrischen Steckkontaktierung mit der Energieversorgung, der Elektronik (15) und/ oder einer Kommunikationseinheiten (17, 19) liegen. characterized in that in the recess plug contacts for electrical Plug contact with the power supply, the electronics (15) and / or a communication units (17, 19) are located.
18. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung aus Batterien gebildet ist. 18 drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 17, characterized in that the power supply is formed from batteries.
19. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung 19 drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 18, characterized in that the power supply
wiederaufladbar ist.  is rechargeable.
20. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestängerohr (11 ) Mittel zur automatischen Wiederaufladung der Energieversorgung während des Betriebs des Bohrgestänges aufweist. 20 drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 19, characterized in that the drill pipe (11) comprises means for automatically recharging the power supply during operation of the drill pipe ,
21. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung zumindest ein optisches und/ oder akustisches Mittel zur Anzeige des Ladezustands, der Restkapazität und/ oder noch zur Verfügung stehenden Versorgungsdauer aufweist. 21 drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 20, characterized in that the power supply at least one optical and / or acoustic means for displaying the state of charge, the residual capacity and / or still available supply duration.
22. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung und die Elektronik (15) baulich eine Einheit bilden. 22 drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 21, characterized in that the power supply and the electronics (15) structurally form a unit.
23. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass es für jede Kommunikationseinheit (17, 19) eine Elektronik (15) aufweist, wobei Kommunikationseinheit (17, 19) und Elektronik (15) baulich eine Einheit bilden. 23 drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 22, characterized in that it comprises for each communication unit (17, 19) an electronics (15), wherein Communication unit (17, 19) and electronics (15) structurally form a unit.
24. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass es für jede Kommunikationseinheit (17, 19) eine Energieversorgung aufweist, wobei Kommunikationseinheit (17, 19) und Energieversorgung (15) baulich eine Einheit bilden. 24 drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 23, characterized in that it is for each communication unit (17, 19) has a power supply, wherein communication unit (17, 19) and power supply (15) structurally form a unit.
25. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik (15) und/ oder die Energieversorgung in der axialen Mitte des Gestängerohrs (11 ) angeordnet ist/ sind. 25 drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 24, characterized in that the electronics (15) and / or the power supply in the axial center of the drill pipe ( 11) is arranged / are.
26. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (17) oder die Kommunikationseinheiten (17, 19) ein Gehäuse aufweist/ aufweisen, mit dem sie außen am Gestängerohr (11 ) montiert ist/ sind. 26. Drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 25, characterized in that the communication unit (17) or the communication units (17, 19) has a housing / have, with which it is mounted outside the drill pipe (11) / are.
27. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach Anspruch 26, dadurch 27 drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to claim 26, characterized
gekennzeichnet, dass das oder die Gehäuse eine durch ein  characterized in that the housing or the housing by a
nichtmetallisches Material verschlossene Öffnung aufweist/ aufweisen, die in Richtung des äußeren Randes des Endes (13, 14) gerichtet ist, an dem die entsprechende Kommunikationseinheit (17, 19) angeordnet ist.  Non-metallic material has sealed opening / directed towards the outer edge of the end (13, 14) on which the corresponding communication unit (17, 19) is arranged.
28. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche, 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung eine durch ein nichtmetallisches Material verschlossene Öffnung aufweist, die in Richtung des äußeren Randes des Endes (13, 14) gerichtet ist, an dem die 28 drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to any one of the preceding claims, 16 to 27, characterized in that the recess has a closed by a non-metallic material opening in the direction of the outer Edge of the end (13, 14) is directed to the
entsprechende Kommunikationseinheit (17, 19) angeordnet ist.  corresponding communication unit (17, 19) is arranged.
29. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest einen mit der Elektronik (15) verbundenen Sensor, insbesondere einen Drucksensor und/ oder einen Temperatursensor aufweist. 29 drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 28, characterized in that it has at least one sensor connected to the electronics (15), in particular a pressure sensor and / or a temperature sensor.
30. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest einen mit der Elektronik (15) verbundenen Aktor, insbesondere ein Ventil, einen Motor und/ oder eine Pumpe aufweist. 30 drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 29, characterized in that there is at least one connected to the electronics (15) actuator, in particular a valve, a Motor and / or a pump.
31. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (17) oder die Kommunikationseinheit (17, 19) in einem Abstand zwischen 15 cm und 20 cm vor dem Rand des Endes/ der Enden (13, 14) des Gestängerohrs (11 ) angeordnet ist/ sind. 31. Drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 30, characterized in that the communication unit (17) or the communication unit (17, 19) in a distance between 15 cm and 20 cm before the edge of the end / ends (13, 14) of the drill pipe (11) is / are arranged.
32. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (17) oder die Kommunikationseinheit (17, 19) für eine Nahfeldkommunikation derart eingerichtet ist/ sind, dass ihre Senderreichweite(n) weniger als 1m, insbesondere zwischen 30 und 50cm beträgt/ betragen. 32. Drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 31, characterized in that the communication unit (17) or the communication unit (17, 19) for a near field communication in such a way is set up / are that their transmitter range (s) is less than 1m, in particular between 30 and 50cm / amount.
33. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitung (21 , 22) ein- oder mehrpaarig ist. 33. Drill pipe (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) according to one of the preceding claims 9 to 32, characterized in that the electrical line (21, 22) is one or more pairs.
34. Bohrstrang zur Durchführung von Erdbohrungen, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem ersten Bohrgestänge (8, 80) nach einem der Ansprüche 10 bis 33 und zumindest einem zweiten Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 9, 10) nach einem der Ansprüche 9 bis 33 besteht. 34. A drill string for performing earth bores, characterized in that it consists of a first drill pipe (8, 80) according to one of claims 10 to 33 and at least one second drill pipe (3, 4, 5, 6, 9, 10) according to one of Claims 9 to 33 is.
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