EP2738346A1 - Electrical connecting device for wired drill pipes - Google Patents

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EP2738346A1
EP2738346A1 EP12194531.5A EP12194531A EP2738346A1 EP 2738346 A1 EP2738346 A1 EP 2738346A1 EP 12194531 A EP12194531 A EP 12194531A EP 2738346 A1 EP2738346 A1 EP 2738346A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connecting device
drill pipe
axialverriegelungselement
axial
electrical
Prior art date
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Granted
Application number
EP12194531.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP2738346B1 (en
Inventor
Bouchra Lamik-Thonhauser
Anton KOTOV
Alexander FINE
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.)
think and vision GmbH
Original Assignee
Advanced Drilling Solutions GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Advanced Drilling Solutions GmbH filed Critical Advanced Drilling Solutions GmbH
Priority to PL12194531T priority Critical patent/PL2738346T3/en
Priority to EP12194531.5A priority patent/EP2738346B1/en
Priority to PCT/EP2013/074050 priority patent/WO2014082886A1/en
Priority to US14/084,431 priority patent/US9587439B2/en
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/028—Electrical or electro-magnetic connections

Definitions

  • the invention relates to a device for connecting at least one electrical data and / or supply line to electrical connections of a wired drill pipe when the drill pipe is not in active drilling operation.
  • a coaxial cable within each drilling component extends end to end of the drilling component and is connected to the coaxial cables of the adjacent drilling components as the drilling components are connected.
  • a rotary connector allows communication between the downhole transmission system and surface positioned instruments.
  • Other transmission mechanisms are also used, such as sonar or ground electrical currents, etc.
  • the most efficient solutions have been found to be based on cabling of the drill string (electrical cables or optical fibers).
  • drill-linkable apparatus for communicating with a wired drill pipe during the tripping operation, which include so-called sub-coupler heads.
  • a first type of sub-coupler head has a non-threaded surface which, when installed in a threaded drill pipe, frictionally or press-fits a restraining force against a threaded portion of the drill pipe. The friction or interference fit is achieved by spreading the sub-coupler head.
  • a communication element is embedded in the sub-coupler head to communicate with a pipe communication element to couple communicatively when the sub-coupler head is positioned within the receiving end of the wired drill pipe. Inductive couplers and direct connection couplers are cited as communication elements.
  • Examples of communicative coupling include wireline, mud-pulse telemetry, electronic telemetry, or acoustic telemetry.
  • the material of the sub-coupler head is resilient and soft with respect to the material of the drill pipe so that the thread of the drill pipe is not damaged.
  • its surface has a partial thread.
  • the communication apparatus is used only for signal transmission, but not for the supply of underground metering units with electrical energy.
  • the document US 7,198,118 discloses a communications adapter for detachably connecting to a drilling component outside of the active drilling operation, comprising a communications coupling for data communication with a drilling system integrated transmission system, a mechanical coupler for releasably securing the adapter to the drilling component, and an integral data interface comprising a screen, a gauge, a Speaker or a light.
  • the mechanical coupler includes a thread, or magnets, or locking mechanisms, such as elastic clips, or clamps.
  • the mechanical coupler includes cams that are pivotable about a pivot axis into engagement with an internal thread of the drilling component.
  • the communication adapter is used only for signal transmission, but not for the supply of underground metering units with electrical energy.
  • At least one electrical data and / or supply line can be connected to electrical connections of a wired drill pipe when the drill pipe is not in active drilling operation.
  • the connecting device according to the invention comprises: electrical connections, which are galvanically connected to the at least one electrical data and / or supply line and can be brought into contact with the electrical connections of the drill pipe; an axial guide element axially insertable and removable in a receiving end of the drill pipe; and at least one Axialverriegelungselement.
  • the axial guide member and the axial locking member are axially displaceable relative to each other between an axial locking position and a release position, wherein in the Axialverriegelungs ein the Axialverriegelungselement is configured to mesh with the drill pipe, and wherein in the release position of the engagement of the Axialverriegelungselements is dissolved in the drill pipe.
  • the connecting device according to the invention is particularly suitable for connection with those in the above-mentioned patent application WO 2010/141969 A2 whereas the adaptation to standard threads of standard drill pipes is not an objective of the invention.
  • a quick and secure manufacturable locking between the connecting device according to the invention and the drill pipe can be achieved if the Axialverriegelungselement is radially movable, preferably elastically radially movable.
  • the connecting device can be guided out of the drill pipe in a particularly simple manner.
  • the axial guide element has at least one recess, preferably at least one circumferential groove, into which the axial locking element can be radially retracted in the release position.
  • a particularly secure handling of the connecting device according to the invention can be achieved if the axial guide element has two axially offset recesses, preferably circumferential grooves, which define two different release positions.
  • a first release position is assumed by relative axial displacement of the Axial elementselements to Axialverriegelungselement in a first direction, and a second release position occupied by relative axial displacement of the Axial Operationselements to Axialverriegelungselement in the opposite direction.
  • High mechanical stability of the connection between the connecting device and the wired drill pipe and protection against loosening of the connection when tensile forces occur when in the axial locking position, a portion of the Axial elements forms an abutment against radial retraction of the Axialverriegelungselements.
  • the axial locking element has projections which are configured to engage in depressions of the drill pipe in the axial locking position or if the axial locking element has recesses configured to engage in projections of the drill pipe in the axial locking position.
  • the Axialverriegelungselement is designed as a clamping sleeve which surrounds the axial guide element.
  • the connecting device preferably by means of springs, can be biased into the axial locking position.
  • a rotatable outer body is provided in a preferred embodiment of the connecting device according to the invention, in which the electrical connections are configured such that they can be brought into contact with the electrical connections of the drill pipe by rotational movement of the outer body.
  • the provision of rotary handles facilitates the rotation of the connecting device for the operator.
  • the provision of axial handles generally facilitates manual guidance of the connector.
  • the outer body and the Axialverriegelungselement axially with respect to each other are substantially rigid, but rotatably connected.
  • connection can be realized by means of an intermediate element which is axially rigidly connected to the Axialverriegelungselement and on its outer surface has an external thread on which an inner thread of the outer body is rotatably screwed.
  • the Axialverriegelungselement and / or the intermediate element can be secured by a rotary locking element against rotation with respect to the Axial Resultsselement.
  • the intermediate element may comprise anti-rotation elements for engaging the drill pipe.
  • the connecting device For an automatic or at least semi-automatic connection of the connecting device with a drill pipe is provided that the outer body is rotatable by means of a motor and optionally a gear, wherein the connecting device is preferably equipped with actuators for automatic supply to and removal from the drill pipe.
  • a contact detector switch which detects whether the electrical connections of the connecting device with the electrical connections of the drill pipe in contact.
  • the invention also provides that the at least one electrical line is led out by means of a Drehaustechnischsvorraum in a harness from the connecting device.
  • connection device In order to carry out measurements on mounted drill pipes, for example, it is expedient to design the connection device according to the invention as a handheld device, wherein at least one device for inputting and outputting data, status and / or test signals and at least one electrical data and / or supply line for the evaluation of output signals is connected, the device preferably has a user interface.
  • Fig. 1 shows a section of a drilling rig for oil, gas or Geothermiebohrungen in which arranged on the wired drill string measuring units are supplied via the wiring with electrical energy and control signals and sent by the measuring units on the wired drill string data to Overnight control and evaluation devices. The data transfer also takes place when no drilling operation is carried out, but, as shown here, the drill pipe is removed (trip-out) or installed by assembling pipes (trip-in). In Fig. 1 one recognizes a gripper 1, which holds the uppermost cabled drill pipe 6 of a wired drill pipe.
  • the upper end, the so-called “box end”, of the cabled drill pipe 6 is connected to electrical apparatus of the wired drill pipe 6 with a device 2 according to the invention for connecting electrical data and / or supply lines, which are arranged in a flexible cable harness 18 .
  • the wired drill pipe 6 is preferably a drill pipe with a in WO 2010/141969 A2 described connection element.
  • the flexible wire harness 18 opens into a cable housing 5, the a rotary connector body 3 is fixed. From the cable housing 5, the electrical leads continue in a wired mounting body 4, from where they continue to run away from the drilling control, evaluation and power supply equipment. By this arrangement, it is possible to control electrical circuits located in the drill string and to supply them with energy.
  • the connecting device 2 is parked in a holder 11, so that it neither disturbs the drilling operation nor can be damaged, but is immediately available again during subsequent tripping operations.
  • the wired mounting body 4 is directly connected to the wired drill pipe 6.
  • Fig. 2 shows the connection of the connecting device 2 with a rotary connector body 3 and the wired drill pipe 6 in magnification.
  • the rotary connector body 3 is mounted by means of screws 21 on a split sleeve 13 which is held on the wiring mounting body 4 by means of pipe clamps 12.
  • An electrical cable 16 is passed between the split sleeve 6 for connection of the rotary connector body 3 to the wired drill string during drilling operation.
  • a cable housing bearing 9 is rotatably mounted on the split sleeve 13.
  • a synchronizing member 14 rotatably connects the cable housing support 9 and the rotary connector body 3 with respect to each other so that they can only rotate together relative to the wired mounting body 4.
  • a rod-shaped holder 10 extends radially outward.
  • the holder 11 for the connecting device 2 and the cable housing 5 are fixed.
  • An electrical input line 23 and an electrical output line 17 lead via an unillustrated slip ring ensemble inside the rotary connector body 3 out of the rotary connector body 3 out into the cable housing 5 and from there into the flexible cable harness 18 which is connected by means of connectors 15 to the cable housing 5.
  • the electrical input line 23 and the electrical output line 17 are during the conversion work (tripping operations) via the connecting device 2 with the wired drill pipe 6 in electrical connection.
  • the end of the wired mounting body 4 is protected with a protective cap 26. So that the flexible wire harness 18 does not twist when using the connecting device 2, the flexible wire harness 18 opens by means of a connector 41 in a Dreeschl GmbHsvorcardi 8 of the connecting device. 2
  • Fig. 3 and Fig. 4 show an embodiment of the connecting device 2 in a perspective view, each partially cut away.
  • the connecting device 2 has a substantially frusto-conical outer body 31, from which to easier handling an axial handle 39 for manual axial guidance of the connecting device 2 when inserted into the drill pipe and three rotary handles 38 for manual rotation of the predominantlyköpers 31 extend.
  • the outer body 31 is configured to provide protection against the penetration of drilling mud, and it is also designed to be explosion proof.
  • the above-explained rotary balance device 8, on which the plug connector 41 can be seen extends in a rotatable manner from the outer body 31.
  • a contact detector switch 25 is arranged (see in particular detail D in Fig.
  • the electrical connections 35 may be implemented as standard electrical sockets opening in the front end surface of the outer body 31, and the electrical connections of the drill pipe extend axially in the form of contact pins.
  • electrical lines 42 extend through the interior of the connecting device 2 to the connector 41.
  • an axial locking element 33 in the form of a clamping sleeve and an axial guide element 32.
  • the Axialverriegelungselement 33 serves to fix the connecting device 2 in the axial direction in the drill pipe.
  • the axial guide member 32 and the Axialverriegelungselement 33 are axially displaceable relative to each other between an Axialverriegelungs ein and a release position, wherein the Axialverriegelungselement 33 is divided in its front region into a plurality of elastically radially movable tongues 33 b, the projections 33 a at their free ends Have mesh with the drill pipe.
  • the tongues 33b are radially extended, radially retracted in the release position, as will be explained in detail below.
  • the axial guide element 32 has two recesses, which are separated from one another by a web-shaped section 32b, in the form of circumferential grooves 32a, 32c which receive the projections 33a of the axial locking element 33 in two different release positions.
  • the axial locking member 33 is axially rigidly mounted with respect to the intermediate member 34, so that the axial movement of the Axialverriegelungselements 33 and the intermediate member 34 are made together, whereby the intermediate member 34 can not hinder the radial movement of the tongues 33 b.
  • a drillge leopardgewindes 37 comprising an external thread 34 c on the peripheral surface of the intermediate member 34 and an internal thread 31 a on the inner surface of the outer body 31, the intermediate element 34 are and the outer body 31 are connected to each other so that the intermediate member 34, the Axialverriegelungselement 33 and the outer body 31 are moved together axially with respect to the Axial Adjustselement 32 when the outer body 31 is moved axially.
  • the outer body 31 is axially movable relative to the Axialverriegelungselement 33.
  • the assembly of intermediate member 34, Axialverriegelungselement 33 and outer body 31 is biased in such axial position relative to the Axialungs Resultsselement 32 that the connecting device 2 is in the locking position in which the projections 33 a of the Axialverriegelungselements 33 on the web portion 32 b of Axial Resultsselements 32 rest.
  • the two springs 36 exert from opposite directions in each case the same spring forces, whereby an equilibrium of forces is established, which results in the relative axial position.
  • the intermediate element 34 serves for the radial fixation of the connecting device 2 in the drill pipe.
  • the intermediate element 34 at its front end face on a series of projections 34a and recesses 34b, which engage with counter-shaped recesses and projections of a protective sleeve in the drill pipe.
  • a rotation lock pin 43 is provided in order to prevent the axial lock member 33 and the intermediate member 34 from rotating with respect to the axial guide member 32.
  • Fig. 5 shows the arrangement of Axialverriegelungselement 33 and intermediate member 34.
  • the plurality of tongues 33b with projections 33a of the Axialverriegelungselements 33 and the front projections 34a and recesses 34b of the intermediate member 34 are particularly well visible.
  • the external thread 34c on the outer surface of the intermediate element 34 is not shown in the drawing, but symbolized by the reference numeral 34c.
  • FIGS. 6 to 11 show the process of connecting the connecting device 2 with the drill pipe 6 and on the basis of FIGS. 12 and 13 the subsequent release of this connection explained.
  • Fig. 6 shows the initial insertion of the outer body 31 in a conical receiving space 71 of the box end 70 of the wired drill pipe 6, wherein the detail A is an enlarged view of a section of Fig. 11 shows.
  • the drill pipe 6 has electrical connections 73 (pins) for electrical connection to the electrical connections 35 (sockets) of the connection device 2.
  • a sleeve-shaped connecting element 72 is arranged, which has an annular projection 72a facing the connecting device 2, an annular recess 72b formed behind the nose 72a, and a conical centering surface 72c.
  • the connecting device 2 is in the locking position, in which the projections 33a of the Axialverriegelungselements 33 rest on the web-shaped portion 32b of the Axial Adjustselements 32.
  • the projections 33a abut against the nose 72a of the connecting element 72 of the drill pipe 6, whereby the further axial movement of the axial locking element 33 is initially prevented.
  • the axial guide element 32 can very well continue to move into the drill pipe 6 in the axial direction, whereby the web-shaped section 32b of the axial guide element 32 moves away from the projections 33a and instead the second circumferential groove 32c of the axial guide element 32 comes into alignment with the projections 33a, see FIG Fig.
  • the circumferential groove 32c provides the tongue 33b with its projections 33a with the necessary clearance for an elastic radial movement inwards, in that the nose 72a pushes the projections 33a inwardly, see Fig. 8 , Thereby, the Axialverriegelungselement 33 can continue to move axially forward, wherein the projections 33a slide under the nose 72a and pass into the recess 72b of the connecting element 72.
  • the recess 72b provides clearance for the projections 33a, allowing the tabs 33b to move back to their initial radial position, see FIG Fig.
  • the first circumferential groove 32a of the Axial elementselements 32 comes into alignment with the projections 33a of the Axialverriegelungselements 33, see Fig. 12 .
  • the projections 33a can be pressed by the nose 72 radially inwardly into the circumferential groove 32a, see Fig. 13 , whereby the locking of the Axialverriegelungselements 33 dissolves and this can also be freely moved axially outward.
  • connection device 2 is intended for manual operation by operating personnel on the drilling rig. However, it is also possible to equip the connecting device 2 for semi-automatic or fully automatic operation.
  • Fig. 14 shows an embodiment of the connecting device 2, which is provided with a motor drive for rotating the outer body 31.
  • a motor 53 rotates the outer body 31 with respect to the axial guide member 32 via a gear comprising a pinion 51 on the drive shaft of the motor 53 and a ring gear 52 on the outer surface of the outer body 31.
  • axial drives 50 for example as hydraulic or pneumatic cylinder Piston systems or are realized as threaded spindles, the axial movement of the outer body 31 is controlled with respect to the axial guide element 32.
  • the drives 50 are seated on a rotary balance device 40, to which the connector 41 is attached.
  • an electrical detector switch 54 is provided which detects whether the outer body 31 has been rotated in a correct angular orientation to the drill pipe, in which a galvanic connection between the electrical connections of the connecting device and the drill pipe takes place. In this correct angular orientation, the final fixing of the outer body 31 by the axial drives 50 takes place.
  • Fig. 15 shows an equipment of the connecting device 2 with devices for automatically placing the connecting device 2 on the drill pipe 6, while it is held by a gripper 1.
  • the connecting device 2 is housed in a housing 63 which is mounted on the holder 10 via actuator arms 61, 62, the holder 10 being fixed on the rotary connector body 3 via the cable housing mounting 9. From the rotary connector body 3, the wired mounting body 4 extends.
  • the actuator arms 61, 62 are fed by actuators 60 in three-dimensional motion to the drill pipe 6 and led away.
  • the housing 63 has a conical open end that facilitates placement on the drill pipe 6 in centered alignment. Of course, distance meters can be used for more accurate placement.

Abstract

The device (2) has electrical sockets which are galvanically connected to electrical data and/or supply line to contact electrical sockets of drill pipe. A collet blocking plug is configured to be axially insertable into and removable from receiver end of drill pipe. A collet is configured to be interlocked with drill pipe in locked position and released from drill pipe in release position. An independent claim is included for a method for connecting electrical data and/or supply line to drill pipe electrical sockets of a wired drill pipe.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von zumindest einer elektrischen Daten- und/oder Versorgungsleitung mit elektrischen Anschlüssen eines verdrahteten Bohrrohrs, wenn sich das Bohrrohr nicht im aktiven Bohrbetrieb befindet.The invention relates to a device for connecting at least one electrical data and / or supply line to electrical connections of a wired drill pipe when the drill pipe is not in active drilling operation.

Derzeit werden an vielen Bohranlagen einfache Stahlrohre miteinander verschraubt. Auf diese Weise entsteht ein meist mehrere Kilometer langes Bohrgestänge, an dessen Ende ein Bohrmeißel befestigt ist. Im Inneren der Rohre befindet sich eine Spülflüssigkeit (Mud), die vielerlei Funktionen während des Bohrvorgangs erfüllt. Eine dieser Funktionen kann die Übertragung von Daten mittels Druckpulsen sein. Da diese Kommunikation aber sehr langsam ist (die Übertragungsrate liegt typischerweise bei 10 Baud), wurden in der Bohrindustrie verstärkte Anstrengungen unternommen, um während des Bohrbetriebs Bohrlochinformation mit höheren Datenübertragungsraten gewinnen zu können. Aus dem Dokument US 6,670,880 ist beispielsweise ein Bohrlochübertragungssystem bekannt, das Daten durch eine Vielzahl von Bohrkomponenten eines Bohrstrangs hindurch überträgt. Jede Bohrkomponente ist an ihren beiden Enden mit Enden von anschließenden Bohrkomponenten verbunden. Ein Koaxialkabel innerhalb einer jeden Bohrkomponente erstreckt sich von Ende zu Ende der Bohrkomponente und wird beim Verbinden der Bohrkomponenten mit den Koaxialkabeln der benachbarten Bohrkomponenten verbunden. Während des Bohrens erlaubt ein Drehverbinder die Kommunikation zwischen dem Bohrlochübertragungssystem und an der Oberfläche positionierten Instrumenten. Es werden auch andere Übertragungsmechanismen verwendet, z.B. Sonar oder elektrische Ströme über das Erdreich, etc.. Am effizientesten haben sich aber Lösungen erwiesen, die auf einer Verkabelung des Bohrgestänges basieren (elektrische Kabel oder Lichtleiter).Currently, simple steel pipes are bolted together on many drilling rigs. In this way creates a drill pipe usually several kilometers long, at the end of a drill bit is attached. Inside the pipes is a mud that performs many functions during the drilling process. One of these functions may be the transmission of data by means of pressure pulses. However, since this communication is very slow (the transmission rate is typically 10 baud), increased efforts have been made in the drilling industry to obtain well information at higher data rates during drilling operations. From the document US 6,670,880 For example, a wellbore transfer system is known that transmits data through a plurality of drilling components of a drill string. Each drilling component is connected at both ends to ends of adjoining drilling components. A coaxial cable within each drilling component extends end to end of the drilling component and is connected to the coaxial cables of the adjacent drilling components as the drilling components are connected. During drilling, a rotary connector allows communication between the downhole transmission system and surface positioned instruments. Other transmission mechanisms are also used, such as sonar or ground electrical currents, etc. However, the most efficient solutions have been found to be based on cabling of the drill string (electrical cables or optical fibers).

Mittlerweile ist die Erfassung von Daten aus dem Bohrloch während des Bohrvorgangs ein wesentliches Element bei modernen Erdöl-, Erdgas- oder Geothermiebohrungen geworden. Diese Art von Datenerfassung wird im Fachjargon als Measurement While Drilling (MWD) oder Logging While Drilling (LWD) bezeichnet. Die Datenerfassung ist aber auch für die Konstruktion des Bohrlochs und die anschließende Förderung von Erdöl, Gas oder Warmwasser wichtig. Nur durch die Erfassung der jeweiligen relevanten Messgrößen kann eine Bohrung sicher, effizient und ökonomisch betrieben werden. Je mehr Daten von Untertag zur Verfügung stehen, umso effizienter und sicherer kann der Bohrbetrieb gestaltet werden. Die Bohrindustrie fordert daher immer dringender eine Übertragung von Daten mit hohen Datenraten (z.B. 200 kBaud) aus mehreren Kilometern Tiefe. Diese Forderung resultiert in erhöhten Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von Untertagmesseinheiten, die wiederum zu einem Anstieg des Stromverbrauchs der Untertagmesseinheiten führt. Um diesem erhöhten Stromverbrauch Rechnung zu tragen, sollen die Untertagmesseinheiten auch von der Oberfläche aus mit elektrischer Energie (z.B. mit 200 W) versorgt werden.Meanwhile, logging data from the well during the drilling process has become an essential element in modern oil, gas or geothermal wells. This type of data collection is referred to in the jargon as Measurement While Drilling (MWD) or Logging While Drilling (LWD). The data acquisition is also important for the construction of the borehole and the subsequent extraction of oil, gas or hot water. Only by recording the respective relevant parameters can a well be operated safely, efficiently and economically. The more data available from Untertag, the more efficient and safer the drilling operation can be. The drilling industry is therefore increasingly calling for a transfer of data high data rates (eg 200 kBaud) from several kilometers depth. This requirement results in increased demands on the performance of underground units, which in turn leads to an increase in the power consumption of underground units. In order to take account of this increased power consumption, the underground units should also be supplied with electrical energy (eg 200 W) from the surface.

Aus dem Dokument WO 2010/141969 A2 ist eine Vorrichtung zum Verbinden von elektrischen Leitungen an miteinander verschraubbaren, im wesentlichen rohrförmigen Verbindungselementen von Gestängerohren bekannt, bei der an einem ersten Verbindungselement ein erstes elektrisches Kontaktelement fest angeordnet ist und an einem zweiten Verbindungselement ein zweites elektrisches Kontaktelement in Drehrichtung des Verbindungselementes verschiebbar angeordnet ist. Mit dieser Vorrichtung konnte das Problem der elektrischen Verbindung zwischen den Rohren des Bohrgestänges gelöst werden. Die elektrische Verbindung hat sich als zuverlässig, einfach und robust bei der mechanischen Verbindung der Rohre (drehende Bewegung) erwiesen und erlaubt die Übertragung von elektrischem Strom und/oder Daten auch bei den im Bohrloch herrschenden rauen Bedingungen, wie hohe Verschmutzung, Vorhandensein von Flüssigkeiten aller Art, hohe Temperaturen und mechanische Erschütterungen. Mit einem solcherart aufgebauten Bohrgestänge ist es möglich, z.B. mithilfe von am Top-Drive angeordneten Schleifringensembles, die als Drehverbinder fungieren, während des Bohrvorgangs elektrischen Strom zu Untertagmesseinheiten einzuspeisen und von diesen Untertagmesseinheiten generierte Daten auszulesen und auszuwerten.From the document WO 2010/141969 A2 a device for connecting electrical lines to each other screwed, substantially tubular connecting elements of drill pipes is known, in which a first electrical contact element is fixedly disposed on a first connecting element and a second electrical contact element in the direction of rotation of the connecting element is slidably disposed on a second connecting element. With this device, the problem of electrical connection between the pipes of the drill string could be solved. The electrical connection has proved to be reliable, simple and robust in the mechanical connection of the tubes (rotary motion) and allows the transmission of electric current and / or data even in the downhole harsh conditions, such as high pollution, presence of liquids all Kind, high temperatures and mechanical shocks. With such a constructed drill string, it is possible, for example by means of arranged on the top drive slip ring ensembles that act as a rotary connector to feed during the drilling process electrical power to Unteragmesseinheiten and read from these unteragmesseigen data generated and evaluated.

Insbesondere für die Erhöhung der Sicherheit des Bohrlochs ist es jedoch auch erforderlich, Energieversorgung für Untertagmesseinheiten bereitzustellen und Daten auszulesen, wenn kein Bohrvorgang durchgeführt wird, sondern das Bohrgestänge ausgebaut (Trip-out) oder durch Zusammensetzen von Rohren eingebaut (Trip-in) wird. Gerade in dieser Phase ist es von höchster Wichtigkeit zu wissen, ob sich im Bohrloch sicherheitsrelevante Veränderungen ergeben, wie z.B. Druckveränderungen, Reibung, Gasblasenbildung, etc..In particular, for increasing the safety of the well, however, it is also necessary to provide power supply for underground units and read data when no drilling operation is performed, but the drill pipe is removed (trip-out) or built-in (trip-in) by pipes. At this stage in particular, it is of paramount importance to know whether there are safety-relevant changes in the borehole, such as Pressure changes, friction, gas bubble formation, etc ..

Aus dem Dokument EP 2 273 058 A2 sind mit dem Bohrgestänge verbindbare Apparate zur Kommunikation mit einem verdrahteten Bohrrohr während der Tripping-Operation bekannt, die sogenannte Sub-Kopplerköpfe umfassen. Ein erster Typ des Sub-Kopplerkopfs weist eine gewindelose Oberfläche auf, die beim Einbau in ein verdrahtetes Bohrrohr durch Reib- oder Presspassung eine Rückhaltekraft gegen einen Gewindeabschnitt des Bohrrohrs ausübt. Die Reib- oder Presspassung wird durch Spreizen des Sub-Kopplerkopfs erzielt. Ein Kommunikationselement ist in den Sub-Kopplerkopf eingebettet, um mit einem Rohr-Kommunikationselement kommunikativ zu koppeln, wenn der Sub-Kopplerkopf innerhalb des Aufnahmeendes des verdrahteten Bohrrohrs positioniert ist. Als Kommunikationselemente werden unter anderem induktive Koppler und Direktverbindungskoppler angeführt. Als Beispiele für die kommunikative Kopplung werden eine Drahtverbindung, Mud-Puls Telemetrie, elektronische Telemetrie, oder akustische Telemetrie angeführt. Das Material des Sub-Kopplerkopfs ist elastisch bzw. deformierbar und weich in Bezug auf das Material des Bohrrohrs, damit das Gewinde des Bohrrohrs nicht beschädigt wird. In einer alternativen Ausführungsform des Sub-Kopplerkopfs weist seine Oberfläche ein Teilgewinde auf. Der Kommunikationsapparat dient nur zur Signalübertragung, nicht aber zur Versorgung von Untertagmesseinheiten mit elektrischer Energie.From the document EP 2 273 058 A2 For example, drill-linkable apparatus are known for communicating with a wired drill pipe during the tripping operation, which include so-called sub-coupler heads. A first type of sub-coupler head has a non-threaded surface which, when installed in a threaded drill pipe, frictionally or press-fits a restraining force against a threaded portion of the drill pipe. The friction or interference fit is achieved by spreading the sub-coupler head. A communication element is embedded in the sub-coupler head to communicate with a pipe communication element to couple communicatively when the sub-coupler head is positioned within the receiving end of the wired drill pipe. Inductive couplers and direct connection couplers are cited as communication elements. Examples of communicative coupling include wireline, mud-pulse telemetry, electronic telemetry, or acoustic telemetry. The material of the sub-coupler head is resilient and soft with respect to the material of the drill pipe so that the thread of the drill pipe is not damaged. In an alternative embodiment of the sub-coupler head, its surface has a partial thread. The communication apparatus is used only for signal transmission, but not for the supply of underground metering units with electrical energy.

Das Dokument US 7,198,118 offenbart einen Kommunikationsadapter zur lösbaren Verbindung mit einer Bohrkomponente außerhalb des aktiven Bohrbetriebs, mit einem Datenübertragungskoppler zur Datenkommunikation mit einem in der Bohrkomponente integrierten Übertragungssystem, einem mechanischen Koppler zur lösbaren Befestigung des Adapters an der Bohrkomponente und einem integralen Dateninterface umfassend einen Bildschirm, eine Messlehre, einen Lautsprecher oder ein Licht. Der mechanische Koppler umfasst ein Gewinde, oder Magneten, oder Verriegelungsmechanismen, wie z.B. elastische Clips, oder Klemmen. In einer Ausführungsform umfasst der mechanische Koppler Nocken, die um eine Schwenkachse in den Eingriff mit einem Innengewinde der Bohrkomponente schwenkbar sind. Der Kommunikationsadapter dient nur zur Signalübertragung, nicht aber zur Versorgung von Untertagmesseinheiten mit elektrischer Energie.The document US 7,198,118 discloses a communications adapter for detachably connecting to a drilling component outside of the active drilling operation, comprising a communications coupling for data communication with a drilling system integrated transmission system, a mechanical coupler for releasably securing the adapter to the drilling component, and an integral data interface comprising a screen, a gauge, a Speaker or a light. The mechanical coupler includes a thread, or magnets, or locking mechanisms, such as elastic clips, or clamps. In one embodiment, the mechanical coupler includes cams that are pivotable about a pivot axis into engagement with an internal thread of the drilling component. The communication adapter is used only for signal transmission, but not for the supply of underground metering units with electrical energy.

Die Absicht Energie, Daten und/oder Steuersignale während des Trip-in bzw. Trip-out Betriebs des Bohrlochs in das Bohrgestänge einzuspeisen bzw. daraus auszuspeisen, stößt vor allem auf folgende Schwierigkeiten:

  • Das Bohrgestänge ist nicht regulär am Schleifringensemble angeschraubt, das daher nicht zur elektrischen Versorgung und Kommunikation verwendet werden kann.
  • Elektrische Energieversorgungseinheiten, Datenverarbeitungsgeräte und Steuerungen befinden sich aus Sicherheitsgründen außerhalb des Bohrturms in einem Schaltschrank und müssen über Energieversorgungs-, Status- und Steuerleitungen mit dem Bohrgestänge verbunden werden.
  • Die Energieversorgungs-, Status- und Steuerleitungen müssen über eine elektromechanische Einheit mit dem Bohrgestänge in Verbindung gebracht werden, die unter den rauen Betriebsbedingungen und unter Einhaltung von Sicherheitsvorschriften wie jenen für die Explosionsschutzzone 1 höchst zuverlässig funktioniert und für das Bedienungspersonal dennoch einfach handhabbar ist, wobei halbautomatisches oder manuelles Verbinden und Trennen möglich sein soll.
The intent to inject energy or data and / or control signals during the trip-in or trip-out operation of the borehole into the drill pipe encounters, in particular, the following difficulties:
  • The drill string is not normally bolted to the slip ring ensemble, which therefore can not be used for electrical supply and communication.
  • Electrical power units, data processing equipment and controllers are located outside the derrick in a cabinet for safety reasons and must be connected to the drill string via power, status and control lines.
  • The power, status, and control lines must be connected to the drill pipe via an electromechanical unit, which operates highly reliably under harsh operating conditions and in compliance with safety regulations such as those for explosion protection zone 1, yet is easy to handle for the operator semi-automatic or manual connection and disconnection should be possible.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für die oben diskutierten Probleme bei der Einspeisung und Ausspeisung von elektrischer Energie, Daten und/oder Steuersignalen während des Trip-in bzw. Trip-out Betriebs des Bohrlochs in das Bohrgestänge bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide a solution to the problems discussed above of feeding and offsetting electrical energy, data and / or control signals during trip-in or down-hole operation of the wellbore.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Verbinden von zumindest einer elektrischen Daten- und/oder Versorgungsleitung mit elektrischen Anschlüssen eines verdrahteten Bohrrohrs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dargelegt.This object is achieved by a device for connecting at least one electrical data and / or supply line to electrical connections of a wired drill pipe having the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are set forth in the subclaims, the description and the drawings.

Durch die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung kann zumindest eine elektrische Daten- und/oder Versorgungsleitung mit elektrischen Anschlüssen eines verdrahteten Bohrrohrs verbunden werden, wenn sich das Bohrrohr nicht im aktiven Bohrbetrieb befindet. Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung umfasst: elektrische Anschlüsse, die mit der zumindest einen elektrischen Daten- und/oder Versorgungsleitung galvanisch verbunden und mit den elektrischen Anschlüssen des Bohrrohrs in Kontakt bringbar sind; ein in ein Aufnahmeende des Bohrrohrs axial einführbares und herausziehbares Axialführungselement; und zumindest ein Axialverriegelungselement. Das Axialführungselement und das Axialverriegelungselement sind relativ zueinander zwischen einer Axialverriegelungsstellung und einer Freigabestellung axial verlagerbar, wobei in der Axialverriegelungsstellung das Axialverriegelungselement zum Ineinandergreifen mit dem Bohrrohr konfiguriert ist, und wobei in der Freigabestellung der Eingriff des Axialverriegelungselements in das Bohrrohr gelöst ist.By means of the connecting device according to the invention, at least one electrical data and / or supply line can be connected to electrical connections of a wired drill pipe when the drill pipe is not in active drilling operation. The connecting device according to the invention comprises: electrical connections, which are galvanically connected to the at least one electrical data and / or supply line and can be brought into contact with the electrical connections of the drill pipe; an axial guide element axially insertable and removable in a receiving end of the drill pipe; and at least one Axialverriegelungselement. The axial guide member and the axial locking member are axially displaceable relative to each other between an axial locking position and a release position, wherein in the Axialverriegelungsstellung the Axialverriegelungselement is configured to mesh with the drill pipe, and wherein in the release position of the engagement of the Axialverriegelungselements is dissolved in the drill pipe.

Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung eignet sich besonders gut zur Verbindung mit den in der oben erwähnten Patentanmeldung WO 2010/141969 A2 beschriebenen Verbindungselementen von verdrahteten Bohrrohren, wogegen die Anpassung an Standard-Gewinde von Standard-Bohrrohren kein Ziel der Erfindung ist.The connecting device according to the invention is particularly suitable for connection with those in the above-mentioned patent application WO 2010/141969 A2 whereas the adaptation to standard threads of standard drill pipes is not an objective of the invention.

Eine schnell und sicher herstellbare Verriegelung zwischen der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung und dem Bohrrohr lässt sich erzielen, wenn das Axialverriegelungselement radial beweglich ist, vorzugsweise elastisch radial beweglich ist.A quick and secure manufacturable locking between the connecting device according to the invention and the drill pipe can be achieved if the Axialverriegelungselement is radially movable, preferably elastically radially movable.

Wenn beim erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung das Axialverriegelungselement in der Freigabestellung radial einziehbar ist, lässt sich die Verbindungsvorrichtung besonders einfach aus dem Bohrrohr herausführen. In einer bevorzugten Konstruktion der Erfindung weist das Axialführungselement zumindest eine Vertiefung, vorzugsweise zumindest eine Umfangsnut, auf, in die in der Freigabestellung das Axialverriegelungselement radial einziehbar ist. Eine besonders sichere Handhabung der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung lässt sich erzielen, wenn das Axialführungselement zwei axial versetzte Vertiefungen, vorzugsweise Umfangsnuten, aufweist, die zwei unterschiedliche Freigabestellungen definieren. Dabei wird eine erste Freigabestellung durch relative axiale Verlagerung des Axialführungselements zum Axialverriegelungselement in eine erste Richtung eingenommen, und eine zweite Freigabestellung durch relative axiale Verlagerung des Axialführungselements zum Axialverriegelungselement in die Gegenrichtung eingenommen. Hohe mechanische Stabilität der Verbindung zwischen der Verbindungsvorrichtung und dem verdrahteten Bohrrohr und Schutz gegen Lösen der Verbindung bei Auftreten von Zugkräften erreicht man, wenn in der Axialverriegelungsstellung ein Abschnitt des Axialführungselements ein Widerlager gegen radiales Einziehen des Axialverriegelungselements bildet.If, in the connection device according to the invention, the axial locking element can be radially retracted in the release position, the connecting device can be guided out of the drill pipe in a particularly simple manner. In a preferred construction of the invention, the axial guide element has at least one recess, preferably at least one circumferential groove, into which the axial locking element can be radially retracted in the release position. A particularly secure handling of the connecting device according to the invention can be achieved if the axial guide element has two axially offset recesses, preferably circumferential grooves, which define two different release positions. In this case, a first release position is assumed by relative axial displacement of the Axialführungselements to Axialverriegelungselement in a first direction, and a second release position occupied by relative axial displacement of the Axialführungselements to Axialverriegelungselement in the opposite direction. High mechanical stability of the connection between the connecting device and the wired drill pipe and protection against loosening of the connection when tensile forces occur, when in the axial locking position, a portion of the Axialführungselements forms an abutment against radial retraction of the Axialverriegelungselements.

Gute Handhabbarkeit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung wird erzielt, wenn das Axialverriegelungselement Vorsprünge aufweist, die konfiguriert sind, um in der Axialverriegelungsstellung in Vertiefungen des Bohrrohrs einzugreifen, oder wenn das Axialverriegelungselement Vertiefungen aufweist, die konfiguriert sind, um in der Axialverriegelungsstellung in Vorsprünge des Bohrrohrs einzugreifen.Good handleability of the connecting device according to the invention is achieved when the axial locking element has projections which are configured to engage in depressions of the drill pipe in the axial locking position or if the axial locking element has recesses configured to engage in projections of the drill pipe in the axial locking position.

Bei einer platzsparenden und mechanisch hochverlässlichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung ist das Axialverriegelungselement als Klemmhülse ausgebildet, die das Axialführungselement umgibt.In a space-saving and mechanically highly reliable embodiment of the connecting device according to the invention the Axialverriegelungselement is designed as a clamping sleeve which surrounds the axial guide element.

Um unabsichtliches Lösen der Verbindung mit dem Bohrrohr zu verhindern, kann die Verbindungsvorrichtung, vorzugsweise mittels Federn, in die Axialverriegelungsstellung vorgespannt sein.In order to prevent inadvertent release of the connection with the drill pipe, the connecting device, preferably by means of springs, can be biased into the axial locking position.

Für eine besonders hohe Verlässlichkeit und schnelle Herstellung der elektrischen Verbindung ist in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung ein drehbarer Außenkörper vorgesehen, in dem die elektrischen Anschlüsse so konfiguriert sind, dass sie durch Drehbewegung des Außenkörpers mit den elektrischen Anschlüssen des Bohrrohrs in Kontakt bringbar sind. Das Vorsehen von Drehgriffen erleichtert die Drehung der Verbindungsvorrichtung für das Bedienpersonal. Das Vorsehen von Axialgriffen vereinfacht allgemein die manuelle Führung der Verbindungsvorrichtung. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der Außenkörper und das Axialverriegelungselement in Bezug aufeinander axial im Wesentlichen starr, aber drehbar verbunden. Dabei kann die Verbindung mittels eines Zwischenelements realisiert sein, das axial starr mit dem Axialverriegelungselement verbunden ist und an seiner Außenfläche ein Außengewinde aufweist, auf das drehbar ein Innengewinde des Außenkörpers geschraubt ist. Das Axialverriegelungselement und/oder das Zwischenelement können durch ein Drehsperrelement gegen Verdrehen in Bezug auf das Axialführungselement gesichert werden. Alternativ dazu kann das Zwischenelement Drehsperrelemente zum Eingriff in das Bohrrohr aufweisen.For a particularly high reliability and rapid production of the electrical connection, a rotatable outer body is provided in a preferred embodiment of the connecting device according to the invention, in which the electrical connections are configured such that they can be brought into contact with the electrical connections of the drill pipe by rotational movement of the outer body. The provision of rotary handles facilitates the rotation of the connecting device for the operator. The provision of axial handles generally facilitates manual guidance of the connector. In a preferred embodiment of the invention, the outer body and the Axialverriegelungselement axially with respect to each other are substantially rigid, but rotatably connected. In this case, the connection can be realized by means of an intermediate element which is axially rigidly connected to the Axialverriegelungselement and on its outer surface has an external thread on which an inner thread of the outer body is rotatably screwed. The Axialverriegelungselement and / or the intermediate element can be secured by a rotary locking element against rotation with respect to the Axialführungselement. Alternatively, the intermediate element may comprise anti-rotation elements for engaging the drill pipe.

Für eine automatische oder zumindest halbautomatische Verbindung der Verbindungsvorrichtung mit einem Bohrrohr ist vorgesehen, dass der Außenkörper mittels eines Motors und optional eines Getriebes drehbar ist, wobei die Verbindungsvorrichtung vorzugsweise mit Aktuatoren zur automatischen Zufuhr zum und Wegfuhr vom Bohrrohr ausgestattet ist.For an automatic or at least semi-automatic connection of the connecting device with a drill pipe is provided that the outer body is rotatable by means of a motor and optionally a gear, wherein the connecting device is preferably equipped with actuators for automatic supply to and removal from the drill pipe.

Aus Sicherheitsgründen wird weiters ein Kontaktdetektorschalter vorgeschlagen, der detektiert, ob die elektrischen Anschlüsse der Verbindungsvorrichtung mit den elektrischen Anschlüssen des Bohrrohrs in Kontakt sind.For safety reasons, a contact detector switch is further proposed, which detects whether the electrical connections of the connecting device with the electrical connections of the drill pipe in contact.

Um zu verhindern, dass sich die elektrischen Leitungen zu sehr verwinden und dadurch brechen oder ihre Isolierung beschädigt wird, sieht die Erfindung auch vor, dass die zumindest eine elektrische Leitung mittels einer Drehausgleichsvorrichtung in einem Kabelstrang aus der Verbindungsvorrichtung herausgeführt ist.In order to prevent that the electrical lines too much twist and break or their insulation is damaged, the invention also provides that the at least one electrical line is led out by means of a Drehausgleichsvorrichtung in a harness from the connecting device.

Um beispielsweise an gelagerten Bohrrohren Messungen durchzuführen, ist es zweckmäßig, die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung als Handgerät auszubilden, wobei an die zumindest eine elektrische Daten- und/oder Versorgungsleitung zumindest ein Gerät zum Ein- und Ausspeisen von Daten-, Status- und/oder Prüfsignalen und zur Auswertung von ausgespeisten Signalen angeschlossen ist, wobei das Gerät vorzugsweise ein Benutzerinterface aufweist.In order to carry out measurements on mounted drill pipes, for example, it is expedient to design the connection device according to the invention as a handheld device, wherein at least one device for inputting and outputting data, status and / or test signals and at least one electrical data and / or supply line for the evaluation of output signals is connected, the device preferably has a user interface.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

  • Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Bohranlage mit einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung.
  • Fig. 2 zeigt die Verbindung der Verbindungsvorrichtung 2 mit einem Drehverbinderkörper und einem verdrahteten Bohrrohr.
  • Fig. 3 und Fig. 4 zeigen eine Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung in perspektivischer Darstellung, jeweils teilweise aufgeschnitten.
  • Fig. 5 zeigt eine Anordnung aus einem Axialverriegelungselement und einem Zwischenelement in der Verbindungsvorrichtung.
  • Fig. 6 bis Fig. 11 erläutern den Vorgang des Verbindens der Verbindungsvorrichtung mit dem Bohrrohr.
  • Fig. 12 und Fig. 13 erläutern den Vorgang des Lösens der Verbindung der Verbindungsvorrichtung mit dem Bohrrohr.
  • Fig. 14 zeigt eine Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung mit einem motorischen Antrieb.
  • Fig. 15 zeigt eine Ausrüstung der Verbindungsvorrichtung mit Geräten zur automatischen Platzierung.
The invention will now be explained in more detail by means of embodiments with reference to the drawings.
  • Fig. 1 shows a section of a drilling rig with a connecting device according to the invention.
  • Fig. 2 shows the connection of the connecting device 2 with a rotary connector body and a wired drill pipe.
  • Fig. 3 and Fig. 4 show an embodiment of the connecting device in a perspective view, each partially cut away.
  • Fig. 5 shows an arrangement of an Axialverriegelungselement and an intermediate element in the connecting device.
  • Fig. 6 to Fig. 11 explain the process of connecting the connection device to the drill pipe.
  • FIGS. 12 and 13 explain the process of releasing the connection of the connecting device with the drill pipe.
  • Fig. 14 shows an embodiment of the connecting device with a motor drive.
  • Fig. 15 shows an equipment of the connection device with automatic placement devices.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Bohranlage für Erdöl-, Erdgas- oder Geothermiebohrungen, bei der am verkabelten Bohrstrang angeordnete Messeinheiten über die Verkabelung mit elektrischer Energie und Steuersignalen versorgt werden und von den Messeinheiten über den verkabelten Bohrstrang Daten an Übertag befindliche Steuerungs- und Auswertegeräte geschickt werden. Die Datenübertragung findet auch statt, wenn kein Bohrvorgang durchgeführt wird, sondern, wie hier dargestellt, das Bohrgestänge ausgebaut (Trip-out) oder durch Zusammensetzen von Rohren eingebaut (Trip-in) wird. In Fig. 1 erkennt man einen Greifer 1, der das oberste verkabelte Bohrrohr 6 eines verkabelten Bohrgestänges hält. Das obere Ende, das sogenannte "Box-End", des verkabelten Bohrrohrs 6 ist mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 zum Verbinden von elektrischen Daten- und/oder Versorgungsleitungen, die in einem flexiblen Kabelstrang 18 angeordnet sind, mit elektrischen Anschlüssen des verdrahteten Bohrrohrs 6 verbunden. Das verdrahtete Bohrrohr 6 ist vorzugsweise ein Bohrrohr mit einem in WO 2010/141969 A2 beschriebenen Verbindungselement. Der flexible Kabelstrang 18 mündet in ein Kabelgehäuse 5, das an einem Drehverbinderkörper 3 fixiert ist. Vom Kabelgehäuse 5 führen die elektrischen Leitungen in einen verkabelten Montagekörper 4 weiter, von wo aus sie zu entfernt von der Bohranlage befindlichen Steuerungs-, Auswertungs- und Energieversorgungsgeräten weiterlaufen. Durch diese Anordnung ist es möglich, im Bohrstrang befindliche elektrische Schaltungen zu steuern und mit Energie zu versorgen. Während des Bohrbetriebs der Bohranlage wird die Verbindungsvorrichtung 2 in einer Halterung 11 geparkt, so dass sie weder den Bohrbetrieb stört, noch beschädigt werden kann, bei nachfolgenden Tripping-Operationen aber sofort wieder zur Verfügung steht. Während des Bohrbetriebs ist der verkabelte Montagekörper 4 direkt mit dem verkabelten Bohrrohr 6 verbunden. Fig. 1 shows a section of a drilling rig for oil, gas or Geothermiebohrungen in which arranged on the wired drill string measuring units are supplied via the wiring with electrical energy and control signals and sent by the measuring units on the wired drill string data to Overnight control and evaluation devices. The data transfer also takes place when no drilling operation is carried out, but, as shown here, the drill pipe is removed (trip-out) or installed by assembling pipes (trip-in). In Fig. 1 one recognizes a gripper 1, which holds the uppermost cabled drill pipe 6 of a wired drill pipe. The upper end, the so-called "box end", of the cabled drill pipe 6 is connected to electrical apparatus of the wired drill pipe 6 with a device 2 according to the invention for connecting electrical data and / or supply lines, which are arranged in a flexible cable harness 18 , The wired drill pipe 6 is preferably a drill pipe with a in WO 2010/141969 A2 described connection element. The flexible wire harness 18 opens into a cable housing 5, the a rotary connector body 3 is fixed. From the cable housing 5, the electrical leads continue in a wired mounting body 4, from where they continue to run away from the drilling control, evaluation and power supply equipment. By this arrangement, it is possible to control electrical circuits located in the drill string and to supply them with energy. During the drilling operation of the drilling rig, the connecting device 2 is parked in a holder 11, so that it neither disturbs the drilling operation nor can be damaged, but is immediately available again during subsequent tripping operations. During the drilling operation, the wired mounting body 4 is directly connected to the wired drill pipe 6.

Fig. 2 zeigt die Verbindung der Verbindungsvorrichtung 2 mit einem Drehverbinderkörper 3 und dem verdrahteten Bohrrohr 6 in Vergrößerung. Der Drehverbinderkörper 3 ist mittels Schrauben 21 auf einer geteilten Buchse 13 montiert, die am verkabelten Montagekörper 4 mittels Rohrschellen 12 festgehalten wird. Ein elektrisches Kabel 16 ist für die Verbindung des Drehverbinderkörpers 3 mit dem verdrahteten Bohrstrang während des Bohrbetriebs zwischen der geteilten Buchse 6 hindurchgeführt. Oberhalb des elektrischen Drehverbinderkörpers 3 ist eine Kabelgehäuselagerung 9 drehbar auf der geteilten Buchse 13 montiert. Ein Synchronisierungselement 14 verbindet die Kabelgehäuselagerung 9 und den Drehverbinderkörper 3 drehfest in Bezug aufeinander, so dass sie sich nur gemeinsam relativ zum verkabelten Montagekörper 4 drehen können. Von der Kabelgehäuselagerung 9 erstreckt sich ein stabförmiger Halter 10 radial nach außen. Am Halter 10 sind die Halterung 11 für die Verbindungsvorrichtung 2 und das Kabelgehäuse 5 fixiert. Eine elektrische Eingangsleitung 23 und eine elektrische Ausgangsleitung 17 führen über ein nicht dargestelltes Schleifringensemble im Inneren des Drehverbinderkörpers 3 aus dem Drehverbinderkörper 3 heraus in das Kabelgehäuse 5 hinein und von dort in den flexiblen Kabelstrang 18, der mittels Steckverbinder 15 an das Kabelgehäuse 5 angeschlossen ist. Die elektrische Eingangsleitung 23 und die elektrische Ausgangsleitung 17 stehen während der Umbauarbeiten (Tripping-Operationen) über die Verbindungsvorrichtung 2 mit dem verdrahteten Bohrrohr 6 in galvanischer Verbindung. Während der Umbauarbeiten ist das Ende des verkabelten Montagekörpers 4 mit einer Schutzkappe 26 geschützt. Damit sich der flexible Kabelstrang 18 bei Benutzung der Verbindungsvorrichtung 2 nicht verdrillt, mündet der flexible Kabelstrang 18 mittels eines Steckverbinders 41 in einer Drehausgleichsvorrichtung 8 der Verbindungsvorrichtung 2. Fig. 2 shows the connection of the connecting device 2 with a rotary connector body 3 and the wired drill pipe 6 in magnification. The rotary connector body 3 is mounted by means of screws 21 on a split sleeve 13 which is held on the wiring mounting body 4 by means of pipe clamps 12. An electrical cable 16 is passed between the split sleeve 6 for connection of the rotary connector body 3 to the wired drill string during drilling operation. Above the electric rotary connector body 3, a cable housing bearing 9 is rotatably mounted on the split sleeve 13. A synchronizing member 14 rotatably connects the cable housing support 9 and the rotary connector body 3 with respect to each other so that they can only rotate together relative to the wired mounting body 4. From the cable housing mounting 9, a rod-shaped holder 10 extends radially outward. On the holder 10, the holder 11 for the connecting device 2 and the cable housing 5 are fixed. An electrical input line 23 and an electrical output line 17 lead via an unillustrated slip ring ensemble inside the rotary connector body 3 out of the rotary connector body 3 out into the cable housing 5 and from there into the flexible cable harness 18 which is connected by means of connectors 15 to the cable housing 5. The electrical input line 23 and the electrical output line 17 are during the conversion work (tripping operations) via the connecting device 2 with the wired drill pipe 6 in electrical connection. During the renovation work, the end of the wired mounting body 4 is protected with a protective cap 26. So that the flexible wire harness 18 does not twist when using the connecting device 2, the flexible wire harness 18 opens by means of a connector 41 in a Dreeschlgleichsvorrichtung 8 of the connecting device. 2

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen eine Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung 2 in perspektivischer Darstellung, jeweils teilweise aufgeschnitten. Die Verbindungsvorrichtung 2 weist einen im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Außenkörper 31 auf, von dem sich zur leichteren Handhabung ein Axialgriff 39 zur manuellen Axialführung der Verbindungsvorrichtung 2 beim Einführen in das Bohrrohr und drei Drehgriffe 38 zur manuellen Drehung des Außenköpers 31 erstrecken. Der Außenkörper 31 ist so konfiguriert, dass er Schutz gegen das Eindringen von Bohr-Mud bietet, und er ist auch explosionsgeschützt konstruiert. Weiters erstreckt sich vom Außenkörper 31 in drehbarer Weise die bereits oben erklärte Drehausgleichsvorrichtung 8, an der der Steckverbinder 41 zu sehen ist. An der vorderen, dem Bohrrohr zugewandten Stirnfläche des Außenkörpers 31 ist ein Kontaktdetektorschalter 25 angeordnet (siehe insbesondere Detail D in Fig. 4), der detektiert, ob die elektrischen Anschlüsse 35 der Verbindungsvorrichtung 2 mit den elektrischen Anschlüssen des Bohrrohrs in Kontakt gebracht worden sind. Die elektrischen Anschlüsse 35 können als Standard-Elektrobuchsen ausgeführt sein, die in der vorderen Stirnfläche des Außenkörpers 31 münden, und die elektrischen Anschlüsse des Bohrrohrs erstrecken sich axial in Form von Kontaktstiften. Von den elektrischen Anschlüssen 35 verlaufen elektrische Leitungen 42 durch das Innere der Verbindungsvorrichtung 2 zum Steckverbinder 41. Innerhalb des Außenkörpers 31 sind in koaxialer Ausrichtung zu diesem von außen nach innen ein Zwischenelement 34, ein Axialverriegelungselement 33 in Form einer Klemmhülse und ein Axialführungselement 32 angeordnet. Fig. 3 and Fig. 4 show an embodiment of the connecting device 2 in a perspective view, each partially cut away. The connecting device 2 has a substantially frusto-conical outer body 31, from which to easier handling an axial handle 39 for manual axial guidance of the connecting device 2 when inserted into the drill pipe and three rotary handles 38 for manual rotation of the Außenköpers 31 extend. The outer body 31 is configured to provide protection against the penetration of drilling mud, and it is also designed to be explosion proof. Furthermore, the above-explained rotary balance device 8, on which the plug connector 41 can be seen, extends in a rotatable manner from the outer body 31. At the front, the drill pipe facing end face of the outer body 31, a contact detector switch 25 is arranged (see in particular detail D in Fig. 4 ), which detects whether the electrical connections 35 of the connection device 2 have been brought into contact with the electrical connections of the drill pipe. The electrical connections 35 may be implemented as standard electrical sockets opening in the front end surface of the outer body 31, and the electrical connections of the drill pipe extend axially in the form of contact pins. Of the electrical terminals 35 electrical lines 42 extend through the interior of the connecting device 2 to the connector 41. Within the outer body 31 are arranged in coaxial alignment with this from outside to inside an intermediate element 34, an axial locking element 33 in the form of a clamping sleeve and an axial guide element 32.

Das Axialverriegelungselement 33 dient dazu, die Verbindungsvorrichtung 2 in Axialrichtung im Bohrrohr zu fixieren. Zu diesem Zweck sind das Axialführungselement 32 und das Axialverriegelungselement 33 relativ zueinander zwischen einer Axialverriegelungsstellung und einer Freigabestellung axial verlagerbar, wobei das Axialverriegelungselement 33 in seinem vorderen Bereich in eine Vielzahl von elastisch radial beweglichen Zungen 33b unterteilt ist, die an ihren freien Enden Vorsprünge 33a zum Ineinandergreifen mit dem Bohrrohr aufweisen. In der Axialverriegelungsstellung sind die Zungen 33b radial ausgefahren, in der Freigabestellung radial eingezogen, wie weiter unten im Detail erläutert wird. Das Axialführungselement 32 weist zwei durch einen stegförmigen Abschnitt 32b voneinander getrennte Vertiefungen in Form von Umfangsnuten 32a, 32c auf, die in zwei unterschiedlichen Freigabestellungen die Vorsprünge 33a des Axialverriegelungselements 33 aufnehmen.The Axialverriegelungselement 33 serves to fix the connecting device 2 in the axial direction in the drill pipe. For this purpose, the axial guide member 32 and the Axialverriegelungselement 33 are axially displaceable relative to each other between an Axialverriegelungsstellung and a release position, wherein the Axialverriegelungselement 33 is divided in its front region into a plurality of elastically radially movable tongues 33 b, the projections 33 a at their free ends Have mesh with the drill pipe. In the axial locking position, the tongues 33b are radially extended, radially retracted in the release position, as will be explained in detail below. The axial guide element 32 has two recesses, which are separated from one another by a web-shaped section 32b, in the form of circumferential grooves 32a, 32c which receive the projections 33a of the axial locking element 33 in two different release positions.

Das Axialverriegelungselement 33 ist in Bezug auf das Zwischenelement 34 axial starr montiert, so dass die Axialbewegung des Axialverriegelungselements 33 und des Zwischenelements 34 gemeinsam erfolgen, wodurch das Zwischenelement 34 nicht die radiale Bewegung der Zungen 33b behindern kann. Mittels eines Sägezahngewindes 37, umfassend ein Außengewinde 34c auf der Umfangsfläche des Zwischenelements 34 und ein Innengewinde 31a auf der Innenfläche des Außenkörpers 31, sind das Zwischenelement 34 und der Außenkörper 31 so miteinander verbunden, dass das Zwischenelement 34, das Axialverriegelungselement 33 und der Außenkörper 31 gemeinsam axial in Bezug auf das Axialführungselement 32 bewegt werden, wenn der Außenkörper 31 axial bewegt wird. Bei einer Drehbewegung des Außenkörpers 31 in Bezug auf das Axialverriegelungselement 33 ist der Außenkörper 31 jedoch axial in Bezug auf das Axialverriegelungselement 33 beweglich. Mittels zweier Federn 36 wird die Anordnung aus Zwischenelement 34, Axialverriegelungselement 33 und Außenkörper 31 in eine solche axiale Stellung gegenüber dem Axialführungselement 32 vorgespannt, dass sich die Verbindungsvorrichtung 2 in der Verriegelungsstellung befindet, in der die Vorsprünge 33a des Axialverriegelungselements 33 auf dem Stegabschnitt 32b des Axialführungselements 32 aufliegen. Die beiden Federn 36 üben von entgegengesetzten Richtungen jeweils gleiche Federkräfte aus, wodurch sich ein Kräftegleichgewicht einstellt, das die relative Axialstellung ergibt.The axial locking member 33 is axially rigidly mounted with respect to the intermediate member 34, so that the axial movement of the Axialverriegelungselements 33 and the intermediate member 34 are made together, whereby the intermediate member 34 can not hinder the radial movement of the tongues 33 b. By means of a Sägezahngewindes 37, comprising an external thread 34 c on the peripheral surface of the intermediate member 34 and an internal thread 31 a on the inner surface of the outer body 31, the intermediate element 34 are and the outer body 31 are connected to each other so that the intermediate member 34, the Axialverriegelungselement 33 and the outer body 31 are moved together axially with respect to the Axialführungselement 32 when the outer body 31 is moved axially. However, in a rotational movement of the outer body 31 with respect to the Axialverriegelungselement 33, the outer body 31 is axially movable relative to the Axialverriegelungselement 33. By means of two springs 36, the assembly of intermediate member 34, Axialverriegelungselement 33 and outer body 31 is biased in such axial position relative to the Axialungsführungselement 32 that the connecting device 2 is in the locking position in which the projections 33 a of the Axialverriegelungselements 33 on the web portion 32 b of Axialführungselements 32 rest. The two springs 36 exert from opposite directions in each case the same spring forces, whereby an equilibrium of forces is established, which results in the relative axial position.

Das Zwischenelement 34 dient zur radialen Fixierung der Verbindungsvorrichtung 2 im Bohrrohr. Dazu weist das Zwischenelement 34 an seiner vorderen Stirnfläche eine Abfolge an Vorsprüngen 34a und Vertiefungen 34b auf, die mit gegengleich geformten Vertiefungen und Vorsprüngen einer Schutzhülse im Bohrrohr ineinandergreifen. Um zu verhindern, dass sich das Axialverriegelungselement 33 und das Zwischenelement 34 in Bezug auf das Axialführungselement 32 verdrehen, ist ein Drehblockierstift 43 vorgesehen. Durch diese Konstruktion sind im Verbindungszustand zwischen der Verbindungsvorrichtung 2 und dem Bohrrohr das Axialverriegelungselement 33 und das Zwischenelement 34 radial und axial in Bezug auf das Bohrrohr fixiert.The intermediate element 34 serves for the radial fixation of the connecting device 2 in the drill pipe. For this purpose, the intermediate element 34 at its front end face on a series of projections 34a and recesses 34b, which engage with counter-shaped recesses and projections of a protective sleeve in the drill pipe. In order to prevent the axial lock member 33 and the intermediate member 34 from rotating with respect to the axial guide member 32, a rotation lock pin 43 is provided. By this construction, in the connection state between the connection device 2 and the drill pipe, the axial lock member 33 and the intermediate member 34 are fixed radially and axially with respect to the drill pipe.

Fig. 5 zeigt die Anordnung aus Axialverriegelungselement 33 und Zwischenelement 34. In dieser Figur sind die Vielzahl an Zungen 33b mit Vorsprüngen 33a des Axialverriegelungselements 33 und die stirnseitigen Vorsprünge 34a und Vertiefungen 34b des Zwischenelements 34 besonders gut zu sehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist das Außengewinde 34c an der Außenfläche des Zwischenelements 34 zeichnerisch nicht dargestellt, aber durch das Bezugszeichen 34c symbolisiert. Fig. 5 shows the arrangement of Axialverriegelungselement 33 and intermediate member 34. In this figure, the plurality of tongues 33b with projections 33a of the Axialverriegelungselements 33 and the front projections 34a and recesses 34b of the intermediate member 34 are particularly well visible. For the sake of clarity, the external thread 34c on the outer surface of the intermediate element 34 is not shown in the drawing, but symbolized by the reference numeral 34c.

Nachfolgend wird anhand der Figuren 6 bis 11 der Vorgang des Verbindens der Verbindungsvorrichtung 2 mit dem Bohrrohr 6 und anhand der Figuren 12 und 13 das anschließende Lösen dieser Verbindung erklärt. Fig. 6 zeigt das anfängliche Einführen des Außenkörpers 31 in einen konischen Aufnahmeraum 71 des Box-End 70 des verdrahteten Bohrrohrs 6, wobei das Detail A eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts von Fig. 11 zeigt. Das Bohrrohr 6 weist elektrische Anschlüsse 73 (Stifte) zur galvanischen Verbindung mit den elektrischen Anschlüssen 35 (Buchsen) der Verbindungsvorrichtung 2 auf. Im Box-End 70 ist ein hülsenförmiges Verbindungselement 72 angeordnet, das eine der Verbindungsvorrichtung 2 zugewandte ringförmige Nase 72a, eine hinter der Nase 72a ausgebildete ringförmige Vertiefung 72b sowie eine konische Zentrierfläche 72c aufweist. Beim axialen Einführen der Verbindungsvorrichtung 2 unter Zuhilfenahme des Axialgriffs 39 wird das verjüngte vordere Ende des Axialführungselements 2 durch die Zentrierfläche 72 axial zentriert. Durch die oben erläuterte Vorspannung mittels der Federn 36 (siehe z.B. Fig. 4) befindet sich die Verbindungsvorrichtung 2 in der Verriegelungsstellung, in der die Vorsprünge 33a des Axialverriegelungselements 33 auf dem stegförmigen Abschnitt 32b des Axialführungselements 32 aufliegen. Dadurch stoßen die Vorsprünge 33a beim Einführen der Verbindungsvorrichtung 2 gegen die Nase 72a des Verbindungselements 72 des Bohrrohrs 6 an, wodurch die weitere axiale Bewegung des Axialverriegelungselements 33 zunächst verhindert wird. Sehr wohl kann sich aber das Axialführungselement 32 weiter in axialer Richtung in das Bohrrohr 6 hineinbewegen, wodurch sich der stegförmige Abschnitt 32b des Axialführungselements 32 von den Vorsprüngen 33a wegbewegt und stattdessen die zweite Umfangsnut 32c des Axialführungselements 32 in Ausrichtung mit den Vorsprüngen 33a gelangt, siehe Fig. 7. Die Umfangsnut 32c bietet der Zunge 33b mit ihren Vorsprüngen 33a den notwendigen Freiraum für eine elastische radiale Bewegung nach innen, indem die Nase 72a die Vorsprünge 33a nach innen drückt, siehe Fig. 8. Dadurch kann sich das Axialverriegelungselement 33 weiter axial vorwärts bewegen, wobei die Vorsprünge 33a unter der Nase 72a hindurchgleiten und in die Vertiefung 72b des Verbindungselements 72 gelangen. Die Vertiefung 72b bietet einen Freiraum für die Vorsprünge 33a, wodurch sich die Zungen 33b wieder in ihre radiale Ausgangsstellung zurückbewegen können, siehe Fig. 9. Wenn nun die axiale Einführungsbewegung des Verbindungselements 2 aufhört, so bewegt sich aufgrund der Vorspannung durch die Federn 36 das Axialführungselement 32 etwas zurück in seine Gleichgewichtsstellung, in der wieder der stegförmige Abschnitt 32b ein Widerlager für die Vorsprünge 33a darstellt, so dass diese an einer radialen Bewegung nach innen gehindert werden, wodurch die Verriegelungsstellung eingenommen wird, siehe Fig. 10.The following is based on the FIGS. 6 to 11 the process of connecting the connecting device 2 with the drill pipe 6 and on the basis of FIGS. 12 and 13 the subsequent release of this connection explained. Fig. 6 shows the initial insertion of the outer body 31 in a conical receiving space 71 of the box end 70 of the wired drill pipe 6, wherein the detail A is an enlarged view of a section of Fig. 11 shows. The drill pipe 6 has electrical connections 73 (pins) for electrical connection to the electrical connections 35 (sockets) of the connection device 2. In the box-end 70, a sleeve-shaped connecting element 72 is arranged, which has an annular projection 72a facing the connecting device 2, an annular recess 72b formed behind the nose 72a, and a conical centering surface 72c. During axial insertion of the connecting device 2 with the aid of the axial handle 39, the tapered front end of the axial guide element 2 is axially centered by the centering surface 72. By the above-described bias by means of the springs 36 (see, eg Fig. 4 ), the connecting device 2 is in the locking position, in which the projections 33a of the Axialverriegelungselements 33 rest on the web-shaped portion 32b of the Axialführungselements 32. As a result, when the connecting device 2 is inserted, the projections 33a abut against the nose 72a of the connecting element 72 of the drill pipe 6, whereby the further axial movement of the axial locking element 33 is initially prevented. However, the axial guide element 32 can very well continue to move into the drill pipe 6 in the axial direction, whereby the web-shaped section 32b of the axial guide element 32 moves away from the projections 33a and instead the second circumferential groove 32c of the axial guide element 32 comes into alignment with the projections 33a, see FIG Fig. 7 , The circumferential groove 32c provides the tongue 33b with its projections 33a with the necessary clearance for an elastic radial movement inwards, in that the nose 72a pushes the projections 33a inwardly, see Fig. 8 , Thereby, the Axialverriegelungselement 33 can continue to move axially forward, wherein the projections 33a slide under the nose 72a and pass into the recess 72b of the connecting element 72. The recess 72b provides clearance for the projections 33a, allowing the tabs 33b to move back to their initial radial position, see FIG Fig. 9 , Now, if the axial insertion movement of the connecting element 2 stops, so moves due to the bias of the springs 36, the axial guide member 32 slightly back to its equilibrium position in which again the web-shaped portion 32b is an abutment for the projections 33a, so that they at a radial Movement be prevented inward, whereby the locking position is taken, see Fig. 10 ,

Nun wird mittels der Drehgriffe 38 der Außenkörper 31 der Verbindungsvorrichtung 2 gedreht, so dass die elektrischen Anschlüsse 35 (Buchse) der Verbindungsvorrichtung 2 mit den elektrischen Anschlüssen 73 (elektrische Kontaktstifte) des Bohrrohrs 6 axial in Ausrichtung gelangen, siehe Fig. 11 und Detail A von Fig. 11. Die Fixierung des Außenkörpers 31 in seiner Axialposition (gegen den Federdruck von Druckplatten im Inneren des Bohrrohrs 6) wird mittels des Sägezahngewindes 37 vorgenommen. Diese Position mit galvanisch verbundenen elektrischen Anschlüssen 35, 73 stellt die Arbeitsposition der Verbindung des Verbindungselements 2 mit dem Bohrrohr 6 während der Umbauarbeiten dar.Now, the outer body 31 of the connecting device 2 is rotated by means of the rotary handles 38, so that the electrical connections 35 (socket) of the connecting device 2 with the electrical connections 73 (electrical contact pins) of the drill pipe 6 axially in alignment, see Fig. 11 and detail A of Fig. 11 , The fixation of the outer body 31 in its axial position (against the spring pressure of pressure plates in the interior of the drill pipe 6) is made by means of the Sägezahngewindes 37. This position with galvanically connected electrical terminals 35, 73 represents the Working position of the connection of the connecting element 2 with the drill pipe 6 during the conversion work.

Um die Verbindung zwischen dem Bohrrohr 6 und der Verbindungsvorrichtung 2 zu lösen, werden die oben beschriebenen Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge vorgenommen. Das heißt, dass zunächst durch Drehung des Außenkörpers 31 in die Gegenrichtung seine axiale Fixierung gelöst werden muss. Durch die Lösung der axialen Fixierung des Außenkörpers erfolgt eine Unterbrechung des galvanischen Kontakts der elektrischen Anschlüsse 35, 73. Durch Ziehen am Axialgriff 39 bewegt sich das Axialführungselement 32 axial in Bezug auf das Axialverriegelungselement 33 nach außen, da das Axialverriegelungselement 33 an einer Axialbewegung gehindert ist, weil seine Vorsprünge 33a gegen die Nase 72a des Verbindungselements 72 des Bohrrohrs stoßen. Durch die Relativverlagerung zwischen Axialführungselement 32 und Axialverriegelungselement 33 gelangt die erste Umfangsnut 32a des Axialführungselements 32 in Ausrichtung mit den Vorsprüngen 33a des Axialverriegelungselements 33, siehe Fig. 12. Jetzt können die Vorsprünge 33a von der Nase 72 radial nach innen in die Umfangsnut 32a gedrückt werden, siehe Fig. 13, wodurch sich die Verriegelung des Axialverriegelungselements 33 löst und dieses ebenfalls ungehindert axial nach außen bewegt werden kann.In order to release the connection between the drill pipe 6 and the connecting device 2, the above-described operations are performed in reverse order. This means that first of all by rotation of the outer body 31 in the opposite direction its axial fixation must be solved. By solving the axial fixing of the outer body, the galvanic contact of the electrical terminals 35, 73 is interrupted. By pulling on the axial handle 39, the axial guide member 32 moves axially outward with respect to the axial locking member 33, since the axial locking member 33 is prevented from axial movement because its projections 33a abut against the nose 72a of the connecting element 72 of the drill pipe. Due to the relative displacement between Axialführungselement 32 and Axialverriegelungselement 33, the first circumferential groove 32a of the Axialführungselements 32 comes into alignment with the projections 33a of the Axialverriegelungselements 33, see Fig. 12 , Now, the projections 33a can be pressed by the nose 72 radially inwardly into the circumferential groove 32a, see Fig. 13 , whereby the locking of the Axialverriegelungselements 33 dissolves and this can also be freely moved axially outward.

Die bisher beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung 2 ist für die manuelle Bedienung durch Bedienpersonal an der Bohranlage vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, die Verbindungsvorrichtung 2 für den halbautomatischen oder vollautomatischen Betrieb auszurüsten.The previously described embodiment of the connecting device 2 according to the invention is intended for manual operation by operating personnel on the drilling rig. However, it is also possible to equip the connecting device 2 for semi-automatic or fully automatic operation.

Fig. 14 zeigt eine Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung 2, die mit einem motorischen Antrieb zur Drehung des Außenkörpers 31 versehen ist. Ein Motor 53 dreht den Außenkörper 31 in Bezug auf das Axialführungselement 32 über ein Getriebe, umfassend ein Ritzel 51 an der Antriebswelle des Motors 53 und einen Zahnkranz 52 auf der Außenfläche des Außenkörpers 31. Mittels Axialantrieben 50, die z.B. als hydraulische oder pneumatische Zylinder-Kolben-Systeme oder als Gewindespindeln realisiert sind, wird die axiale Bewegung des Außenkörpers 31 in Bezug auf das Axialführungselement 32 gesteuert. Die Antriebe 50 sitzen auf einer Drehausgleichsvorrichtung 40, an der auch der Steckverbinder 41 befestigt ist. Auch bei dieser Ausführungsform ist ein elektrischer Detektorschalter 54 vorgesehen, der detektiert, ob der Außenkörper 31 in eine korrekte Winkelausrichtung zum Bohrrohr gedreht wurde, in der eine galvanische Verbindung zwischen den elektrischen Anschlüssen der Verbindungsvorrichtung und des Bohrrohrs stattfindet. In dieser korrekten Winkelausrichtung erfolgt die finale Fixierung des Außenkörpers 31 durch die Axialantriebe 50. Fig. 14 shows an embodiment of the connecting device 2, which is provided with a motor drive for rotating the outer body 31. A motor 53 rotates the outer body 31 with respect to the axial guide member 32 via a gear comprising a pinion 51 on the drive shaft of the motor 53 and a ring gear 52 on the outer surface of the outer body 31. By means of axial drives 50, for example as hydraulic or pneumatic cylinder Piston systems or are realized as threaded spindles, the axial movement of the outer body 31 is controlled with respect to the axial guide element 32. The drives 50 are seated on a rotary balance device 40, to which the connector 41 is attached. Also in this embodiment, an electrical detector switch 54 is provided which detects whether the outer body 31 has been rotated in a correct angular orientation to the drill pipe, in which a galvanic connection between the electrical connections of the connecting device and the drill pipe takes place. In this correct angular orientation, the final fixing of the outer body 31 by the axial drives 50 takes place.

Fig. 15 zeigt eine Ausrüstung der Verbindungsvorrichtung 2 mit Geräten zur automatischen Platzierung der Verbindungsvorrichtung 2 am Bohrrohr 6, während es von einem Greifer 1 gehalten wird. Dazu ist die Verbindungsvorrichtung 2 in einem Gehäuse 63 untergebracht, das über Aktuatorarme 61, 62 am Halter 10 montiert ist, wobei der Halter 10 über die Kabelgehäuselagerung 9 am Drehverbinderkörper 3 fixiert ist. Vom Drehverbinderkörper 3 erstreckt sich der verkabelte Montagekörper 4. Die Aktuatorarme 61, 62 werden von Aktuatoren 60 in dreidimensionaler Bewegung zum Bohrrohr 6 zugeführt und weggeführt. Das Gehäuse 63 hat ein konisches offenes Ende, das das Aufsetzen am Bohrrohr 6 in zentrierter Ausrichtung erleichtert. Selbstverständlich können auch Abstandsmesser zur genaueren Platzierung verwendet werden. Fig. 15 shows an equipment of the connecting device 2 with devices for automatically placing the connecting device 2 on the drill pipe 6, while it is held by a gripper 1. For this purpose, the connecting device 2 is housed in a housing 63 which is mounted on the holder 10 via actuator arms 61, 62, the holder 10 being fixed on the rotary connector body 3 via the cable housing mounting 9. From the rotary connector body 3, the wired mounting body 4 extends. The actuator arms 61, 62 are fed by actuators 60 in three-dimensional motion to the drill pipe 6 and led away. The housing 63 has a conical open end that facilitates placement on the drill pipe 6 in centered alignment. Of course, distance meters can be used for more accurate placement.

Claims (17)

Vorrichtung (2) zum Verbinden von zumindest einer elektrischen Daten- und/oder Versorgungsleitung (17, 23) mit elektrischen Anschlüssen (73) eines verdrahteten Bohrrohrs (6), wenn sich das Bohrrohr nicht im aktiven Bohrbetrieb befindet, wobei die Verbindungsvorrichtung (2) umfasst: elektrische Anschlüsse (35), die mit der zumindest einen elektrischen Daten- und/oder Versorgungsleitung (17, 23) galvanisch verbunden und mit den elektrischen Anschlüssen (73) des Bohrrohrs (6) in Kontakt bringbar sind, ein in ein Aufnahmeende des Bohrrohrs (6) axial einführbares und herausziehbares Axialführungselement (32) und zumindest ein Axialverriegelungselement (33), dadurch gekennzeichnet, dass das Axialführungselement (32) und das Axialverriegelungselement (33) relativ zueinander zwischen einer Axialverriegelungsstellung und einer Freigabestellung axial verlagerbar sind, wobei in der Axialverriegelungsstellung das Axialverriegelungselement (33) zum Ineinandergreifen mit dem Bohrrohr konfiguriert ist, und wobei in der Freigabestellung der Eingriff des Axialverriegelungselements (33) in das Bohrrohr gelöst ist. Device (2) for connecting at least one electrical data and / or supply line (17, 23) to electrical connections (73) of a wired drill pipe (6) when the drill pipe is not in active drilling operation, wherein the connecting device (2) includes: electrical connections (35) which are galvanically connected to the at least one electrical data and / or supply line (17, 23) and can be brought into contact with the electrical connections (73) of the drill pipe (6), an axial guide element (32) which can be axially inserted and pulled out into a receiving end of the drill pipe (6) and at least one axial locking element (33), characterized in that the axial guide element (32) and the axial locking element (33) are axially displaceable relative to one another between an axial locking position and a release position, wherein in the axial locking position, the axial locking element (33) is configured to engage the drill pipe, and in the release position, the engagement of the axial locking element (33) in the drill pipe is released. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialverriegelungselement (33) radial beweglich ist, vorzugsweise elastisch radial beweglich ist.Connecting device according to claim 1, characterized in that the Axialverriegelungselement (33) is radially movable, preferably elastically radially movable. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialverriegelungselement (33) in der Freigabestellung radial einziehbar ist.Connecting device according to claim 2, characterized in that the Axialverriegelungselement (33) in the release position is radially retractable. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialführungselement (32) zumindest eine Vertiefung, vorzugsweise zumindest eine Umfangsnut (32a, 32c), aufweist, in die in der Freigabestellung das Axialverriegelungselement (33) radial einziehbar ist.Connecting device according to claim 3, characterized in that the axial guide element (32) at least one recess, preferably at least one circumferential groove (32a, 32c), in which in the release position, the Axialverriegelungselement (33) is radially retractable. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialführungselement (32) zwei axial voneinander beabstandete Vertiefungen, vorzugsweise Umfangsnuten (32a, 32c), aufweist, die zwei unterschiedliche Freigabestellungen definieren, wobei eine erste Freigabestellung durch relative axiale Verlagerung des Axialführungselements zum Axialverriegelungselement (33) in eine erste Richtung eingenommen wird, und eine zweite Freigabestellung durch relative axiale Verlagerung des Axialführungselements (32) zum Axialverriegelungselement (33) in die Gegenrichtung eingenommen wird.Connecting device according to claim 4, characterized in that the axial guide element (32) has two axially spaced depressions, preferably circumferential grooves (32a, 32c) defining two different release positions, wherein a first release position by relative axial displacement of the Axialführungselement to Axialverriegelungselement (33 ) is taken in a first direction, and a second release position by relative axial displacement of the Axialführungselements (32) is taken to the Axialverriegelungselement (33) in the opposite direction. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Axialverriegelungsstellung ein Abschnitt (32b) des Axialführungselements (32) ein Widerlager gegen radiales Einziehen des Axialverriegelungselements (33) bildet.Connecting device according to one of claims 2 to 5, characterized in that in the Axialverriegelungsstellung a portion (32b) of the Axialführungselements (32) forms an abutment against radial retraction of the Axialverriegelungselements (33). Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialverriegelungselement (33) Vorsprünge (33a) aufweist, die konfiguriert sind, um in der Axialverriegelungsstellung in Vertiefungen (72b) des Bohrrohrs (6) einzugreifen, oder dass das Axialverriegelungselement Vertiefungen aufweist, die konfiguriert sind, um in der Axialverriegelungsstellung in Vorsprünge des Bohrrohrs einzugreifen.Connecting device according to one of the preceding claims, characterized in that the Axialverriegelungselement (33) has projections (33 a) which are configured to engage in recesses (72 b) of the drill pipe (6) in the axial locking position, or in that the Axialverriegelungselement has depressions, the are configured to engage in protrusions of the drill pipe in the Axialverriegelungsstellung. Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialverriegelungselement (33) als Klemmhülse ausgebildet ist, die das Axialführungselement (32) umgibt.Connecting device according to one of the preceding claims, characterized in that the Axialverriegelungselement (33) is designed as a clamping sleeve which surrounds the axial guide element (32). Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie, vorzugsweise mittels Federn (36), in die Axialverriegelungsstellung vorgespannt ist.Connecting device according to one of the preceding claims, characterized in that it is biased, preferably by means of springs (36) in the Axialverriegelungsstellung. Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen drehbaren Außenkörper (31), in dem die elektrischen Anschlüsse (35) so konfiguriert sind, dass sie durch Drehbewegung des Außenkörpers (31) mit den elektrischen Anschlüssen des Bohrrohrs (6) in Kontakt bringbar sind, wobei die Verbindungsvorrichtung (2) vorzugsweise mit Drehgriffen (38) und/oder Axialgriffen (39) ausgestattet ist.Connecting device according to one of the preceding claims, characterized by a rotatable outer body (31) in which the electrical connections (35) are configured so that they can be brought into contact with the electrical connections of the drill pipe (6) by rotational movement of the outer body (31) wherein the connecting device (2) is preferably provided with rotary handles (38) and / or axial handles (39). Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkörper (31) und das Axialverriegelungselement (33) in Bezug aufeinander axial im Wesentlichen starr, aber drehbar verbunden sind, wobei die Verbindung vorzugsweise mittels eines Zwischenelements (34) realisiert ist, das axial starr mit dem Axialverriegelungselement (33) verbunden ist und an seiner Außenfläche ein Außengewinde (34c) aufweist, auf das drehbar ein Innengewinde (31a) des Außenkörpers (31) geschraubt ist.Connecting device according to claim 10, characterized in that the outer body (31) and the Axialverriegelungselement (33) are axially substantially rigidly but rotatably connected with respect to each other, wherein the connection is preferably realized by means of an intermediate member (34) axially rigid with the Axialverriegelungselement (33) is connected and on its outer surface has an external thread (34c) on which an internal thread (31a) of the outer body (31) is rotatably screwed. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialverriegelungselement (33) und/oder das Zwischenelement (34) durch ein Drehsperrelement (43) gegen Verdrehen in Bezug auf das Axialführungselement (32) gesichert ist/sind.Connecting device according to claim 11, characterized in that the Axialverriegelungselement (33) and / or the intermediate element (34) by a rotational locking element (43) against rotation with respect to the Axialführungselement (32) is secured / are. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (34) Drehsperrelemente (34a, 34b) zum Eingriff in das Bohrrohr (6) aufweist.Connecting device according to claim 11, characterized in that the intermediate element (34) has rotational locking elements (34a, 34b) for engagement in the drill pipe (6). Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkörper (31) mittels eines Motors (53) und optional eines Getriebes (51, 52) drehbar ist, wobei die Verbindungsvorrichtung (2) vorzugsweise mit Aktuatoren (60) zur automatischen Zufuhr zum und Wegfuhr vom Bohrrohr (6) ausgestattet ist.Connecting device according to one of claims 10 to 13, characterized in that the outer body (31) by means of a motor (53) and optionally a gear (51, 52) is rotatable, wherein the connecting device (2) preferably with actuators (60) for automatic Supply to and away from the drill pipe (6) is equipped. Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kontaktdetektorschalter (25, 54), der detektiert, ob die elektrischen Anschlüsse (35) der Verbindungsvorrichtung (2) mit den elektrischen Anschlüssen des Bohrrohrs (6) in Kontakt sind.Connection device according to one of the preceding claims, characterized by a contact detector switch (25, 54) which detects whether the electrical connections (35) of the connecting device (2) are in contact with the electrical connections of the drill pipe (6). Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine elektrische Leitung mittels einer Drehausgleichsvorrichtung (8, 40) in einem Kabelstrang (18) aus der Verbindungsvorrichtung (2) herausgeführt ist.Connecting device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one electrical line by means of a Drehausgleichsvorrichtung (8, 40) in a cable harness (18) led out of the connecting device (2). Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Handgerät ausgebildet ist, wobei an die zumindest eine elektrische Daten- und/oder Versorgungsleitung zumindest ein Gerät zum Ein- und Ausspeisen von Daten-, Status- und/oder Prüfsignalen und zur Auswertung von ausgespeisten Signalen angeschlossen ist, wobei das Gerät vorzugsweise ein Benutzerinterface aufweist.Connecting device according to one of the preceding claims, characterized in that it is designed as a hand-held device, wherein the at least one electrical data and / or supply line at least one device for inputting and outputting data, status and / or test signals and for evaluation connected to output signals, the device preferably having a user interface.
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