EP4361394B1 - Zwei-leiter-system für erdbohrgestängeschüsse - Google Patents

Zwei-leiter-system für erdbohrgestängeschüsse

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EP4361394B1
EP4361394B1 EP23205246.4A EP23205246A EP4361394B1 EP 4361394 B1 EP4361394 B1 EP 4361394B1 EP 23205246 A EP23205246 A EP 23205246A EP 4361394 B1 EP4361394 B1 EP 4361394B1
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EP
European Patent Office
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conductor
earth
insulation
section
conductors
Prior art date
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EP23205246.4A
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EP4361394C0 (de
EP4361394A3 (de
EP4361394A2 (de
Inventor
Tobias Klein
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Tracto Technik GmbH and Co KG
Original Assignee
Tracto Technik GmbH and Co KG
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Application filed by Tracto Technik GmbH and Co KG filed Critical Tracto Technik GmbH and Co KG
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Publication of EP4361394C0 publication Critical patent/EP4361394C0/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK 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
    • E21B17/0285—Electrical or electro-magnetic connections characterised by electrically insulating elements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK 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
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/12—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling
    • E21B47/13—Means for transmitting measuring-signals or control signals from the well to the surface, or from the surface to the well, e.g. for logging while drilling by electromagnetic energy, e.g. radio frequency

Definitions

  • the invention relates to a two-conductor system for earth drill rod sections for forming a drill string for an earth drilling device, an earth drill rod section with a two-conductor system, and an earth drill rod section system with a two-conductor system for earth drill rod sections for forming a drill string for an earth drilling device.
  • a drill head In drill-rod-based drilling in the ground using an earth drilling rig, particularly for creating so-called horizontal boreholes, a drill head is typically driven by a drive unit located at the earth's surface or in an excavation pit via a drill string.
  • the drill strings used can consist of individual, interconnected sections of drill rod, which—following the drilling path—are successively attached to and connected with the rear end of the already drilled section.
  • a disadvantage of the otherwise well-functioning conductors in the earth drill rod sections can arise from a possible short circuit, especially if drilling fluid is used during drilling or creating the earth borehole and more than one conductor is provided in the earth drill rod section.
  • the invention discloses a hollow pump rod with internally arranged electrical conductors, wherein the cable string carrying the electrical conductors preferably has cylindrical expansions with larger cross-sections at its ends, which are arranged concentrically inside the hollow pump rod and are positively connected to the rod itself by the expansions of the cable string.
  • the cable string has a tubular outer conductor and a rod-shaped inner conductor.
  • the two current-carrying conductors are insulated from each other and from the hollow pump rod by outer and inner insulation.
  • a contact plug inserted into the expanded end section of the cable string between the outer conductor and the rod-shaped conductor, serves to connect the respective adjoining hollow pump rods.
  • EP 0 860 907 A2 Disclosing a multi-conductor system with insulation, the system includes a first conductor (286, 284) and a second conductor (286, 284), each exposed at one end of the assembly in a connection direction.
  • a connecting body made of an electrically non-conductive material and individual insulation for each conductor are provided.
  • the invention was based on the objective of creating a two-conductor system for earth drill rod sections for forming a drill string for an earth drilling device, an earth drill rod section with a two-conductor system, and an earth drill rod section system with a two-conductor system for earth drill rod sections for forming a drill string for an earth drilling device, with which it is possible to form and disconnect the connection of the earth drill rod sections as easily as possible, in particular without the occurrence of a short circuit.
  • two-conductor system as used in the invention describes a system that can be arranged in a section of the auger string, which itself is designed to form a drill string for an auger.
  • the two-conductor system can have a length adapted to the auger string in which it is to be arranged.
  • the two-conductor system can be fixed at each end within the auger string. This fixing can be achieved essentially in the center of the auger string.
  • the fixing at the end of the two-conductor system within the auger string can be accomplished using centering stars.
  • the two-wire system described here can be used to upgrade an existing earth drill string, allowing the integration of a two-wire system within the drill string.
  • This system enables the use of multiple conductors (at least two) for transmitting power and/or signals over at least a section of the drill string.
  • the two-wire system offers added value to the user of a drill string-based earth drilling rig, for example, by allowing the supply of power and/or signals to units located near the drill head.
  • the availability of more than one conductor is particularly advantageous, as the two conductors can be used independently and are not limited in their application for future tasks or for units located near the drill head.
  • conductor refers to an electrically conductive conductor.
  • two-conductor refers to a system containing at least two conductors. It may also be specified that the two-conductor system contains exactly two conductors.
  • drill rod section encompasses individual, particularly rigid, drill rod sections that can be directly or indirectly connected to one another to form a drill string or drill string in the longitudinal axial direction.
  • the drill rod sections can be connected by inserting or screwing them together with or without an intermediate element. Combinations of inserting and screwing the drill rod sections together are also possible.
  • the connection of the drill rod sections can be achieved, in particular, by screwing or inserting one end of one drill rod section to the other end of another drill rod section.
  • the term "drill string” as used in this description comprises several interconnected sections of the drill string.
  • the drill string can extend longitudinally along the longitudinal axis of the drill string sections in a drill string axis that is essentially congruent with or coincides with the longitudinal axes of the drill string sections.
  • the drill string can have a drill head at one end, particularly at the front, and optionally a drill head tip, which may be designed as a drilling tool (for example, as a reaming head), or a section adjacent to the drill head, which may, in particular, have the same orientation as the drill head.
  • the drill string can have a drill head or a drill bit in the area of the drill head or a drill head.
  • the area adjacent to the drill head has a sensor section or a sensor housing in which one or more sensors can be arranged.
  • earth drilling device encompasses, for the purposes of this description, any device capable of moving a drill string, particularly one comprising sections of the drill rod, within an existing or newly created channel in the ground, in order to create or enlarge a borehole, especially a horizontal borehole (HD), or to install pipelines or other long objects in the ground.
  • the earth drilling device may, in particular, be an HD device.
  • An earth drilling device can be a device that drives a drill string and, in particular, can displace soil.
  • the drill string can be inserted into the ground translationally and/or rotationally in its longitudinal direction.
  • the drill string can be moved within the ground by the earth drilling device through tension or compression.
  • soil as used in this description encompasses any type of material, in particular earth, sand, rock, stone, and/or stone, in which existing or to be created, preferably at least partially horizontal, channels or boreholes can be installed.
  • An underground arrangement of the soil is preferred, but not mandatory.
  • insulated assembly encompasses a first conductor and a second conductor that can be handled together.
  • the first and second conductors can be handled together as a single element or as a single piece.
  • insulated indicates that the two conductors are connected in such a way that they are insulated from the outside.
  • the first and second conductors are surrounded by insulation that is arranged circumferentially around the first and/or the second conductor.
  • connection direction encompasses, in the sense of the description, a direction that expresses that a connection exists in the longitudinal axial direction of the two-conductor system, which leads away from the two-conductor system or the first and/or second conductor in the longitudinal axial direction of the two-conductor system.
  • connection direction points outwards from the end(s) of the earth drill string section.
  • One of the conductors can be circumferentially surrounded, at least partially, by both the inner and the outer insulating sleeve.
  • both the inner and the outer insulating sleeve can surround the single conductor. It may be provided that one of the insulating sleeves, in particular the outer insulating sleeve, projects beyond the other insulating sleeve, in particular the inner insulating sleeve. This projection in the longitudinal axial direction may extend away from the two-wire system and/or towards the two-wire system.
  • one of the two insulating sleeves engages the other insulating sleeve, in particular the inner insulating sleeve, in particular in a clamping manner, with respect to the longitudinal axis of the insulating sleeve(s) or the two-wire system.
  • One of the insulating sleeves, in particular the outer insulating sleeve may have a length that is at least 1.5 times, and in particular at least twice, longer than the other insulating sleeve.
  • the invention follows the core idea of providing a configuration in which at least one section of an electrical conduction path is designed differently from the prior art.
  • a section extending towards the two-conductor system is provided, connecting to the exposed end of one of the conductors. This departs from the previous consideration that the conduction path, starting from the exposed end of one conductor, must be formed in a substantially straight, forward-directed manner, essentially away from the conductor. It was recognized that, in order to reduce short circuits between the conductors, an electrical conduction path can be provided which has at least one section extending from an exposed end of one conductor of the two-conductor system in a direction away from the adjacent end of the two-conductor system and back towards the two-conductor system.
  • the electrical conduction path by means of which the exposed end of one conductor can be directly or indirectly connected to a conductor of another two-conductor system, has a section that lies between the exposed end of the first conductor and a conductor of the second two-conductor system. This section leads away from the exposed end and the end of the two-conductor system adjacent to the exposed end, in the opposite direction when viewed along the longitudinal axis.
  • the electrical conduction path may have a "backward" portion, which includes a section that is routed back via a segment of the conductor whose exposed end is in electrical contact with the electrical conduction path.
  • sections of the conductor path of one conductor can be arranged radially "one above the other.” Two of the "one above the other” or essentially parallel sections of the one conductor, or its electrical conductor path, can be spaced apart from each other by means of insulation (which can also be the insulation of the assembly). It is possible to separate the two conductors in the earth drill string in such a way that, in particular, A short circuit is largely prevented. Short circuits between the two conductors can be effectively prevented to a large extent.
  • the invention provides a two-conductor system for earth drill strings for forming a drill string for an earth drilling device, in which the two-conductor system comprises an insulated assembly of a first conductor and a second conductor.
  • the first and second conductors are each exposed at one end of the assembly in a connection direction.
  • An electrical conduction path is formed for at least one of the conductors, extending from the exposed end of one conductor across the insulation of that conductor and/or the assembly in the opposite direction to the connection direction, and from there passing in the connection direction, insulated, past the end of one conductor.
  • the term “exposed” in this description encompasses the configuration in which access to the conductor is possible, particularly in a radial direction or at its circumference.
  • the term “exposed” thus includes the configuration in which no insulation is present on the circumference of the exposed area or end of the conductor.
  • the term "electrical conduction path” refers to a conductive section or path along which a current or signal can be carried.
  • the electrical conduction path of the at least one conductor, or the electrical conduction path extending from the exposed end of the at least one conductor can be configured such that a section of the path is separated from the conductor by insulation of the conductor and/or the composite material. This section, relative to the conductor's radial direction, is located “next to,” “above,” or “below” the conductor. With respect to the direction of connection, a section of the electrical conduction path is formed that runs counter to the direction of connection.
  • the design of the described "electrical conduction path” aims to create a “longer” conduction path than previously possible in the prior art.
  • This "longer” electrical conduction path of the single conductor can improve short-circuit performance, particularly when using drilling fluid or a drilling fluid that is guided through the drill string.
  • the assembly comprises a coaxial cable, and the two conductors are the inner and outer conductors of the coaxial cable. This allows for a A particularly simple design of a component of the two-wire system can be achieved. Coaxial cables are easy to handle and use.
  • the exposed end of one conductor is contacted by means of an electrically conductive ring located at the exposed end.
  • This ring seals the insulation of the conductor and/or the assembly by pressing an insulating sealing element onto the insulation of the conductor and/or the assembly.
  • the ring can be used not only to provide part of the electrical conduction path but also to maintain the integrity of the insulated assembly even in the presence of pressurized drilling fluid. Without a seal, the pressurized drilling fluid could penetrate under the insulation of the conductor or the assembly at the exposed end, potentially leading to the insulation detaching over time.
  • a synergistic effect can be achieved by the electrically conductive ring being able to effect both the electrical formation of the electrical conduction path and the integrity of the insulation of the individual conductor or the assembly.
  • the ring can be screwed onto or into a counterpart that surrounds the insulation of one conductor and/or the composite, resting against the outer surface of the composite.
  • the insulating sealing element, together with the ring can be pressed onto the insulation of one conductor and/or the composite by means of an axial directional component during screwing. This allows for a simple, easy-to-design, and easy-to-plan connection that may only require screwing the ring and the counterpart together.
  • a front section of the ring is surrounded by an insulating sleeve, in particular the outer insulating sleeve, in the connection direction.
  • an insulating sleeve especially the outer insulating sleeve, shields the ring in a direction corresponding to the connection direction and commonly referred to as "forward" (away from the two-conductor system) in order to create a "distance" between the conductors or the formed electrical conduction path of one conductor to the other conductor or its exposed end.
  • the insulating sleeve can, as one of possibly several elements, support the effect or formation of the "backward" electrical conduction path.
  • an electrically conductive connecting sleeve surrounds an insulating sleeve, in particular at least partially the outer insulating sleeve, and extends at least partially over the ring and/or the mating part.
  • a section of the electrical conductor path, designed for the connection direction, can be created by means of the electrically conductive connecting sleeve, which leads to the rear/backward region (into the central region of the two-conductor system), where the electrical conductor path initially extends from the exposed end of one conductor.
  • the electrical conductor path which initially extends backward from the exposed end, i.e., against the connection direction, can be guided forward again, i.e., in the connection direction, by means of the connecting sleeve.
  • the electrically conductive connecting sleeve provides an easy-to-handle, easy-to-construct, and easy-to-use element. Furthermore, a simple plug connection can be used.
  • the connecting sleeve can be slid over the ring and/or the mating part of the ring.
  • the two-wire system for earth drill string sections used to form a drill string for an earth drilling device, includes a pressure relief valve for releasing excess pressure from the two-wire system.
  • a pressure relief valve for releasing excess pressure from the two-wire system.
  • pressure relief valve refers to any valve that can open when the pressure in the two-pipe system rises above a set pressure.
  • This set pressure is essentially the pressure above the ambient pressure of the drill string. It is understood that the pressure relief valve's sealing action ensures a restoring or pre-tensioned effect between the closure or shut-off element and the sealing surface or valve seat. This means that the overpressure at which the pressure relief valve activates may be slightly higher than the ambient pressure.
  • area of the two-wire system refers to an area intended for connecting a first and/or a second electrical conductor of the two-wire system with a corresponding first and/or second electrical conductor of the two-wire system.
  • a preferred embodiment relates to creating insulation for a two-conductor system that provides improved insulation between the multiple conductors, while maintaining the ease of handling the drill string sections, particularly during assembly and disconnection.
  • This approach which initially appears contradictory, involves providing not just one insulating sleeve around one of the conductors, but two insulating sleeves around the same conductor, which have different longitudinal extensions along the length of one or the two conductors.
  • at least one section of an exposed end of one of the conductors is circumferentially surrounded by an inner and an outer insulating sleeve. This provides effective insulation for the single conductor.
  • the invention also provides an earth drill section with a two-conductor system.
  • the two-conductor system is arranged, in particular by means of at least one centering star, substantially centrally within a cavity extending along the longitudinal axis of the earth drill section.
  • the earth drill sections can be pre-assembled with the described two-conductor system.
  • the arrangement by means of at least one centering star, wherein a centering star can be provided at each end of the earth drill section also allows for easy maintenance and/or easy replacement in case of wear.
  • the invention also provides an earth drill rod system with several earth drill rod sections having a two-conductor system, wherein the earth drill rod sections can be connected to each other to form a section of a drill string.
  • At least one or more pressure relief valves can be provided at at least one end, preferably at exactly one end, of at least one drill string section, or preferably of all drill string sections of the drill string system.
  • the pressure relief valve(s) can be designed and arranged to create an overpressure relative to the ambient pressure of the drill string in the cavity of the drill string section or in the area of the two-pipe system.
  • at least one pressure relief valve at one end of the auger section may be sufficient to release excess pressure when two auger sections are connected. In particular, it can release excess pressure that may occur when two auger sections are connected.
  • the pressure relief valve can be designed as one or more closable openings in a section of the earth drill string, connecting the cavity containing the two-pipe system to the surrounding environment. These openings can extend as closable through-holes from the area of the two-pipe system or the cavity to the outside.
  • An earth drill string section can have at least one channel in its wall to form a pressure relief valve; this channel can have any configuration with regard to its direction and cross-sectional shape. Multiple channels can also be provided to form a pressure relief valve.
  • a straight channel design can be advantageous for ease of manufacture.
  • a straight design perpendicular to the longitudinal axis of the auger rod section may be preferred to allow for the shortest possible channel design, simplify manufacturing, and/or minimize the weakening of the auger rod section's integrity.
  • a curved and/or straight channel design at any angle to the longitudinal axis of the auger rod section is not excluded.
  • a round, especially circular, cross-sectional shape for the channel can simplify manufacturing, as the channel can, for example, be produced as a bore.
  • Other designs are not excluded; in particular, a cross-sectional shape that is at least partially straight is possible.
  • the opening or channel may be designed to have a (closing) closure that acts in one direction against any overpressure in the cavity or the area of the two-pipe system.
  • This closure may, for example, be flap-shaped.
  • the opening or channel may have an elastic or movable flap-shaped closure that at least partially rests against the opening or channel wall and may be pre-tensioned against it. If the pressure in the cavity or the area of the two-pipe system increases, the closure may move away from the opening or channel wall. Lift the channel wall and, after a reduction in pressure, return it to the position adjacent to the opening or the channel wall.
  • one or more closable openings or channels open into a groove on the earth drill string section, with an O-ring being arranged in the groove to close the opening(s) or channel(s). It may also be provided that the openings or channels open into separate grooves, each of which may contain an O-ring.
  • a groove with an O-ring can simplify manufacturing and design. In the event of overpressure, the O-ring can briefly (minimally) lift to relieve the overpressure and, once the pressure has subsided, return to resting in the groove on the opening, thus sealing it.
  • a pressure relief valve can be designed by providing one or more O-rings that circumferentially surround one section of the auger string and seal it against another section of the auger string (connected to the first).
  • O-rings are known in the field of hydraulic cylinders and allow pressure to be released in one direction while providing a seal in the other. When the auger string sections are connected, any resulting pressure build-up can be released. If increased external pressure acts on the connection point with the O-ring(s), the O-ring(s) seals.
  • a simple end connection between the auger sections can be provided, which may be designed as a plug-in and/or screw connection.
  • the ends of the auger sections and the ends of the two-wire system arranged within them can be aligned such that a positive connection of the two-wire system ends occurs when the ends of two auger sections are joined.
  • the auger sections can be screwed together, and during the screwing process, the two ends of the two-wire system can be connected via a plug-in connection.
  • the two-wire system is arranged, in particular by means of at least one centering star, essentially centrally within a cavity extending along the longitudinal axis of the auger section.
  • the auger sections can be pre-assembled with the described two-wire system.
  • the arrangement using at least one centering star, preferably one at each end of the auger section, also allows for easy maintenance and/or replacement in case of wear.
  • an electrical conduction path, or a section thereof, particularly with respect to the electrical conduction path for one of the conductors described in the description and which has a "backward-directed” or “directional” section can be formed via the connection between the two earth drill rod sections.
  • a section of an electrical conduction path can be present via the connection between the earth drill rod sections. Since the outer casing of the earth drill rod section is made of an electrically conductive material, such a design is advantageous because it does not require any additional elements.
  • a section of an electrical conductor path for at least one of the conductors can lead to a centering star made of electrically conductive material, which is in electrically conductive contact with the housing of the earth drill string section.
  • a section of the electrical conductor path for at least one of the conductors can be routed via the connection between the two earth drill string sections and led from the centering star of the other earth drill string section back into the conductor of the insulated assembly of the other earth drill string section.
  • a contact mechanism can be provided that electrically connects adjacent end centering stars when a connection is formed between drill string sections.
  • an electrically conductive element extending longitudinally along the drill string section can be provided on one of the centering stars, which, when the two drill string sections are connected, contacts the other centering star, which is also electrically conductive.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of the connection area between two drill rod sections 1 and 2 for drilling a borehole into the ground.
  • the drill rod sections 1 and 2 are screwed together by means of a screw connection 3.
  • Each rod section 1, 2 has a two-conductor system 4, 5, which is arranged essentially centered in the cavity of the respective rod section 1, 2.
  • the two-conductor system 4, 5 of a rod section 1, 2 is fixed by means of centering stars 6, 7, which are each inserted at one end of the rod sections 1, 2.
  • the two-conductor system 4, 5 comprises two conductors 15, 17 and 14, 16 respectively, with insulation 18 and 19 respectively between the conductors 15, 17 and 14, 16 respectively.
  • the conductor 17 and 16 surrounds the conductor 15 and 14 respectively, and further insulation 20 and 21 are present around the conductor 17 and 16 respectively.
  • the two-conductor systems 4, 5 each include a coaxial cable 12 and 13.
  • the two-wire system 5 of the in the Fig. 1 The right-hand rod section 2 has a socket 8 at its end, by means of which the inner conductor 14 of the coaxial cable 13 can be connected to the inner conductor 15 of the coaxial cable 12.
  • the inner conductor 15 of the coaxial cable 12 has a plug 9 at its end, which fits into the socket 8 of the rod section 2.
  • Fig. 1 The right linkage section 1 is inserted in a guided manner when screwing together the linkage sections 1, 2.
  • Two insulating sleeves 10 and 11 of the two-conductor system 5 are arranged around the socket 8, with insulating sleeve 10 located inside the outer insulating sleeve 11.
  • Insulating sleeve 10 forms an inner insulating sleeve
  • insulating sleeve 11 forms an outer insulating sleeve.
  • Insulating sleeve 10 projects from the socket 8, and insulating sleeve 11 overlaps insulating sleeve 10.
  • the conductors 16 and 14 of the two-conductor system 5, as well as the conductors 15 and 17, are stripped of insulation at the ends of the two-conductor system 5 and 4, respectively, and are exposed without insulation 19, 21 and 18, 20.
  • a counterpart 22, 23 is slid onto the insulation 21, 20.
  • an insulating sealing element 24, 25 is slid onto the insulation.
  • a ring 26, 27, which interacts with the counterpart 22, 23, is screwed to the counterpart 22, 23, whereby the insulating sealing element 24, 25 is pressed over a cone between the counterpart 22, 23 and the insulation 21, 20 and seals.
  • the ring 26, 27 and the counterpart 22, 23 are electrically conductive.
  • the inner conductors 14 and 15 are surrounded circumferentially by insulation 28, 29 in the front area. Conductor 14 is crimped to socket 8 at its end, while conductor 15 is crimped to plug 9.
  • an electrical conduction path oriented against the connection direction is formed, which is directed "backwards” and is guided over the insulation 21 and over the conductor 14. From the counterpart 22, the electrical conduction path is guided back in the connection direction by means of an electrically conductive connecting sleeve 30.
  • a wave spring 31 and a retaining ring 32 are provided to hold the electrically conductive connecting sleeve 30 in position.
  • the centering star 7 is in electrically conductive contact with the electrically conductive connecting sleeve 30.
  • the centering star 7 is in electrical contact with the linkage section 2, which is in electrically conductive contact with the linkage section 1.
  • An electrical connection to the conductor 17 is established via the centering star 6.
  • the further electrical conduction path leads via the counterpart 23 with the ring 27, 33.
  • An inner insulating sleeve 35 and an outer insulating sleeve 34 are arranged over the conductor 15, located in the front area.
  • the inner insulating sleeve 35 engages in a projection of the inner insulating sleeve 10, sealingly.
  • the outer insulating sleeve 34 engages in a projection of the outer insulating sleeve 11, sealingly with seals 36, 37.
  • a pressure resistance of 150 bar can be achieved.
  • FIG. 4 Figure 41, 42 shows electrical conductor paths without reference symbols, indicated by dashed lines.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Zwei-Leiter-System für Erdbohrgestängeschüsse zum Ausbilden eines Bohrstrangs für eine Erdbohrvorrichtung, einen Erdbohrgestängeschuss mit einem Zwei-Leiter-System sowie ein Erdbohrgestängeschuss-Systemmit einem Zwei-Leiter-System für Erdbohrgestängeschüsse zum Ausbilden eines Bohrstrangs für eine Erdbohrvorrichtung.
  • Bei einem Gestänge basierten Bohren im Erdreich mittels einer Erdbohrvorrichtung, insbesondere zur Herstellung von sogenannten Horizontalbohrungen, wird üblicherweise ein Bohrkopf mittels eines Bohrstrangs von einer an der Erdoberfläche oder in einer Baugrube angeordneten Antriebsvorrichtung angetrieben. Die dabei eingesetzten Bohrstränge können einzelne, miteinander verbundene Erdbohrgestängeschüsse aufweisen, die - dem Bohrverlauf entsprechend - nach und nach an das hintere Ende des bereits verbohrten Bohrstrangs angesetzt und mit diesem verbunden werden.
  • Zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern und/oder zur Übertragung von Signalen im Bohrstrang kann die Notwendigkeit bestehen, elektrische Verbindungen zwischen den einzelnen Erdbohrgestängeschüssen bereitzustellen. Hierzu ist es bekannt, einen Leiter bzw. ein Kabel zu verwenden, das im Inneren des Erdbohrgestängeschusses geführt werden kann.
  • Ein Nachteil bei den sonst bisher gut funktionierenden Leitern in den Erdbohrgestängeschüssen kann sich durch einen möglichen Kurzschluss, insbesondere wenn beim Bohren bzw. Erstellen der Erdbohrung ein Bohrfluid verwendet wird und mehr als ein Leiter im Erdbohrgestängeschuss vorgesehen ist, ergeben.
  • DE 1 178 384 B offenbart eine Hohlpumpstange mit im Innern angeordneten Stromleitern, wobei der die elektrischen Leitungen führende Kabelstrang im Bereich seiner Enden vorzugsweise zylinderförmige Ausweitungen mit größeren Querschnitten aufweist, die im Inneren der Hohlpumpstange konzentrisch angeordnet sind und mit dieser selbst durch die Ausweitungen des Kabelstranges formschlüssig verbunden ist. Der Kabelstrang besitzt einen rohrförmigen äußeren Leiter und einen stabförmigen inneren Leiter. Die beiden stromführenden Leiter wiederum sind durch eine äußere Isolierung und eine innere Isolierung voneinander und gegenüber der Hohlpumpstange abgesichert. Zur stromführenden Verbindung der jeweils anschließenden Hohlpumpstangen dient ein Kontaktstecker, der im aufgeweiteten Endteil des Kabelstrangs zwischen dem äußeren Leiter und dem stabförmigen Leiter eingeschoben ist.
  • EP 0 860 907 A2 offenbart ein Mehrleitersystem mit einer Isolierung. Es ist ein erster Leiter (286, 284) und ein zweiter Leiter (286, 284) vorhanden, die jeweils an einem Ende aus dem Verbund in einer Verbindungsrichtung exponiert sind. Ein Verbindungskörper aus einem elektrisch nichtleitenden Material und individuelle Isolierungen für jeden der Leiter sind vorgesehen.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Zwei-Leiter-System für Erdbohrgestängeschüsse zum Ausbilden eines Bohrstrangs für eine Erdbohrvorrichtung, einen Erdbohrgestängeschuss mit einem Zwei-Leiter-System sowie ein Erdbohrgestängeschuss-System mit einem Zwei-Leiter-System für Erdbohrgestängeschüsse zum Ausbilden eines Bohrstrangs für eine Erdbohrvorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. der ein möglichst problemloses, insbesondere ohne Auftreten eines Kurzschlusses, Ausbilden und Lösen der Verbindung der Erdbohrgestängeschüsse möglich ist.
  • Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Gegenstände der nebengeordneten Patentansprüche sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
  • Der Begriff "Zwei-Leiter-System" im Sinne der Erfindung beschreibt ein System, welches in einem Erdbohrgestängeschuss, der seinerseits zum Ausbilden eines Bohrstrangs für eine Erdbohrvorrichtung ausgestaltet ist, angeordnet werden kann. Das Zwei-Leiter-System kann eine an den Erdbohrgestängeschuss, in dem es angeordnet werden soll, angepasste Länge aufweisen. Endseitig kann jeweils das Zwei-Leiter-System in dem Erdbohrgestängeschuss fixiert werden. Eine Fixierung des Zwei-Leiter-Systems im Erdbohrgestängeschuss kann im Wesentlichen mittig im Erdbohrgestängeschuss erfolgen. Die Fixierung im endseitigen Bereich des Zwei-Leiter-Systems im Erdbohrgestängeschuss kann bevorzugt über Zentriersterne erfolgen.
  • Ein hier beschriebenes Zwei-Leiter-System kann verwendet werden, um einen schon bestehenden Erdbohrgestängeschuss "aufzuwerten", sodass im Erdbohrgestängeschuss ein System in Form des Zwei-Leiter-Systems angeordnet werden kann, mittels dessen mehrere, d.h. hier mindestens zwei, Leiter für die Übertragung von Strom und/oder Signalen über zumindest einen Teilabschnitt des Bohrstrangs verwendet werden kann. Dem Anwender einer Gestänge basierten Erdbohrvorrichtung kann mittels des Zwei-Leiter-Systems ein Mehrwert geboten werden, dass bspw. Einheiten im Bereich des Bohrkopfs des Bohrstrangs mit Strom und/oder Signalen versorgt werden können. Insbesondere die Zurverfügungstellung von mehr als einem Leiter bietet dem Anwender einen nicht zu unterschätzenden Mehrwert, da die beiden Leiter unabhängig voneinander genutzt und hinsichtlich ihrer Verwendung auch für zukünftige Aufgaben und/oder am Bohrkopf angeordnete Einheiten nicht beschränkt sind.
  • Der Begriff "Leiter" im Sinne der Beschreibung umfasst einen elektrisch leitfähigen Leiter. Der Begriff "Zwei-Leiter" umfasst im Sinne der Beschreibung ein System, bei dem mindestens zwei Leiter vorhanden sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass genau zwei Leiter in dem Zwei-Leiter-System vorhanden sind.
  • Der Begriff "Erdbohrgestängeschuss" im Sinne der Beschreibung umfasst einzelne, insbesondere starre, miteinander mittelbar oder unmittelbar verbindbare Gestängeschüsse, die zum Ausbilden eines Bohrgestänges oder eines Bohrstrangs in längsaxialer Richtung miteinander verbunden werden können. Die Gestängeschüsse können zur Verbindung miteinander unter mechanischer Zwischenschaltung eines Zwischenelements oder ohne Zwischenschaltung eines Zwischenelements zusammengesteckt oder zusammengeschraubt werden. Mischformen aus Zusammenstecken und Zusammenschrauben der Erdbohrgestängeschüsse sind möglich. Die Verbindung der Erdbohrgestängeschüsse kann insbesondere jeweils mittels eines Zusammenschraubens oder Zusammensteckens eines Endes eines Erdbohrgestängeschusses mit einem anderen Ende eines anderen Erdbohrgestängeschusses erfolgen.
  • Der Begriff "Bohrstrang" im Sinne der Beschreibung umfasst mehrere miteinander verbundene Erdbohrgestängeschüsse. Der Bohrstrang kann sich in längsaxialer Richtung entlang der Längsachse der Erdbohrgestängeschüsse in einer Bohrstrangachse, die mit den Längsachsen der Erdbohrgestängeschüsse im Wesentlichen kongruent ist bzw. koinzidiert, erstrecken. Der Bohrstrang kann an einem, insbesondere vorderseitigen, Ende einen Bohrkopf und gegebenenfalls eine vorhandene Bohrkopfspitze, die als Bohrwerkzeug (beispielsweise als Aufweitkopf) ausgestaltet sein kann oder einen dem Bohrkopf benachbarten Bereich, der insbesondere die gleiche Ausrichtung wie der Bohrkopf aufweisen kann, aufweisen. Der Bohrstrang kann im Bereich des Bohrkopfes oder einem dem Bohrkopf benachbarten Bereich einen Sensorabschnitt bzw. ein Sensorgehäuse aufweisen, in dem ein oder mehrere Sensoren angeordnet sein können.
  • Der Begriff "Erdbohrvorrichtung" umfasst im Sinne der Beschreibung eine (und damit jede) Vorrichtung, welche insbesondere einen Erdbohrgestängeschüsse aufweisenden Bohrstrang in einem bestehenden oder zu erstellenden Kanal im Erdreich bewegen kann, um eine Bohrung, insbesondere eine Horizontalbohrung (HD), zu erstellen oder aufzuweiten oder Rohrleitungen oder andere lange Körper in das Erdreich einzuziehen. Bei der Erdbohrvorrichtung kann es sich insbesondere um eine HD-Vorrichtung handeln. Eine Erdbohrvorrichtung kann eine einen Bohrstrang antreibende Vorrichtung sein, die insbesondere Erdreich verdrängend arbeiten kann. Der Bohrstrang kann translatorisch und/oder rotatorisch in längsaxialer Richtung des Bohrstrangs in das Erdreich eingebracht werden. Der Bohrstrang kann mittels der Erdbohrvorrichtung durch eine Zug- oder Druckbeaufschlagung im Erdreich bewegt werden.
  • Der Begriff "Erdreich" im Sinne der Beschreibung umfasst jedwede Art von Material, insbesondere Erde, Sand, Fels, Gestein und/oder Stein, in welchem bestehende oder zu erstellende, vorzugsweise zumindest abschnittsweise horizontale, Kanäle bzw. Bohrungen eingebracht werden können. Eine unterirdische Anordnung des Erdreichs ist bevorzugt, aber nicht zwingend notwendig.
  • Im Sinne der Beschreibung umfasst der Begriff "isolierter Verbund" einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter, die gemeinsam gehandhabt werden können. Der erste Leiter und der zweite Leiter können zusammen als ein Element bzw. einstückig gehandhabt werden. Dabei drückt der Begriff "isoliert" aus, dass die beiden Leiter in einem Verbund derart vorliegen, dass eine Isolierung nach außen vorhanden ist. Erster und zweiter Leiter sind von einer Isolierung umgeben, die umfangsseitig um den ersten und/oder den zweiten Leiter angeordnet ist.
  • Der Begriff "Verbindungsrichtung" umfasst im Sinne der Beschreibung eine Richtung, die ausdrückt, dass eine Verbindung in längsaxialer Richtung des Zwei-Leiter-Systems vorliegt, die von dem Zwei-Leiter-System bzw. dem ersten und/oder zweiten Leiter, in längsaxialer Richtung des Zwei-Leiter-Systems wegführt.
  • Sofern das Zwei-Leiter-System in dem Erdbohrgestängeschuss angeordnet ist, so weist die Verbindungsrichtung aus dem bzw. den Enden des Erdbohrgestängeschusses heraus.
  • Einer der Leiter kann sowohl von der inneren als auch der äußeren Isolationshülse umfangsseitig zumindest abschnittsweise umgeben sein. In einem Abschnitt kann sowohl die innere als auch die äußere Isolationshülse den einen Leiter umgeben. Es kann vorgesehen sein, dass eine der Isolationshülsen, insbesondere die äußere Isolationshülse über der anderen Isolationshülse, insbesondere der inneren Isolationshülse, übersteht. Ein Überstand in längsaxialer Richtung kann in einer Richtung vom Zwei-Leiter-System weg und/oder in Richtung des Zwei-Leiter-Systems vorliegen. Es kann vorgesehen sein, dass eine der beiden Isolationshülsen, insbesondere die äußere Isolationshülse, die andere Isolationshülse, insbesondere die innere Isolationshülse, insbesondere klammerartig, bezogen auf die Längsachse der Isolationshülse(n) bzw. des Zwei-Leiter-Systems umgreift. Die eine der Isolationshülsen, insbesondere die äußere Isolationshülse, kann eine Länge aufweisen, die mindestens um das 1,5-fache, insbesondere mindestens um das 2-fache, länger ist als die andere Isolationshülse.
  • Die Erfindung folgt dem Kerngedanken, eine Ausgestaltung vorzusehen, dass zumindest ein Abschnitt eines elektrischen Leitungspfads anders als im Stand der Technik ausgebildet ist. Es ist ein in Richtung des Zwei-Leiter-Systems ausgebildeter Abschnitt, der sich an das exponierte Ende eines der Leiter anschließt, vorhanden. Es wurde mit der bisherigen Überlegung gebrochen, dass der Leitungspfad ausgehend vom exponierten Ende des einen Leiters in im Wesentlichen gerader, nach vorne gerichteter Weise ausgebildet sein muss, der im Wesentlichen vom Leiter weg gerichtet ist. Es wurde erkannt, dass zum Reduzieren von Kurzschlüssen der Leiter untereinander, ein elektrischer Leitungspfad vorgesehen sein kann, der zumindest einen Abschnitt aufweist, der von einem exponierten Ende des einen Leiters des Zwei-Leiter-Systems in eine Richtung geführt wird, die vom benachbarten Ende des Zwei-Leiter-Systems weg in Richtung des Zwei-Leiter-Systems zurück gerichtet ist. Der elektrische Leitungspfad, mittels dem mittelbar oder unmittelbar das exponierte Ende des einen Leiters mit einem Leiter eines anderen Zwei-Leiter-Systems verbunden werden kann, weist einen Abschnitt auf, der zwischen dem exponierten Ende des einen Leiters und einem Leiter eines weiteren Zwei-Leiter-Systems liegt. Der Abschnitt führt vom exponierten Ende und dem zum exponierten Ende benachbarten Ende des Zwei-Leiter-Systems weg und zwar in längsaxialer Richtung betrachtet in die entgegengesetzte Richtung. Der elektrische Leitungspfad kann einen nach "rückwärts" gerichteten Anteil haben, der einen Abschnitt aufweist, der über einen Abschnitt des Leiters, dessen exponiertes Ende mit dem elektrischen Leitungspfad in elektrischem Kontakt steht, rückgeführt wird. Durch die Ausgestaltung des elektrischen Leitungspfades, der von dem exponierten Ende (und dem zum exponierten Ende benachbarten Ende des Zwei-Leiter-Systems) weg in Richtung eines mittigen Bereichs hinsichtlich der Längserstreckung des Zwei-Leiter-Systems geführt ist, können Abschnitte des Leitungspfads des einen Leiters in radialer Richtung "übereinander" angeordnet sein. Zwei der "übereinander" bzw. im Wesentlichen parallel angeordneten Abschnitte des einen Leiters bzw. dessen elektrischen Leitungspfads können mittels einer Isolierung (die auch die Isolierung des Verbunds sein kann) beabstandet zueinander angeordnet sein. Es kann die Möglichkeit geschaffen werden, die beiden Leiter im Erdbohrgestängeschuss derart voneinander zu trennen, dass insbesondere ein Kurzschluss weitestgehend unterbunden ist. Eine Verhinderung von Kurzschlüssen der beiden Leiter kann effektiv weitestgehend unterbunden werden.
  • Die Erfindung schafft ein Zwei-Leiter-System für Erdbohrgestängeschüsse zum Ausbilden eines Bohrstrangs für eine Erdbohrvorrichtung, bei dem das Zwei-Leiter-System einen isolierten Verbund aus einem ersten Leiter und einem zweiten Leiter aufweist. Der erste und der zweite Leiter sind jeweils an einem Ende aus dem Verbund in einer Verbindungsrichtung exponiert. Ein elektrischer Leitungspfad ist für mindestens einen der Leiter ausgebildet, der sich von dem exponierten Ende des einen Leiters weg über die Isolierung des einen Leiters und/oder des Verbundes entgegen der Verbindungrichtung erstreckt und von dort in Verbindungrichtung isoliert am Ende des einen Leiters vorbeiführt. Hierdurch kann dem zweiten Aspekt der Erfindung Rechnung getragen werden, Kurzschlüsse effektiv zu verhindern.
  • Der Begriff "exponiert" umfasst im Sinne der Beschreibung die Ausgestaltung, dass ein Zugriff auf den Leiter insbesondere in radialer Richtung bzw. an seinem Umfang möglich ist. Der Begriff "exponiert" umfasst damit die Ausgestaltung, dass keine Isolierung umfangsseitig in dem exponierten Bereich bzw. Ende am Leiter vorhanden ist.
  • Der Begriff "elektrischer Leitungspfad" umfasst im Sinne der Beschreibung eine Ausbildung eines elektrisch leitenden Abschnitts bzw. Pfades, entlang dem ein Strom bzw. ein Signal geführt werden kann. Der elektrische Leitungspfad des mindestens einen Leiters bzw. der elektrische Leitungspfad ausgehend für den mindestens einen Leiter von seinem exponierten Ende kann dabei derart gewählt sein, dass ein Abschnitt des Leitungspfads mittels einer Isolierung des einen Leiters und/oder des Verbundes beabstandet zum einen Leiter gebildet ist, der bezogen auf eine radiale Richtung des Leiters "neben", "über" bzw. "unter" dem Leiter gebildet ist. Bezogen auf die Verbindungsrichtung wird ein Abschnitt des elektrischen Leitungspfades gebildet werden, der entgegen der Verbindungsrichtung gerichtet ist.
  • Durch die Ausgestaltung des beschriebenen "elektrischen Leitungspfads" wird der Ansatz verfolgt, einen "verlängerten" Leitungspfad auszubilden, als es bisher im Stand der Technik der Fall war. Die "Verlängerung" des elektrischen Leitungspfads des einen Leiters kann aber zu einer Verbesserung des Kurzschlussverhaltens, insbesondere bei der Verwendung einer Bohrflüssigkeit bzw. eines Bohrfluids, welches durch die Erdbohrgestängeschüsse geführt wird, führen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Verbund ein Koaxialkabel und die zwei Leiter sind der Innen- und der Außenleiter des Koaxialkabels. Hierdurch kann eine besonders einfache Ausgestaltung einer Komponente des Zwei-Leiter-Systems erreicht werden. Koaxialkabel sind gut handhabbar und verwendbar.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird das exponierte Ende des einen Leiters mittels eines am exponierten Ende anliegenden elektrisch leitenden Rings kontaktiert, mittels dem die Isolierung des einen Leiters und/oder des Verbunds durch Anpressen eines isolierenden Dichtungsstücks auf die Isolierung des einen Leiters und/oder des Verbunds abgedichtet ist. Durch die vorgenannte Ausgestaltung kann erreicht werden, dass zum einen eine einfache Art der Kontaktierung möglich ist, aber auch zum anderen eine Integrität des Verbundes und/oder der Isolierung des Leiters weitestgehend sichergestellt werden kann. Der Ring kann nicht nur für die Bereitstellung eines Teils des elektrischen Leitungspfads verwendet werden, sondern auch dazu, die Integrität des isolierten Verbundes auch bei Anwesenheit von mit Druck beaufschlagtem Bohrfluid aufrechtzuerhalten. Bei dem mit Druck beaufschlagten Bohrfluid könnte ohne eine Abdichtung der Fall eintreten, dass das Bohrfluid im Bereich des exponierten Endes des Leiters "unter" die Isolierung des einen Leiters bzw. des Verbundes gelangen könnte und die Isolierung könnte sich auf Dauer ablösen. Es kann ein synergistischer Effekt erzielt werden, indem der elektrisch leitende Ring sowohl die elektrische Ausbildung des elektrischen Leitungspfads als auch eine Integrität der Isolierung des einen Leiters bzw. des Verbundes bewirken kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ring über oder in ein Gegenstück schraubbar, welches die Isolierung des einen Leiters und/oder des Verbunds anliegend an der äußeren Oberfläche des Verbunds umgibt. Das isolierende Dichtungsstück kann zusammen mit dem Ring mit einer axialen Richtungskomponente auf die Isolierung des einen Leiters und/oder des Verbunds beim Verschrauben gepresst werden. Hierdurch kann eine einfach ausgestaltete, einfach konstruierbare und planbare Verbindung geschaffen werden, die lediglich ein Verschrauben des Rings und des Gegenstücks erforderlich machen kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein vorderer Abschnitt des Rings von einer Isolierungshülse, insbesondere der äußeren Isolierungshülse, in Verbindungsrichtung umgeben. Es kann erreicht werden, dass eine Isolierungshülse, insbesondere die äußere Isolierungshülse, den Ring in einer Richtung, die der Verbindungrichtung entspricht, und gemeinhin als "nach vorne" bezeichnet wird (von dem Zwei-Leiter-System weg), abschirmt, um eine "Distanz" zwischen den Leitern bzw. dem ausgebildeten elektrischen Leitungspfad des einen Leiters zum anderen Leiter bzw. dessen exponierten Ende zu schaffen. Die Isolierungshülse kann als eines von gegebenenfalls mehreren Elementen den Effekt bzw. das Ausbilden des "rückwärts gerichteten" elektrischen Leitungspfads unterstützen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umgibt eine elektrisch leitende Verbindungshülse eine Isolierungshülse, insbesondere zumindest abschnittsweise die äußere Isolierungshülse, und erstreckt sich über den Ring und/oder das Gegenstück zumindest teilweise. Es kann ein in Verbindungsrichtung vorgesehener Abschnitt des elektrischen Leitungspfads mittels der elektrisch leitenden Verbindunghülse geschaffen werden, die in den hinteren/rückwärtigen Bereich (in den mittigen Bereich des Zwei-Leiter-Systems), in den der elektrische Leitungspfad zunächst von dem exponierten Ende des einen Leiters ausgebildet ist, führt. Der elektrische Leitungspfad der zunächst von dem exponierten Ende rückwärtig, d.h. entgegen der Verbindungsrichtung, geführt wurde, kann mittels der Verbindungshülse wieder nach vorne, d.h. in Verbindungrichtung, geführt werden. Mittels der elektrisch leitenden Verbindungshülse liegt ein einfach handhabbares, konstruierbares und einsetzbares Element vor. Zudem kann eine einfache Steckverbindung verwendet werden. Die Verbindungshülse kann über den Ring und/oder das Gegenstück des Rings geschoben werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Zwei-Leiter-System für Erdbohrgestängeschüsse zum Ausbilden eines Bohrstrangs für eine Erdbohrvorrichtung ein Überdruckventil zum Ableiten eines Überdrucks aus dem Bereich des Zwei-Leiter-Systems. Hierdurch kann die Möglichkeit geschaffen werden, einen Druck im Bereich des Zwei-Leiter-Systems unter bzw. im Wesentlichen gleich oder geringfügig höher als ein Druckniveau außerhalb des Zwei-Leiter-Systems zu halten. Vorteilhaft kann damit ein zu hoher Überdruck im Bereich des Zwei-Leiter-Systems weitestgehend verhindert werden. Ein zu hoher Überdruck könnte beispielsweise dazu führen, dass Flüssigkeit von dem Bereich des Zwei-Leiter-Systems an den bzw. die elektrischen ersten bzw. zweiten Leiter gelangen kann, was zu einem Kurzschluss führen könnte.
  • Ein Vorsehen eines Überdruckventils scheint zunächst ohne den Erkenntnisgewinn der Erfindung widersinnig, da mit dem Überdruckventil grundsätzlich eine Öffnung vorgesehen sein muss, über die der Überdruck abgebaut werden kann. Eine derartige Öffnung gilt es für den Fachmann allerdings in der Regel zu vermeiden, da die Öffnung an sich eine Gefahrenquelle für einen Flüssigkeits- oder einen Schmutzeintrag in den Bereich des Zwei-Leiter-Systems liefern kann. Es ist das Verdienst der Erfindung, erkannt zu haben, dass durch eine gerichtete Öffnung überhaupt ein Vorteil erreicht werden kann.
  • Unter dem Begriff "Überdruckventil zum Ableiten eines Überdrucks" wird jedwedes Ventil verstanden, welches ansprechen bzw. öffnen kann, wenn der Druck im Bereich des Zwei-Leiter-Systems über einen Ansprechdruck ansteigt. Als Ansprechdruck kann im Wesentlichen der Druck verstanden werden, der oberhalb des Drucks der Umgebung des Bohrstrangs außen entspricht. Es versteht sich, dass durch die sicherzustellende dichtende Wirkung im Überdruckventil, die eine rückstellende bzw. vorgespannte Wirkung zwischen Verschluss bzw. Absperrkörper und Dichtfläche bzw. Ventilsitz bedingt, der Überdruck, bei dem das Überdruckventil anspricht, geringfügig höher sein kann als der Umgebungsdruck.
  • Unter dem Begriff "Bereich des Zwei-Leiter-Systems" ist ein Bereich zu verstehen, der für die Verbindung eines ersten und/oder eines zweiten elektrischen Leiters des Zwei-Leiter-Systems mit einem entsprechenden ersten und/oder zweiten elektrischen Leiter des Zwei-Leiter-Systems vorgesehen ist.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform betrifft eine Isolierung für ein Zwei-Leiter-System zu schaffen, mit dem eine bessere Isolationswirkung der mehreren Leiter untereinander bzw. zueinander gegeben ist, wobei zudem aber die Handhabung der Erdbohrgestängeschüsse, insbesondere beim Ausbilden und auch beim Trennen der Verbindung der Erdbohrgestängeschüsse miteinander erhalten bleibt. Es wird dabei der zunächst widersinnige Ansatz, nicht nur eine Isolationshülse um einen der Leiter vorzusehen, sondern zwei Isolationshülsen um denselben Leiter vorzusehen, die insbesondere eine unterschiedliche Längserstreckung längs des einen oder der zwei Leiter haben, verfolgt. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Abschnitt eines exponierten Endes eines der Leiter von einer inneren und einer äußeren Isolationshülse umfangsseitig umgeben. Hierdurch kann eine effektive Isolierung des einen Leiters geschaffen werden.
  • Die Erfindung schafft auch einen Erdbohrgestängeschuss mit einem Zwei-Leiter-System. Das Zwei-Leiter-System ist, insbesondere mittels mindestens einem Zentrierstern, im Erdbohrgestängeschuss im Wesentlichen mittig in einem sich längs der Längsachse des Erdbohrgestängeschusses erstreckenden Hohlraum angeordnet. Die Erdbohrgestängeschüsse können mit dem beschriebenen Zwei-Leiter-System vorkonfektioniert werden. Die Anordnung mittels mindestens eines Zentriersterns, wobei an jedem Ende des Erdbohrgestängeschusses ein Zentrierstern vorgesehen sein kann, erlaubt auch eine einfache Wartung und/oder einen einfachen Ersatz bei einem Verschleiß.
  • Die Erfindung schafft auch ein Erdbohrgestängeschuss-System mit mehreren Erdbohrgestängeschüssen, die ein Zwei-Leiter-System aufweisen, wobei die Erdbohrgestängeschüsse miteinander unter Ausbildung eines Abschnitts eines Bohrstrangs miteinander verbindbar sind.
  • An mindestens einem Erdbohrgestängeschuss oder vorzugsweise an allen Erdbohrgestängeschüssen des Erdbohrgestänge-Systems kann an mindestens einem Ende, bevorzugt an genau einem Ende, mindestens ein oder mehrere Überdruckventil(e) ausgestaltet sein. Das oder die Überdruckventile kann bzw. können derart ausgestaltet und angeordnet sein, einen Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck des Bohrstrangs im Hohlraum des Erdbohrgestängeschusses bzw. im Bereich des Zwei-Leiter-Systems zu verhindern. Mindestens ein Überdruckventil an einem Ende des Erdbohrgestängeschusses kann ausreichend sein, bei einer Verbindung zweier Erdbohrgestängeschüsse einen Überdruck abzuleiten. Insbesondere kann der Überdruck abgeleitet werden, der sich ergeben kann, wenn zwei Erdbohrgestängeschüsse miteinander verbunden werden.
  • Das Überdruckventil kann als eine oder mehrere verschließbare Öffnung(en) in einem Erdbohrgestängeschuss ausgestaltet sein, welche den Hohlraum, in dem das Zwei-Leiter-System angeordnet ist, mit der Umgebung des Bohrstrangs verbinden kann. Die Öffnungen können als verschließbare Durchgangsöffnungen von dem Bereich des für die Verbindung vorgesehenen Zwei-Leiter-Systems bzw. dem Hohlraum bis nach außen reichen.
  • Ein Erdbohrgestängeschuss kann zur Ausbildung eines Überdruckventils mindestens einen Kanal in seiner Wand aufweisen, der jedwede Ausgestaltung hinsichtlich seiner Richtung und Querschnittsform aufweisen kann. Es können auch mehrere Kanäle zur Ausbildung eines Überdruckventils vorgesehen sein.
  • Eine geradlinige Ausgestaltung eines Kanals kann für eine einfache Herstellung vorteilhaft sein. Eine geradlinige Ausgestaltung quer zur Längsachse des Erdbohrgestängeschusses kann bevorzugt sein, um eine möglichst kurze Ausgestaltung des Kanals zu ermöglichen und/oder die Herstellung zu vereinfachen und/oder eine möglichst geringe Schwächung der Integrität des Erdbohrgestängeschusses zu erreichen. Eine kurvige und oder geradlinige Ausgestaltung des Kanals unter einem beliebigen Winkel zur Längsachse des Erdbohrgestängeschusses ist nicht ausgeschlossen.
  • Eine runde, insbesondere kreisförmige, Querschnittsform des Kanals kann die Herstellung vereinfachen, da der Kanal beispielsweise als Bohrung erzeugt werden kann. Eine andere Ausgestaltung als eine runde Querschnittsform ist nicht ausgeschlossen, insbesondere eine zumindest abschnittsweise gerade Ausgestaltung der Querschnittsform ist möglich.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Öffnung bzw. der Kanal einen in einer Richtung entgegen einen Überdruck im Hohlraum bzw. dem Bereich des Zwei-Leiter-Systems wirkenden (schließenden) Verschluss, der beispielsweise klappenförmig ausgestaltet sein kann, aufweist. Beispielsweise kann die Öffnung bzw. der Kanal eine elastische oder bewegliche klappenförmige Ausgestaltung eines Verschlusses aufweisen, der an der Öffnung bzw. der Kanalwand zumindest teilweise anliegen und gegen die Öffnung bzw. die Kanalwand vorgespannt sein kann. Erhöht sich der Druck im Hohlraum bzw. im Bereich des Zwei-Leiter-Systems, kann sich der Verschluss von der Öffnung bzw. der Kanalwand abheben und nach einer Druckverminderung wieder in die am der Öffnung bzw. der Kanalwand anliegende Stellung zurückkehren.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die eine oder mehrere verschließbare(n) Öffnung(en) bzw. der eine Kanal oder die mehreren Kanäle in eine Nut am Erdbohrgestängeschuss münden, wobei zum Verschließen der Öffnung(en) bzw. des Kanal bzw. der Kanäle ein O-Ring in der Nut angeordnet sein kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Öffnungen bzw. Kanäle in unterschiedliche Nuten münden, die jeweils einen O-Ring aufweisen können. Eine Nut mit einem O-Ring kann die Herstellung und Planung vereinfachen. Bei Auftreten eines Überdrucks kann sich der O-Ring zum Abbau des Überdrucks kurzzeitig (minimal) anheben und nach erfolgter Druckverminderung wieder in der Nut auf der Öffnung aufliegend die Öffnung verschließen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann ein Überdruckventil dadurch ausgestaltet sein, dass ein oder mehrere Nutringe vorgesehen sind, der bzw. die einen Erdbohrgestängeschuss umfangsseitig umgeben und mit einem weiteren (mit dem einen Erdbohrgestängeschuss verbundenen) Erdbohrgestängeschuss abdichtet bzw. abdichten. Derartige Nutringe sind auf dem Gebiet der Hydraulikzylinder bekannt und ermöglichen einen Druckabbau in eine Richtung, wohingegen in der anderen Richtung eine Abdichtung gegeben ist. Werden die Erdbohrgestängeschüsse verbunden, so kann ein sich dadurch ergebender Druckaufbau abgebaut werden. Wirkt ein erhöhter Druck von außen auf die Verbindungsstelle mit dem oder den Nutring(en) so dichtet der bzw. die Nutring(e) ab.
  • Es kann eine einfache Verbindung einer endseitigen Verbindung der Erdbohrgestängeschüsse vorgesehen sein, die als Steck- und/oder Schraubverbindung ausgestaltet sein kann. Die Enden der Erdbohrgestängeschüsse und die darin angeordneten Enden des Zwei-Leiter-Systems können derart ausgerichtet sein, dass es zu einer zwangsgeführten Verbindung der Enden des Zwei-Leiter-Systems bei einer Verbindung der Enden zweier Erdbohrgestängeschüsse kommt. Beispielsweise können die Erdbohrgestängeschüsse miteinander verschraubt werden, und beim Verschraubungsvorgang können die beiden Enden des Zwei-Leiter-Systems in einen Steckkontakt miteinander gebracht werden.
  • Das Zwei-Leiter-System ist, insbesondere mittels mindestens einem Zentrierstern, im Erdbohrgestängeschuss im Wesentlichen mittig in einem sich längs der Längsachse des Erdbohrgestängeschusses erstreckenden Hohlraum angeordnet. Die Erdbohrgestängeschüsse können mit dem beschriebenen Zwei-Leiter-System vorkonfektioniert werden. Die Anordnung mittels mindestens eines Zentriersterns, wobei bevorzugt an jedem Ende des Erdbohrgestängeschusses ein Zentrierstern vorgesehen sein kann, erlaubt auch eine einfache Wartung und/oder einen einfachen Ersatz bei einem Verschleiß.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann ein elektrischer Leitungspfad bzw. ein Abschnitt desselben, insbesondere bezogen auf den elektrischen Leitungspfad, der für einen der Leiter der in der Beschreibung beschrieben ist und einen "rückwärtig geführten bzw. gerichteten" Abschnitt aufweist, über die Verbindung der beiden Erdbohrgestängeschüsse untereinander ausgebildet sein. Es kann somit ein Abschnitt eines elektrisches Leitungspfads über die Verbindung der Erdbohrgestängeschüsse untereinander vorliegen. Da das Außengehäuse des Erdbohrgestängeschusses ein elektrisch leitendes Material aufweist, kann sich eine derartige Ausbildung anbieten, da diese keine weiteren Elemente, die vorgesehen werden müssen, benötigt.
  • Ein Abschnitt eines elektrischen Leitungspfads für mindestens einen der Leiter kann zu einem ein elektrisch leitendes Material aufweisenden Zentrierstern führen, der in elektrisch leitendem Kontakt mit dem Gehäuse des Erdbohrgestängeschusses steht. Ein Abschnitt des elektrischen Leitungspfads kann für mindestens einen der Leiter über die Verbindung der beiden Erdbohrgestängeschüsse geführt werden und von dem Zentrierstern des weiteren Erdbohrgestängeschusses wieder in den Leiter des isolierten Verbundes des weiteren Erdbohrgestängeschusses geführt werden.
  • Es ist alternativ oder zusätzlich möglich, dass eine unmittelbare Verbindung der Zentriersterne untereinander hergestellt wird und auf eine Ausbildung eines Abschnitts des elektrischen Leitungspfads über das Gehäuse der Erdbohrgestängeschüsse verzichtet werden kann. Es kann ein Kontaktmechanismus vorgesehen sein, der bei Ausbildung einer Verbindung zwischen Erdbohrgestängeschüssen benachbarte endseitige Zentriersterne elektrisch miteinander verbindet. Beispielsweise kann ein sich in Längsrichtung des Erdbohrgestängeschusses erstreckendes elektrisch leitendes Element an einem der Zentriersterne vorgesehen sein, welches beim Ausbilden der Verbindung der beiden Erdbohrgestängeschüsse den anderen Zentrierstern, der ebenfalls elektrisch leitend ausgestaltet ist, kontaktiert.
  • Es wird auch eine Verwendung beim Übertragen von elektrischen Signalen und/oder elektrischem Strom mit einem Zwei-Leiter-System für Erdbohrgestängeschüsse zum Ausbilden eines Bohrstrangs für eine Erdbohrvorrichtung beschrieben.
  • Es wird auch eine Verwendung zum Übertragen von elektrischen Signalen und/oder elektrischem Strom mit einem Zwei-Leiter-System für Erdbohrgestängeschüsse zum Ausbilden eines Bohrstrangs für eine Erdbohrvorrichtung beschrieben.
  • Die in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Ordnungszahlen stellen keine Bevorzugung, keine bestimmte Rangfolge und keine geordnete Reihe dar, sondern die Ordnungszahlen werden zur Identifikation bzw. Unterscheidung der mit den Ordnungszahlen versehenen Elemente verwendet.
  • Die vorstehenden Ausführungen stellen ebenso wie die nachfolgende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen keinen Verzicht auf bestimmte Ausführungsformen oder Merkmale dar.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • In den Zeichnungen zeigt:
    • Fig. 1
    eine Schnittdarstellung eines Verbindungsbereichs zweier Gestängeschüsse eines Bohrstrangs, wobei in den beiden Gestängeschüssen jeweils ein Zwei-Leiter-System angeordnet ist;
    Fig. 2
    eine vergrößerte Darstellung der Fig. 1;
    Fig. 3
    eine vergrößerte Darstellung der Fig. 1; und
    Fig. 4
    elektrische Leitungspfad.
  • Fig. 1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Verbindungsbereich zweier Gestängeschüsse 1, 2 für ein Einbringen einer Bohrung in das Erdreich. Die Gestängeschüsse 1, 2 sind miteinander mittels einer Schraubverbindung 3 verschraubt.
  • Jeder Gestängeschuss 1, 2 weist ein Zwei-Leiter-System 4, 5 auf, welches im Wesentlichen zentriert im Hohlraum des jeweiligen Gestängeschusses 1, 2 angeordnet ist. Das Zwei-Leiter-System 4, 5 eines Gestängeschusses 1, 2 ist mittels Zentriersternen 6, 7, die jeweils endseitig an einem der Enden der Gestängeschüsse 1, 2 eingebracht sind, fixiert.
  • Das Zwei-Leiter-System 4, 5 weist einen Verbund mit zwei Leitern 15, 17 bzw. 14, 16 auf, wobei zwischen den Leitern 15, 17 bzw. 14, 16 eine Isolierung 18 bzw. 19 vorhanden ist. Der Leiter 17 bzw. 16 umgibt den Leiter 15 bzw. 14 und um den Leiter 17 bzw. 16 ist eine weitere Isolierung 20 bzw. 21 vorhanden. Die Zwei-Leiter-Systeme 4, 5 weisen je ein Koaxialkabel 12, 13 auf.
  • Das Zwei-Leiter-System 5 des in der Fig. 1 rechten Gestängeschusses 2 weist endseitig eine Buchse 8 auf, mittels derer der innere Leiter 14 des Koaxialkabels 13 mit dem inneren Leiter 15 des Koaxialkabels 12 verbunden werden kann. Der innere Leiter 15 des Koaxialkabels 12 weist endseitig einen Stecker 9 auf, der in die Buchse 8 des in der Fig. 1 rechten Gestängeschusses 1 beim Verschrauben der Gestängeschüsse 1, 2 zwangsgeführt gesteckt wird.
  • Um die Buchse 8 sind zwei Isolationshülsen 10, 11 des Zwei-Leiter-Systems 5 angeordnet, von denen die Isolationshülse 10 innerhalb der äußeren Isolationshülse 11 vorliegt. Die Isolationshülse 10 bildet eine innere Isolationshülse, während die Isolationshülse 11 eine äußere Isolationshülse bildet. Die Isolationshülse 10 steht der Buchse 8 vor und die Isolationshülse 11 übergreift die Isolationshülse 10.
  • Der Leiter 16 und der Leiter 14 des Zwei-Leiter-Systems 5 sowie der Leiter 15 und der Leiter 17 sind im Bereich des Endes des Zwei-Leiter-Systems 5 bzw. 4 abisoliert und liegen exponiert ohne Isolierung 19, 21 und 18, 20 vor. Auf der Isolierung 21, 20 ist ein Gegenstück 22, 23 aufgeschoben. Ferner ist ein isolierendes Dichtungsstück 24, 25 aufgeschoben. Ein mit dem Gegenstück 22, 23 zusammenwirkender Ring 26, 27 wird mit dem Gegenstück 22, 23 schraubend verbunden, wobei sich das isolierende Dichtungsstück 24, 25 über einen Konus zwischen Gegenstück 22, 23 und Isolierung 21, 20 drückt und abdichtet. Dabei sind Ring 26, 27 und Gegenstück 22, 23 elektrisch leitend ausgebildet.
  • Die inneren Leiter 14 und 15 werden im vorderen Bereich umfangsseitig von einer Isolierung 28, 29 umgeben. Der Leiter 14 ist endseitig mit der Buchse 8 verpresst, während der Leiter 15 mit dem Stecker 9 verpresst ist.
  • Mittels des Rings 26 und des Gegenstücks 22 wird ein gegen die Verbindungsrichtung ausgerichteter elektrischer Leitungspfad gebildet, der "nach rückwärts" gerichtet ist und über die Isolierung 21 über den Leiter 14 geführt ist. Von dem Gegenstück 22 wird der elektrische Leitungspfad mittels einer elektrisch leitenden Verbindungshülse 30 wieder in Verbindungsrichtung geführt. Es sind eine Wellenfeder 31 und ein Sicherrungsring 32 vorgesehen, um die elektrisch leitende Verbindungshülse 30 in Position zu halten.
  • Der Zentrierstern 7 ist elektrisch leitend mit der elektrisch leitenden Verbindungshülse 30 in Kontakt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Zentrierstern 7 elektrisch in Kontakt mit dem Gestängeschuss 2, welches elektrisch leitend in Kontakt mit dem Gestängeschuss 1 ist. Über den Zentrierstern 6 erfolgt eine elektrische Verbindung mit dem Leiter 17. Der weitere elektrische Leitungspfad führt dabei über das Gegenstück 23 mit dem Ring 27, 33.
  • Über den Leiter 15 ist eine innere Isolierungshülse 35 und eine äußere Isolierungshülse 34 angeordnet, die im vorderen Bereich vorliegen. Die innere Isolierungshülse 35 greift in eine Auskragung der inneren Isolierungshülse 10 dichtend ein. Die äußere Isolierungshülse 34 greift in eine Auskragung der äußeren Isolierungshülse 11 dichtend mit Dichtungen 36, 37 ein. Es kann eine Dichtigkeit von 150 bar erreicht werden.
  • Fig. 4 zeigt ohne Bezugszeichen elektrische Leitungspfade mit gestrichtelten Linien 41, 42.

Claims (10)

  1. Zwei-Leiter-System (4, 5) für Erdbohrgestängeschüsse (1, 2) zum Ausbilden eines Bohrstrangs für eine Erdbohrvorrichtung, wobei das Zwei-Leiter-System (4, 5) einen isolierten Verbund aus einem ersten Leiter (14, 15) und einem zweiten Leiter (16, 17) aufweist, und der erste und der zweite Leiter (14, 15, 16, 17) jeweils an einem Ende aus dem Verbund in einer Verbindungsrichtung exponiert sind, wobei ein elektrischer Leitungspfad für mindestens einen der Leiter (14, 15, 16, 17) ausgebildet ist, der sich von dem exponierten Ende des einen Leiters (14) weg über eine Isolierung (21) des einen Leiters (14) und/oder des Verbundes entgegen der Verbindungsrichtung erstreckt und von dort in Verbindungsrichtung isoliert am Ende des einen Leiters (14) vorbeiführt.
  2. Zwei-Leiter-System (4, 5) nach Anspruch 1, wobei der Verbund ein Koaxialkabel umfasst und die zwei Leiter (14, 15, 16, 17) der Innen- und der Außenleiter des Koaxialkabels sind.
  3. Zwei-Leiter-System (4, 5) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das exponierte Ende des einen Leiters (14) mittels eines am exponierten Ende anliegenden elektrisch leitenden Rings (26) kontaktiert wird, mittels dem die Isolierung des einen Leiters und/oder des Verbunds durch Anpressen eines isolierenden Dichtungsstücks (24) auf die Isolierung des einen Leiters und/oder des Verbunds abgedichtet ist.
  4. Zwei-Leiter-System (4, 5) nach Anspruch 3, wobei der Ring (26) über oder in ein Gegenstück (22) schraubbar ist, welches die Isolierung des einen Leiters und/oder des Verbunds anliegend an der äußeren Oberfläche umgibt und das isolierende Dichtungsstück (24) zusammen mit dem Ring (26) mit einer axialen Richtungskomponente auf die Isolierung des einen Leiters und/oder des Verbunds beim Verschrauben gepresst wird.
  5. Zwei-Leiter-System (4, 5) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, sofern abhängig von Anspruch 2, wobei ein vorderer Abschnitt des Rings (26) von einer Isolierungshülse (11) in Verbindungsrichtung umgeben ist.
  6. Zwei-Leiter-System (4, 5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine elektrisch leitende Verbindungshülse (30) eine Isolierungshülse (11) umgibt und sich bis über den Ring (26) und/oder das Gegenstück (22) erstreckt.
  7. Zwei-Leiter-System (4, 5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Überdruckventil zum Ableiten eines Überdrucks vorhanden ist.
  8. Zwei-Leiter-System (4, 5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei mindestens ein Abschnitt eines exponierten Endes eines der Leiter (14, 15, 16, 17) von einer inneren und einer äußeren Isolationshülse (10, 11; 34, 35) umfangsseitig umgeben ist.
  9. Erdbohrgestängeschuss (1, 2) mit einem Zwei-Leiter-System (4, 5) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Zwei-Leiter-System (4, 5), insbesondere mittels mindestens einem Zentrierstern (6, 7), im Erdbohrgestängesschuss (1, 2) im Wesentlichen mittig in einem sich längs der Längsachse des Erdbohrgestängeschusses (1, 2) erstreckenden Hohlraum angeordnet ist.
  10. Erdbohrgestänge-System mit mehreren Erdbohrgestängeschüssen (1, 2) nach Anspruch 9, wobei die Erdbohrgestängeschüsse (1, 2) miteinander unter Ausbildung eines Abschnitts eines Bohrstrangs miteinander verbindbar sind.
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