WO2005113931A1 - Verfahren und vorrichtung zum einbringen von geophysikalischen messkabeln in horizontale und vertikale bohrlöcher - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum einbringen von geophysikalischen messkabeln in horizontale und vertikale bohrlöcher Download PDF

Info

Publication number
WO2005113931A1
WO2005113931A1 PCT/DE2005/000957 DE2005000957W WO2005113931A1 WO 2005113931 A1 WO2005113931 A1 WO 2005113931A1 DE 2005000957 W DE2005000957 W DE 2005000957W WO 2005113931 A1 WO2005113931 A1 WO 2005113931A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cable
measuring
borehole
force
thrust
Prior art date
Application number
PCT/DE2005/000957
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Führer
Original Assignee
Warschau, Katrin
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Warschau, Katrin filed Critical Warschau, Katrin
Publication of WO2005113931A1 publication Critical patent/WO2005113931A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • E21B23/00—Apparatus for displacing, setting, locking, releasing or removing tools, packers or the like in boreholes or wells
    • E21B23/14—Apparatus for displacing, setting, locking, releasing or removing tools, packers or the like in boreholes or wells for displacing a cable or a cable-operated tool, e.g. for logging or perforating operations in deviated wells
    • 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
    • E21B17/20—Flexible or articulated drilling pipes, e.g. flexible or articulated rods, pipes or cables
    • E21B17/206—Flexible or articulated drilling pipes, e.g. flexible or articulated rods, pipes or cables with conductors, e.g. electrical, optical
    • 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
    • E21B19/00—Handling rods, casings, tubes or the like outside the borehole, e.g. in the derrick; Apparatus for feeding the rods or cables
    • E21B19/22—Handling reeled pipe or rod units, e.g. flexible drilling pipes
    • 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
    • E21B23/00—Apparatus for displacing, setting, locking, releasing or removing tools, packers or the like in boreholes or wells
    • E21B23/001—Self-propelling systems or apparatus, e.g. for moving tools within the horizontal portion of a borehole
    • 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
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for introducing geophysical cables into horizontal and vertical boreholes.
  • Drilling can provide information to narrow down a mining area in the exploration phase for the energy resources of interest over the area, to clarify the conditions for mining or production, and to clarify the quality of the material of interest to specify.
  • the energy resources that are of greatest importance at present and in the near future are oil and natural gas.
  • the well-known deposits worth mining are often located in climatic extremes (desert and tundra areas) or below the surface of the sea.
  • the measurements can be carried out both during the drilling in open boreholes and under production conditions with cased boreholes.
  • the measurement results obtained provide information about the course of the bore with the deviations of the borehole axis from the vertical, the geological layer sequence, the structure of the rock formation and their properties, such as. B. pressure or temperature.
  • information about the scope of the energy resources, the 3-phase flow or the permeability can be obtained, but this can only be achieved with special additional equipment.
  • the current primary concern of drilling is to increase the efficiency of the use of the known geological storage rocks from which oil or gas is extracted or injected into the gas or other medium.
  • Geophysical information can only be obtained from the horizontal bores using very complex methods. Exploration in the inclined or horizontal part of the borehole is particularly difficult due to the problem of introducing the geophysical measurement cables and the associated measurement technology. This is partly due to the fact that the It coupled probes could be realized.
  • the current state of the art for the measuring cables allows no or only a very small amount of axial thrust, since the measuring cables do not have sufficient axial rigidity.
  • a long and flexible special steel tube with internal measuring cables which is wound on a drum with a very large diameter of a special elevator, is inserted into the borehole.
  • the measuring probes are placed, which transmit the information obtained via the measuring cable to an above-ground measuring device.
  • a disadvantage of this technology is the very high cost of the steel pipe, which is why this method is only used when there is a particular need for information about the actual borehole situation.
  • the object of the invention is now to develop a method and a device for introducing geophysical measuring cables into vertical and horizontal boreholes, with which the exploration of very long horizontal boreholes is possible even under production conditions and with which the development costs of the energy resources to be produced are significant be reduced.
  • the method for introducing geophysical axially rigid measuring cables into vertical and horizontal boreholes and propelling them using the weight force F G of the measuring cable and using a pushing force generating Cable-thrust drive, which is arranged outside the borehole the following method steps, the weight force FG and the thrust force Fi with the progressing borehole length become effective as follows: a. Applying a negative thrust force -Fi counteracting the weight force F G of the measuring cable as braking force to the geophysical measuring cable by means of the cable-thrust drive in the vertical region of the borehole and in a first horizontal region of the borehole, b. Applying a positive shear force + F ⁇ to the geophysical measuring cable by means of the cable-thrust drive to drive through a second horizontal area of the borehole,
  • the amount of the applied forces + F 1 and -Fi depending on the variable weight force FQ and the required insertion length of the measuring cable in the second horizontal area of the borehole are controlled by means of a measuring, control and evaluation unit.
  • the special measuring cable used for this has a very high axial stiffness and can now be subjected to pressure and thrust.
  • the special measuring cable is not the subject of the present invention, but is briefly stated for reasons of better comprehensibility of the subject of the application.
  • the measuring cable consists of a core and an outer jacket designed as a reinforcement.
  • the outer jacket is made up of at least one layer of Z-wires, which are helically wrapped around the core to form a media-tight, smooth outer surface.
  • adjacent Z-wires interlock positively and possibly non-positively, and sit positively and optionally non-positively on a special sheath enveloping the measuring and control conductor bundle.
  • At the core of this geophysical measurement cable are optical fiber and / or metal conductors as measurement and control conductors, which extend over the cable length.
  • a tensile force F 2 can optionally be applied to the measuring cable to support the passage through the second horizontal region of the borehole, using a cable-pull drive that is located inside of the horizontal part of the borehole is arranged at the distal end of the measuring cable.
  • the amount of the forces ⁇ Fi and F 2 introduced is controlled as a function of the amount of the weight force FG by means of a measuring, control and evaluation unit.
  • the geophysical measuring cable has a very high axial rigidity, the dilation caused by the application of the thrust force F and the transverse contraction caused by the application of the tensile force F 2 are low.
  • the dilation and the transverse contraction are used according to the invention as parameters for determining the effective length of the driven geophysical measuring cable and / or for introducing the forces Fi and F 2 from the amount and relation to one another.
  • the measuring cable inserted into the borehole is subjected to shear forces or braking forces ⁇ F ⁇ and possibly tensile forces F 2 depending on the acting weight force F G and the associated insertion length into the borehole.
  • the lowered measuring cable accelerates due to its own weight, which means that the measuring cable has to be braked.
  • This braking force or negative thrust force -Fi is generated by a cable-thrust drive, which is arranged outside the borehole on a vehicle boom of a movable transport vehicle.
  • a thrust caterpillar is provided as the thrust drive, which works, for example, according to the "inch-worm" principle, which is used, inter alia, in an extrusion system known from the prior art.
  • the measuring cable After reaching the low point of the vertical part of the borehole, the measuring cable moves into a first horizontal section of the borehole and must still be braked. Because the measuring cable rests in the horizontal part of the borehole and is driven further, a frictional force arises between the borehole wall and the measuring cable, which counteracts the weight of the measuring cable. The result is that the weight F G counteracting braking force -F ⁇ can theoretically be reduced. However, since the friction force is negligibly small in relation to the weight force FG, at least in the first horizontal section, the braking force -Fi is usually kept constant in practice.
  • the second partial section of the horizontal part of the borehole adjoining the first partial section is characterized in that by a possible compensation or by the “consumption” of the weight force F G by the frictional force in the horizontal area of the further advance of the measuring cable can be realized with the aid of the reversible cable-thrust drive.
  • reversible means that the push-cable drive can apply not only a braking force -Fi but also a pushing force + F 1 to the measuring cable.
  • the positive thrust + F 1 is preferably increased until the maximum value of + F 1 is reached .
  • a controlled switchover between the braking force -Fi and the positive pushing force + F 1 of the cable-pushing drive takes place under the condition that the friction coefficient / ⁇ . is not reached, i.e. that the measuring cable does not come to a standstill.
  • the preferably alternating tensile force application + F 2 of the measuring cable can take place by means of the cable-tensile drive.
  • the application of a tensile force is carried out in an interval between 30% and 100%, but preferably in an interval between 50% and 100%, of the maximum tensile force + F 2 .
  • the cable-pull drive generating the pulling force F 2 and the cable-push drive generating the pushing force Fi are connected to a measuring, control and evaluation unit by means of control and measuring lines which are located in the core of the measuring cable.
  • the measuring, regulating and evaluation unit is designed in such a way that it is possible to control the introduction of the forces Fi and F 2 from the magnitude and the relation to one another, that is to say their synchronization. This prevents jamming or torsion of the measuring cable both in the vertical part of the borehole and in the horizontal part of the borehole and ensures an optimal introduction of force with regard to the propulsion of the measuring cable.
  • the cable-thrust drive and / or the cable-pull drive are designed according to the invention to be controllable by an electric motor or hydraulically by means of the measuring, control and evaluation unit.
  • the device for introducing geophysical measuring cables into vertical and horizontal boreholes comprises (a) a transport vehicle receiving the measuring cable with a vehicle bracket and a measuring, control and evaluation unit,
  • the cable-thrust drive designed as a thrust caterpillar, preferably works according to the well-known "inch-worm" principle in accordance with an extrusion system.
  • the thrust caterpillar is designed in such a way that the measuring cable has a negative thrust force -Fi or a braking force , and on the other hand to be able to apply a positive thrust + F 1 Switching the reversible cable-thrust drive in these two modes is preferably the measuring, control and evaluation unit, which is placed in the body of the transport vehicle.
  • the train drive designed as a caterpillar is supported in the lock tube. After passing the lock and reaching the deployment position, the pull caterpillar advantageously widens to the inside diameter of the borehole.
  • the measuring technology comprises at least one measuring head equipped with measuring probes, which is arranged in the region of the distal end of the geophysical measuring cable.
  • High temperature-resistant and wear-resistant sensors are used as measuring probes.
  • the preferably cylindrical lock has a hydraulic seal at the axial end facing the cable-thrust drive.
  • This cuff-like hydro seal acts radially on the running surface of the special measuring cable that is passed through the lock.
  • the hydro-seal is preferably designed as a flexible circular ring and is equipped with means to seal the lock against the atmosphere in a pressure-tight and media-tight manner even when the cable-pull drive and the measurement technology arranged at the distal end of the cable are inserted.
  • Fig. 1 a device for inserting geophysical measuring cables in horizontal and vertical boreholes using a Mobile Technological Complex (MTK) in interaction with a lock and the train drive.
  • MTK Mobile Technological Complex
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the Mobile Technological Complex (MTK) 1, comprising a transport vehicle 1.1 receiving the geophysical measurement cable 2 with a vehicle bracket 1.4 and a measurement, control and evaluation unit 1.2, a deflection roller 1.5 and a vertically extending controllable cable - Thrust drive 1.6, which is arranged on the vehicle boom 1.4 in conjunction with a lock 3 and the cable-train drive 6.
  • the drilling fields which can often be accessed in difficult and remote areas, can be effortlessly connected with the Transport vehicle 1.1 can be reached.
  • the measuring, regulating and evaluating unit 1.2 of the MTK 1 is placed in the air-conditioned container-like structure of the transport vehicle 1.1 and thus ensures working independently of the external environmental influences and temperatures.
  • An additional power supply for the MTK 1 is provided by a self-sufficient diesel unit, not shown.
  • the vehicle boom 1.4 arranged on the body of the transport vehicle 1.1 is pivotally mounted so that the measurements and explorations can be carried out independently of an additional vehicle crane.
  • the measuring cable 2 is rolled up on a cable drum 1.3 of the transport vehicle 1.1 in the delivery state and is guided through the cable-thrust drive 1.6 and the lock 3 to the borehole 4 for the purpose of exploring the borehole 4 using an unillustrated cable guide and the deflection pulley 1.5.
  • the cylinder-shaped lock 3 arranged in the direction of advance of the geophysical measuring cable 2 after the cable-thrust drive 1.6 has a first and a second axial end.
  • a sleeve-like cable seal 3.1 is provided, which is designed as a hydraulic seal.
  • the cable seal 3.1 is designed with means not described in detail in order to seal the special measuring cable 2 with a smooth running surface in a leakproof manner, even under conveying conditions.
  • the second axial end of the lock 3 is designed as a borehole closure 3.2, which decouples the lock 3 from the borehole mouth 3.3 of the borehole 4 in a media-tight and pressure-tight manner.
  • the borehole closure 3.2 preferably has two, but in the figure shown only one, actuator (s) and the associated actuator (s).
  • the actuators of the actuators are controlled by means of the measuring, regulating and control unit 1.2 of the MTK 1.
  • the entire borehole 4 basically consists of a vertical part and a horizontal part, the horizontal part in turn having two horizontal sections 4.1 and 4.2 having.
  • the vertical part of the borehole 4 measures three thousand meters and the horizontal part of the borehole 4.1, 4.2, starting from the low point of the vertical part of the borehole 4, approximately eight hundred to one thousand meters.
  • the first, approximately two hundred meter long section 4.1 of the horizontal part of the borehole 4 directly adjoins the vertical part of the borehole 4 and is characterized in that it is at least partially curved.
  • the second partial area 4.2 adjoining the first partial area 4.1 is correspondingly six hundred to eight hundred meters long.
  • the total borehole length is therefore 3800 m. Since the horizontal region of the borehole 4, starting from the vertical region, can be formed in any radial direction, the exploitable area that can be developed is approximately 2 km 2 .
  • the controllable cable-pull drive 6 according to the invention is arranged at the distal end of the geophysical measurement cable 2 within the borehole 4, here specifically in the second partial area 4.2 of the horizontal part of the borehole 4.
  • the measurement technology provided for detecting the physical parameters of the passing rock formations is located in the area of the distal end of the measurement cable 2 and is identified by reference number 5.
  • the special measuring cable 2 consists of a core and an outer jacket designed as a reinforcement.
  • the outer jacket is made up of at least one layer of Z-wires, which are helically wrapped around the core to form a media-tight, smooth outer surface. For this purpose, adjacent Z-wires interlock with one another in a positive and, if necessary, non-positive manner.
  • optical fiber cables are placed as measuring and control conductors, which extend over the cable length.
  • the cable-thrust drive 1.6, the cable-pull drive 6 and the measuring technology 5 are connected to the measuring, regulating and evaluation unit 1.2 of the MTK 1 by means of these measuring and control conductors.
  • the measuring technology 5 comprises at least one measuring head equipped with measuring probes.
  • the control of the cable-thrust drive 1.6 and / or the cable-train drive 6 is performed by an electric motor or hydraulically using Control signals generated by the measuring, regulating and evaluating unit 1.2 of the MTK 1.
  • the method for inserting the geophysical measuring cable 2 is implemented using the MTK 1 as follows.
  • the measuring cable 2 is guided through the lock 3 and inserted into the vertical part of the borehole 4.
  • a positive pushing force + F is briefly applied to the measuring cable 2 by means of the cable push drive 1.6.
  • the weight force FG of the retracted measuring cable 2 acts such that the measuring cable 2 accelerates itself, as a result of which the measuring cable 2 is automatically propelled in the vertical part of the borehole 4.
  • the reversible cable-thrust drive 1.6 is switched over at this point in time for the purpose of generating a negative thrust-Fi as braking force.
  • the negative thrust force -F1 used to brake the measuring cable 2 is controlled in dependence on the weight force FG of the measuring cable 2 by means of the measuring, control and evaluation unit 1.2.
  • This negative shear force -Fi is still low at the beginning of the insertion of the measuring cable 2 into the vertical part of the borehole 4 and must, however, due to the increasing weight F G of the measuring cable 2 unrolled from the cable drum 1.3 shown in FIG. 1 in this exemplary embodiment about 45 kN can be increased.
  • the measuring cable 2 is pushed into a first horizontal sub-region 4.1 of the borehole 4 due to its weight force FG. In this first horizontal sub-region, the measuring cable 2 is still braked by means of the cable-thrust drive 1.6 ,
  • the braking force -Fi applied by the cable-thrust drive 1.6 could be reduced by an amount corresponding to this tenth, but this is not mandatory in practice necessary is.
  • the positive thrust Fi and optionally also the cable-pull drive 6 arranged at the distal end of the measuring cable 2 can optionally be activated.
  • a tensile force F 2 is applied to the measuring cable, the magnitude of the forces i and F 2 being introduced depending on the amounts of the weight force F G by the measuring rule - And evaluation unit 1.2 is generated.
  • This tensile force F 2 can be applied continuously or alternately to the measuring cable 2.
  • the length of the individual sections 4.1, 4.2 of the horizontal part of the borehole 4 are of course not fixed and cannot be determined by them. Rather, these sub-areas 4.1, 4.2 can be indicated by the applied forces Fi and possibly F 2 in conjunction with the weight force F G , these forces Fi and F 2 depending on the determined weight force F G by means of the cable-thrust drive 1.6 and possibly the cable-train drive 6 are applied to the measuring cable 2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

Erfindungsgemäß erfolgt der Vortrieb eines axialsteifen geophysikalischen Messkabels (2) im Bohrloch (4) unter Ausnutzung der Gewichtskraft FG des Messkabels sowie unter Verwendung eines eine Schubkraft F1 erzeugenden Kabel-Schub-Antriebs (1.6), der außerhalb des Bohrlochs (4) angeordnet ist, wobei die Gewichtskraft FG und die Schubkraft F1 mit fortschreitender Bohrlochlänge wie folgt wirksam werden: a. Aufbringen einer der Gewichtskraft FG des Messkabels (2) entgegenwirkenden negativen Schub-Kraft -F1 als Bremskraft auf das geophysikalische Messkabel (2) mittels des Kabel-Schub­Antriebs (1.6) im vertikalen Bereich des Bohrlochs (4) und in einem ersten horizontalen Bereich (4.1) des Bohrlochs (4), b. Aufbringen einer positivenSchubkraft +F1 auf das geophysikalische Messkabel (2) mittels des Kabel-Schub­ Antriebs (1.6) zum Durchfahren eines zweiten horizontalen Bereichs (4.2) des Bohrlochs (4), wobei der Betrag der aufgebrachten Kräfte +F1 und -F1 in Abhängigkeit der veränderlichen Gewichtskraft FG und der erforderlichen Einschublänge des Messkabels (2) im zweiten horizontalen Bereich (4.2) des Bohrlochs (4) mittels einer Mess-, Regel- und Auswerteinheit (1.2) gesteuert werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen von geophysikalischen Messkabeln in horizontale und vertikale Bohrlöcher
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen von geophysikalischen esskabeln in horizontale und vertikale Bohrlöcher.
Viele Energieressourcen befinden sich in untertägigen Bereichen. Sie werden durch verschiedene Methoden erkundet und die ermittelten Daten zur Gewinnung aufbereitet. Aus Bohrungen, die teilweise in größere Teufen vorgetrieben werden, können Informationen erlangt werden, um ein Abbaugebiet in der Erkundungsphase für die zur Erkundung interessierenden Energieressourcen in der flächigen Ausdehnung einzugrenzen, die Bedingungen für den Abbau oder die Förderung zu klären und die Qualität des interessierenden Materials zu präzisieren.
Bei Bohrungen, die dem Abbau einer Energieressource dienen soll, erfolgt das Abteufen zielgerichtet in diejenige geologische Formation, aus der später gefördert werden soll. Der Verlauf dieser Bohrungen erstreckt sich oftmals aus der Vertikalen in den meist horizontal anzutreffenden geologischen Zielhorizont.
Die Energieressourcen, die derzeitig und auch noch in näherer Zukunft größte Bedeutung besitzen, sind das Erdöl und das Erdgas. Die bereits bekannten abbauwürdigen Lagerstätten befinden sich häufig in klimatischen Extremen (Wüsten- und Tundragebieten) oder unter der Meeresoberfläche.
Beim Abteufen der Bohrungen werden viele Informationen durch Bohrkerne, das ausgetragene Bohrgut und Analysen der Bohrspülung zusammengetragen. Zur Vervollständigung der Erkenntnisse werden geophysikalische Messungen durchgeführt. Dazu werden an einem Messkabel Sonden in den Bohrlöchern herabgefahren. Die Sonden leiten dann die Messimpulse über das Kabel an die Messapparatur, die meist auf einem Fahrzeug installiert ist, welches das Messkabel aufnimmt und vortreibt.
Die Messungen können sowohl während des Abteufens in offenen Bohrlöchern als auch unter Förderbedingungen mit verrohrten Bohrlöchern durchgeführt werden.
Die gewonnenen Messergebnisse geben Auskunft über den Verlauf der Bohrung mit den Abweichungen der Bohrlochachse von der Vertikalen, der geologischen Schichtenfolge, der Struktur der Gesteinsformation und deren Eigenschaften, wie z. B. Druck oder Temperatur. Bereits zum Zeitpunkt der Förderungen können Informationen über den Umfang der Energieressourcen, des 3-Phasen-Flusses oder der Permeabilität gewonnen werden, was jedoch nur mit speziellen Zusatzausrüstungen realisierbar ist.
Das derzeitige Hauptanliegen der Bohrtätigkeit besteht darin, die Effizienz der Nutzung der bekannten geologischen Speichergesteine, aus denen Erdöl oder Erdgas gefördert oder in das Reservoir Gas oder ein anderes Medium eingepresst wird, zu erhöhen.
Aus diesem Grund werden die Speicherhorizonte intensiv horizontal erschlossen. Häufig werden von einer einzigen Vertikalbohrung mehrere neigungsgerichtete oder horizontale Bohrlöcher gerichtet abgelenkt.
Aus den Horizontalbohrungen sind nur mit sehr aufwendigen Methoden geophysikalische Informationen zu erhalten. Erkundungen im neigungsgerichteten oder horizontalen Teil des Bohrlochs werden insbesondere durch das Problem des Heranführens der geophysikalischen Messkabel und der zugehörigen Messtechnik erschwert. Das liegt zum einen daran, dass das It. Stand der Technik verwendete Messkabel keine für eine axiale Schubkraftbeaufschlagung ausreichende Axialsteifigkeit aufweist und zum anderen daran, dass der Vortrieb des Kabels im horizontalen Bereich des Bohrlochs bislang nur durch das Eigengewicht des Messkabels und mit dem Gewicht der angekoppelten Sonden realisiert werden konnte.
Auch unter Verwendung von Kabelsonderanfertigungen mit speziellen Hilfseinrichtungen konnten die horizontalen Bohrlöcher bislang nur bis zu einer Länge von 100 m vermessen werden .
Der derzeitige Stand der Technik bei den Messkabeln gestattet keine bzw. nur eine ganz geringe Axialschubbeaufschlagung, da die Messkabel keine ausreichende Axialsteifigkeit aufweisen.
Zur geophysikalischen Vermessung der horizontalen Abschnitte der Bohrlöcher sind zwei unterschiedliche Technologien aus dem Stand der Technik vorbekannt.
Bei der ersten Technologie wird ein langes und flexibles spezielles Stahlrohr mit innenliegenden Messkabeln, das auf einer Trommel mit einem sehr großen Durchmesser eines speziellen Aufzugs gewickelt ist, in das Bohrloch eingefahren. Am distalen Ende des Messkabels sind die Messsonden platziert, die die gewonnenen Informationen über das Messkabel an eine obertägige Messapparatur übertragen. Nachteilig an dieser Technologie sind die sehr hohen Kosten für das Stahlrohr, weshalb dieses Verfahren nur bei besonderem Bedarf an Informationen über die tatsächliche Bohrlochsituation eingesetzt wird.
Eine weitere vorbekannte Technologie zur horizontalen Vermessung der Bohrlöcher besteht darin, dass ein nicht axialsteifes und damit nur mit Zugkräften beaufschlagbares Kabel beim Verlassen des vertikalen Bereichs des Bohrlochs mittels eines Vortriebs, der sich am distalen Ende des Kabels bzw. der Messsonde befindet, vorangetrieben wird. Unzulänglichkeiten, die die Verbreitung des Einsatzes dieser Technologie behindern, bestehen darin, dass die Zugkraft des Vortriebs und damit die zu erkundende Länge des horizontalen Teils des Bohrlochs beschränkt ist. Ferner erfordert der Vortrieb eine besondere Gestaltung mit nur einem geringen hydraulischen und aerodynamischen Widerstand im Bohrloch.
Bei Messungen unter Förderbedingungen werden an die dazu benötigte Schleuse zur Abdichtung des Bohrlochsmundes gegenüber der Atmosphäre ganz besondere technische Anforderungen gestellt, da eine vollständige Dichtheit des Messkabels gegenüber dem Fördermedium gewährleistet werden muss.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen von geophysikalischen Messkabeln in vertikale und horizontale Bohrlöcher zu entwickeln, mit denen die Erkundung von sehr langen horizontalen Bohrlöchern auch unter Förderbedingungen ermöglicht wird und mit denen die Erschließungskosten der zu fördernden Energieressourcen wesentlich verringert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Verfahrens gemäß des Patentanspruchs 1 sowie durch die Merkmale der Vorrichtung gemäß des nebengeordneten Patentanspruchs 7 gelöst. Die zugehörigen Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Nach der Konzeption der Erfindung umfasst das Verfahren zum Einbringen von geophysikalischen axialsteifen Messkabeln in vertikale und horizontale Bohrlöcher und dessen Vortrieb unter Ausnutzung der Gewichtskraft FG des Messkabels sowie unter Verwendung eines eine Schubkraft
Figure imgf000006_0001
erzeugenden Kabel-Schub-Antriebs, der außerhalb des Bohrlochs angeordnet ist, folgende Verfahrensschritte, wobei die Gewichtskraft FG und die Schubkraft Fi mit fortschreitender Bohrlochlänge wie folgt wirksam werden: a. Aufbringen einer der Gewichtskraft FG des Messkabels entgegenwirkenden negativen Schub-Kraft -F-i als Bremskraft auf das geophysikalische Messkabel mittels des Kabel-Schub- Antriebs im vertikalen Bereich des Bohrlochs und in einem ersten horizontalen Bereich des Bohrlochs, b. Aufbringen einer positiven Schubkraft +F^ auf das geophysikalische Messkabel mittels des Kabel-Schub-Antriebs zum Durchfahren eines zweiten horizontalen Bereichs des Bohrlochs,
wobei der Betrag der aufgebrachten Kräfte +F1 und -Fi in Abhängigkeit der veränderlichen Gewichtskraft FQ und der erforderlichen Einschublänge des Messkabels im zweiten horizontalen Bereich des Bohrlochs mittels einer Mess-, Regel- und Auswerteinheit gesteuert werden.
Dadurch, dass ein axialsteifes Messkabel für die Bohrlochmessung eingesetzt wird, ist es in bestimmten Längenbereichen möglich, den Vortrieb des Messkabels im Bohrloch im Wesentlichen auch ohne eine externe Kraftbeaufschlagung, zum Beispiel durch Schubkraft- oder Zugkraftbeaufschlagung, zu realisieren. Die wirkende Gewichtskraft FG des Messkabels beim Einfahren in das Bohrloch sichert nicht nur das Durchfahren des vertikalen Bereichs des Bohrlochs, sondern auch den nahezu selbsttätigen Vortrieb in einem ersten horizontalen Bereich des Bohrlochs. Die Ausbeutungsfläche pro vertikaler Bohrung wird damit wesentlich erhöht, da das Messkabel, ausgehend vom jeweiligen Tiefpunkt der vertikalen Bohrung, in den radial sich in jede beliebige Richtung erstreckbaren horizontalen Teil des Bohrlochs, vorangetrieben werden kann.
Das hierzu verwendete spezielle Messkabel weist eine sehr hohe Axialsteifigkeit auf und kann nunmehr mit Druckkraft sowie Schubkraft beaufschlagt werden. Das spezielle Messkabel ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wird jedoch aus Gründen einer besseren Verständlichkeit des Anmeldegegenstandes, kurz ausgeführt. Das Messkabel besteht aus einem Kern und einem als Armierung ausgebildeten Außenmantel. Der Außenmantel ist dabei aus mindestens einer Lage Z-Drähte aufgebaut, die unter Bildung einer mediendichten glatten Außenfläche schraubenlinienförmig um den Kern geschlagen sind. Jeweils benachbarte Z-Drähte greifen dazu form- und ggf. kraftschlüssig ineinander ein und sitzen form- und ggf. kraftschlüssig auf einem das Mess- und Steuerleiterbündel umhüllenden Spezialmantel auf. Im Kern dieses geophysikalisches Messkabels sind optische Glasfaserleiter und/oder metallische Leiter als Mess- und Steuerleiter platziert, die sich über die Kabellänge erstrecken.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann zur Unterstützung beim Durchfahren des zweiten horizontalen Bereichs des Bohrlochs zusätzlich zu den wirkenden Kräften FG und ± Fi ggf. eine Zugkraft F2 auf das Messkabel aufgebracht werden, die unter Verwendung eines Kabel-Zug-Antriebs, der innerhalb des horizontalen Teils des Bohrlochs am distalen Ende des Messkabels angeordnet ist, erzeugt wird. Dabei wird der Betrag der eingeleiteten Kräfte ± Fi und F2 in Abhängigkeit des Beträge der Gewichtskraft FG mittels einer Mess-, Regel- und Auswerteinheit gesteuert.
Dadurch, dass das geophysikalischen Messkabel eine sehr hohe Axialsteifigkeit aufweist, ist die durch das Aufbringen der Schubkraft F verursachte Dilatation und die durch das Aufbringen der Zugkraft F2 verursachte Querkontraktion gering. Die Dilatation und die Querkontraktion werden erfindungsgemäß als Parameter zur Bestimmung der effektiven Länge des vorgetriebenen geophysikalischen Messkabels und/oder zur Einleitung der Kräfte Fi und F2 vom Betrag und Relation zueinander verwendet.
Das in das Bohrloch eingeführte Messkabel wird in Abhängigkeit der wirkenden Gewichtskraft FG und der zugehörigen Einschublänge in das Bohrlochs mit Schubkräften oder Bremskräften ± F^ und ggf. Zugkräften F2 beaufschlagt. Im vertikalen Teil des Bohrlochs beschleunigt das herabgelassene Messkabel auf Grund seines Eigengewichts, was dazu führt, dass das Messkabel abgebremst werden muss. Diese Bremskraft bzw. negative Schubkraft -Fi wird von einem Kabel-Schub-Antrieb erzeugt, der außerhalb des Bohrlochs an einem Fahrzeugausleger eines verfahrbaren Transportfahrzeugs angeordnet ist. Als Schub-Antrieb ist dabei eine Schubraupe vorgesehen, die beispielsweise nach dem „inch-worm" - Prinzip arbeitet, was u.a. bei einer aus dem Stand der Technik vorbekannten Extrusionsanlage zur Anwendung kommt.
Nach dem Erreichen des Tiefpunktes des vertikalen Teils des Bohrlochs schiebt sich das Messkabel in einen ersten horizontalen Teilbereich des Bohrlochs und muss weiterhin abgebremst werden. Dadurch, dass das Messkabel im horizontalen Teil des Bohrlochs aufliegt und weiter vorangetrieben wird, entsteht zwischen der Bohrlochwandung und dem Messkabel eine Reibungskraft, die der Gewichtkraft des Messkabels entgegenwirkt. Das führt dazu, dass die der Gewichtskraft FG entgegenwirkende Bremskraft -F-\ theoretisch verringert werden kann. Da aber die Reibungskraft im Verhältnis zur Gewichtskraft FG zumindestens im ersten horizontalen Teilbereich vernachlässigbar klein ist, wird in der Praxis die Bremskraft -Fi üblicherweise konstant gehalten.
Der sich an den ersten Teilabschnitt anschließende zweite Teilabschnitt des horizontalen Teils des Bohrlochs ist dadurch gekennzeichnet, dass durch eine etwaige Kompensation bzw. durch das „Aufzehren" der Gewichtskraft FG durch die Reibungskraft im horizontalen Bereich der weitere Vortrieb des Messkabels unter Zuhilfenahme des reversibel ausgebildeten Kabel-Schub-Antriebs realisiert werden kann. Reversibel bedeutet im Sinne der Erfindung, dass der Kabel-Schub-Antrieb neben einer Bremskraft -Fi auch eine Schubkraft +F1 auf das Messkabel aufbringen kann. Die positive Schubkraft +F1 wird vorzugsweise bis zum Erreichen des Maximalwertes von +F1 erhöht.
Eine gesteuerte Umschaltung zwischen der Bremskraft -Fi und der positiven Schubkraft +F1 des Kabel-Schub-Antriebs erfolgt unter der Maßgabe, dass der Reibungsbeiwert / <. nicht erreicht wird, also dass das Messkabel nicht zum Stillstand kommt.
Für den Fall, dass das Messkabel bereits im vertikalen Teil des Bohrlochs zum Stillstand käme, erfolgt die Umschaltung zwischen Bremskraft -Fi und positiver Schubkraft +F-ι des Kabel-Schub-Antriebs bereits in diesem Teil des Bohrlochs.
Im weiteren Verlauf des Vortriebs kann ggf. zusätzlich zur positiven Druckkraftbeaufschlagung +F1 mittels des Kabel-Schub-Antriebs die vorzugsweise alternierende Zugkraftbeaufschlagung +F2 des Messkabels mittels des Kabel-Zug-Antriebs erfolgen. Die Beaufschlagung mit einer Zugkraft wird dabei in einem Intervall zwischen 30% und 100 %, vorzugsweise jedoch in einem Intervall zwischen 50 % und 100 %, der maximalen Zugkraft +F2 durchgeführt.
Während des vorgenannten Einführvorgangs des Messkabels bis zur gewünschten Einsatzposition im Bohrloch besteht die Gefahr, dass die Bewegung des Kabels an seinem distalen Ende zum Stillstand kommt. Um diesen unerwünschten und für die Anlagensicherheit gefährlichen Zustand auszuschließen, wird deshalb die Kabelbewegung des Messkabels an seinem distalen Ende erfasst. Vor einem etwaigen Kabelstillstand wird rechtzeitig über den Kabel-Zug-Antrieb die Zugkraft +F2 in ausreichender Größe auf das Messkabel aufgebracht.
Der die Zugkraft F2 erzeugende Kabel-Zug-Antrieb und der die Schubkraft Fi erzeugende Kabel-Schub-Antrieb sind mittels Steuer- und Messleitungen, die sich im Kern des Messkabels befinden, gemeinsam mit einer Mess-, Regel- und Auswerteinheit verbunden. Die Mess-, Regel- und Auswerteinheit ist derart ausgebildet, um die Einleitung der Kräfte Fi und F2 vom Betrag und der Relation zueinander, also ihre Synchronisation, steuern zu können. Somit wird ein Verklemmen oder eine Torsion des Messkabels sowohl im vertikalen Teil des Bohrlochs als auch im horizontalen Teil des Bohrlochs ausgeschlossen und eine optimale Krafteinleitung hinsichtlich des Vortriebs des Messkabels sichergestellt.
Der Kabel-Schub-Antrieb und/oder der Kabel-Zug-Antrieb sind erfindungsgemäß elektromotorisch oder hydraulisch mittels der Mess-, Regel- und Auswerteinheit steuerbar ausgebildet.
Mit dem für die Schleuse vorgesehenen Hydro-Abdichtsystem kann in Verbindung mit dem speziellen Messkabel eine sehr hohe Dichtheit des Bohrlochs gegenüber der Atmosphäre erzielt werden. Die Erkundung des vertikalen Teils sowie des horizontalen Teils des Bohrlochs kann somit auch unter Förderbedingungen erfolgen. Die oftmals strengen ökologischen Auflagen der Erdöl oder Ergas fördernden Länder können damit umfassend erfüllt werden.
Der Aufbau der erfindungsgemäße Schleuse, die einerseits zum druckdichten und mediendichten Entkoppeln des Bohrlochmundes und zum Einführen des Messkabels vorgesehen ist, wird an späterer Stelle ausführlich beschrieben.
Nach der Erfindung umfasst die Vorrichtung zum Einbringen von geophysikalischen Messkabeln in vertikale und horizontale Bohrlöcher (a) ein das Messkabel aufnehmendes Transportfahrzeug mit einem Fahrzeugausleger sowie einer Mess-, Regel- und Auswerteinheit,
(b) einen analog zur Messkabelführung sich vertikal erstreckenden steuerbaren Kabel-Schub-Antrieb, der am Fahrzeugausleger angeordnet ist,
(c) eine in Vortriebsrichtung des geophysikalischen Messkabels nach dem Kabel-Schub-Antrieb angeordnete Schleuse, deren erstes axiales Ende eine Kabelabdichtung aufweist, und deren zweites axiales Ende einen Bohrlochverschluss aufweist, der die Schleuse von dem Bohrlochmund des Bohrlochs medien- und druckdicht entkoppelt,
(d) einen abhängig vom gewünschten horizontalen Vorschub des Messkabels wahlweise einsetzbaren steuerbaren Kabel-Zug-Antrieb, der am distalen Endes des geophysikalischen Messkabels innerhalb des Bohrlochs angeordnet ist,
(e) Messtechnik, zur Erfassung der physikalischen Parameter der passierenden Gesteinsformationen und vorhandenen Medien sowie
(f) sich über die Kabellänge im Kabelkern erstreckende Steuerleitungen, über die der Kabel-Schub-Antrieb, der Kabel-Zug- Antrieb und die Messtechnik mit der Mess-, Regel- und Auswerteinheit verbunden sind.
Der als Schub-Raupe ausgebildete Kabel-Schub-Antrieb arbeitet hierbei vorzugsweise nach dem bekannten „inch-worm"-Prinzip gemäß einer Extrusionsanlage. Die Schub-Raupe ist derart ausgebildet, um das Messkabel einerseits mit einer negativen Schubkraft -Fi, respektive eine Bremskraft, und andererseits mit einer positiven Schubkraft +F1 beaufschlagen zu können. Zur Umschaltung des reversibel arbeitenden Kabel-Schub-Antriebs in diese beiden Modi wird bevorzugt die Mess-, Steuer- und Auswerteinheit eingesetzt, die im Aufbau des Transportfahrzeugs platziert ist.
Beim Durchführen des geophysikalischen Messkabels durch die Schleuse stützt sich der als Zug-Raupe ausgebildete Zug-Antrieb im Schleusenrohr ab. Nach dem Passieren der Schleuse und Erreichen der Einsatzposition verbreitert sich die Zug-Raupe in vorteilhafter Weise bis auf den Innendurchmesser des Bohrlochs.
Die Messtechnik umfasst mindestens einen mit Messsonden bestückten Messkopf, der im Bereich des distalen Endes des geophysikalischen Messkabels angeordnet ist. Als Messsonden werden hochtemperaturbeständige und verschleißfeste Messwertaufnehmer eingesetzt.
Die vorzugsweise zylinderförmig ausgebildete Schleuse weist an dem zum Kabel-Schub-Antrieb weisenden axialen Ende eine Hydro-Abdichtung auf. Diese manschettenartige Hydro-Abdichtung wirkt radial auf die Lauffläche des durch die Schleuse durchgeführten speziellen Messkabels. Die Hydro- Abdichtung ist dazu bevorzugt als flexibler Kreisring ausgebildet und mit Mitteln ausgestattet, um die Schleuse auch beim Einführen des am distalen Ende des Kabels angeordneten Kabel-Zug-Antriebs und der Messtechnik gegenüber der Atmosphäre druck- und mediendicht abzudichten.
In Verbindung mit dem speziellen Messkabel, dessen Lauffläche geschlossen ist, kann selbst bei auftretenden Drücken bis zu 350 bar eine zuverlässige Abdichtung der Schleuse erreicht werden, da die effektive Ausströmfläche zwischen der Innenwandung der Hydro-Abdichtung und der Lauffläche des Messkabels praktisch 0 ist. Eine Schleuse mit einer derartigen Abdichtung kann somit auch problemlos zur Förderung von Ergas eingesetzt werden. Die signifikanten Vorteile und Merkmale der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind im Wesentlichen:
■ Erkundungen des horizontalen Bohrlochs auch unter Förderbedingungen unter Verwendung einer Schleuse mit Hydro- Abdichtung und eines speziellen Messkabels mit geschlossener Lauffläche, ■ Erkundungen von langen horizontalen Bohrlöchern unter Verwendung eines gesteuerten Kabel-Schub-Antriebs und eines gesteuerten Kabel- Zug-Antriebs sowie ■ optimierte Krafteinleitung mittels des Kabel-Schub-Antriebs und ggf. mittels des Kabel-Zug-Antriebs durch Erfassung der Dilatation und Querkontraktion des Messkabels.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich dem Fachmann des Weiteren aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform im Hinblick auf die anliegende Zeichnungen; in dieser zeigt:
Fig. 1 : eine Vorrichtung zum Einbringen von geophysikalischen Messkabeln in horizontale und vertikale Bohrlöcher unter Verwendung eines Mobilen Technologischen Komplexes (MTK) im Zusammenspiel mit einer Schleuse und dem Zugantrieb.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Mobilen Technologischen Komplexes (MTK) 1 , umfassend ein das geophysikalische Messkabel 2 aufnehmendes Transportfahrzeug 1.1 mit einem Fahrzeugausleger 1.4 sowie einer Mess-, Regel- und Auswerteinheit 1.2, einer Umlenkrolle 1.5 und einen sich vertikal erstreckenden steuerbaren Kabel-Schub-Antrieb 1.6, der am Fahrzeugausleger 1.4 angeordnet ist im Zusammenspiel mit einer Schleuse 3 und dem Kabel-Zug-Antrieb 6. Die oftmals in unwegsamen und abgelegenen Gebieten zu erschließenden Bohrfelder können mühelos mit dem Transportfahrzeug 1.1 erreicht werden. Die Mess-, Regel- und Auswerteinheit 1.2 des MTK 1 ist in dem klimatisierten containerartigen Aufbau des Transportfahrzeugs 1.1 platziert und sichert so ein Arbeiten unabhängig von den äußeren Umwelteinflüssen und Temperaturen. Eine zusätzliche Stromversorgung des MTK 1 erfolgt mittels eines nichtdargestellten autark betriebenen Dieselaggregats. Der am Aufbau des Transportfahrzeugs 1.1 angeordnete Fahrzeugausleger 1.4 ist schwenkbar gelagert, so dass die Messungen und Erkundungen unabhängig von einem zusätzlichen Fahrzeugkran durchgeführt werden können. Das Messkabel 2 ist im Lieferzustand auf einer Kabeltrommel 1.3 des Transportfahrzeugs 1.1 aufgerollt und wird zum Zwecke der Erkundung des Bohrlochs 4 unter Verwendung einer nichtdargestellten Kabelführung und der Umlenkrolle 1.5 durch den Kabel- Schub-Antrieb 1.6 und die Schleuse 3 bis zum Bohrloch 4 geführt. Die in Vortriebsrichtung des geophysikalischen Messkabels 2 nach dem Kabel- Schub-Antrieb 1.6 angeordnete zylinderförmig ausgebildete Schleuse 3 weist ein erstes und ein zweites axiales Ende auf. An dem ersten axialen Ende ist eine manschettenartige Kabelabdichtung 3.1 vorgesehen, die als Hydro- Abdichtung ausgebildet ist. Die Kabelabdichtung 3.1 ist mit nicht näher beschriebenen Mitteln ausgelegt, um das spezielle Messkabel 2 mit einer glatten Lauffläche leckagedicht, auch unter Förderbedingungen, abzudichten. Das zweite axiale Ende der Schleuse 3 ist als Bohrlochverschluss 3.2 ausgebildet, der die Schleuse 3 von dem Bohrlochmund 3.3 des Bohrlochs 4 medien- und druckdicht entkoppelt. Der Bohrlochverschluss 3.2 weist vorzugsweise zwei, in der dargestellten Figur jedoch nur ein, Stellglied(er) und die dazugehörigen Stellantrieb(e) auf. Beim Koppeln der Schleuse 3 mit dem nicht dargestellten Förderrohr des Bohrlochs 4 werden die Stellglieder geschlossen und im Förderbetrieb entsprechend wieder vollständig freigegeben. Die Steuerung der Stellantriebe der Stellglieder erfolgt mittels der Mess-, Regel- und Steuereinheit 1.2 des MTK 1. Das gesamte Bohrloch 4 besteht grundsätzlich aus einem vertikalen Teil und einem horizontalen Teil, wobei der horizontale Teil seinerseits zwei horizontale Teilbereiche 4.1 und 4.2 aufweist. Der vertikale Teil des Bohrlochs 4 misst dreitausend Meter und der sich ausgehend vom Tiefpunkt des vertikalen Teils des Bohrlochs 4 erstreckende horizontale Teil des Bohrlochs 4.1 , 4.2 ungefähr achthundert bis eintausend Meter. Der erste, ungefähr zweihundert Meter lange Teilbereich 4.1 des horizontalen Teils des Bohrlochs 4 schließt sich unmittelbar an den vertikalen Teil des Bohrlochs 4 an und ist dadurch gekennzeichnet, dass er zumindestens teilweise gekrümmt ausgebildet ist. Der sich an den ersten Teilbereich 4.1 anschließende zweite Teilbereich 4.2 ist entsprechend sechshundert bis achthundert Meter lang. Die gesamte Bohrlochlänge beträgt somit 3800 m. Da der horizontale Bereich des Bohrlochs 4, ausgehend vom vertikalen Bereich, in einer beliebigen radialen Richtung ausgebildet sein kann, beträgt die erschließbare Ausbeutungsfläche ungefähr 2 km2. Der erfindungsgemäße steuerbare Kabel-Zug-Antrieb 6 ist am distalen Ende des geophysikalischen Messkabels 2 innerhalb des Bohrlochs 4, hier speziell im zweiten Teilbereich 4.2 des horizontalen Teils des Bohrlochs 4 angeordnet. Die zur Erfassung der physikalischen Parameter der passierenden Gesteinsformationen vorgesehene Messtechnik befindet sich im Bereich des distalen Endes des Messkabels 2 und ist mit dem Bezugszeichen 5 gekennzeichnet. Das spezielle Messkabel 2 besteht aus einem Kern und einem als Armierung ausgebildeten Außenmantel. Der Außenmantel ist dabei aus mindestens einer Lage Z-Drähte aufgebaut, die unter Bildung einer mediendichten glatten Außenfläche schraubenlinienförmig um den Kern geschlagen sind. Jeweils benachbarte Z-Drähte greifen dazu form- und ggf. kraftschlüssig ineinander ein. Im Kern des geophysikalisches Messkabels 2 sind optische Glasfaserleiter als Mess- und Steuerleiter platziert, die sich über die Kabellänge erstrecken. Mittels dieser Mess- und Steuerleiter sind der Kabel-Schub-Antrieb 1.6, der Kabel-Zug-Antrieb 6 und die Messtechnik 5 mit der Mess-, Regel- und Auswerteinheit 1.2 des MTK 1 verbunden. Die Messtechnik 5 umfasst mindestens einen mit Messsonden bestückten Messkopf. Die Steuerung des Kabel-Schub-Antriebs 1.6 und/oder der Kabel- Zug-Antrieb 6 erfolgt elektromotorisch oder hydraulisch unter Verwendung von Steuersignalen, die von der Mess-, Regel- und Auswerteinheit 1.2 des MTK 1 generiert werden.
Das Verfahren zum Einbringen des geophysikalischen Messkabels 2 wird unter Verwendung des MTK 1 wie folgt realisiert. Das Messkabel 2 wird durch die Schleuse 3 geführt und in den vertikalen Teil des Bohrlochs 4 eingeführt. Hierzu wird kurzzeitig eine positive Schubkraft +Fι mittels des Kabel-Schub- Antriebs 1.6 auf das Messkabel 2 aufgebracht. Mit zunehmender Einschublänge wirkt die Gewichtskraft FG des eingefahrenen Messkabels 2 derart, dass das Messkabel 2 sich selbst beschleunigt, infolge dessen ein automatischer Vortrieb des Messkabels 2 im vertikalen Teil des Bohrlochs 4 erfolgt. Um zu große und nicht zu beherrschende Beschleunigungen des Messkabels 2 zu vermeiden, wird zu diesem Zeitpunkt der reversibel arbeitende Kabel-Schub-Antrieb 1.6 zum Zwecke der Generierung einer negativen Schubkraft -Fi als Bremskraft umgeschaltet. Mittels der Mess-, Regel- und Auswerteeinheit 1.2 wird die zum Bremsen des Messkabels 2 eingesetzte negative Schubkraft -F1 in Abhängigkeit der Gewichtskraft FG des Messkabels 2 gesteuert. Diese negative Schubkraft -Fi ist zu Beginn des Einfahrens des Messkabels 2 in den vertikalen Teil des Bohrlochs 4 noch gering und muss allerdings auf Grund der zunehmenden Gewichtskraft FG des von der in der Fig. 1 gezeigten Kabeltrommel 1.3 abgerollten Messkabels 2 bei diesem Ausführungsbeispiel bis ungefähr 45 kN erhöht werden. Mit dem Erreichen des Tiefpunktes des vertikalen Teils des Bohrlochs 2 schiebt sich das Messkabel 2 auf Grund seiner Gewichtskraft FG in einen ersten horizontalen Teilbereich 4.1 des Bohrlochs 4. In diesem ersten horizontalen Teilbereich wird das Messkabel 2 weiterhin mittels des Kabel-Schub-Antriebs 1.6 abgebremst.
Dadurch, dass das Messkabel 2 in dem horizontalen Teilbereich 4.1 und zu einem späteren Zeitpunkt auch im Teilbereich 4.2 des Bohrlochs 4 aufliegt und weiter vorgetrieben wird, entsteht eine Reibungskraft, die der Gewichtskraft FG 1b
des Messkabels 2 entgegenwirkt. Diese Reibungskraft beträgt jedoch nur ungefähr ein Zehntel der Gewichtskraft FG pro Längeneinheit des Messkabels 2. Theoretisch könnte somit die durch den Kabel-Schub-Antrieb 1.6 aufgebrachte Bremskraft -Fi um einen diesem Zehntel entsprechenden Betrag verringert werden, was jedoch in der Praxis nicht zwingend notwendig ist. Zum Durchfahren des zweiten horizontalen Teilbereichs 4.2 des Bohrlochs 2 und zum weiteren Vortrieb des Messkabels 2 kann optional die positive Schubkraft Fi und erforderlichenfalls zusätzlich der am distalen Ende des Messkabels 2 angeordnete Kabel-Zug-Antrieb 6 zugeschaltet werden.
Mittels dieses Kabel-Zug-Antriebs 6 wird zusätzlich zu den Kräften FG und Fi eine Zugkraft F2 auf das Messkabel aufgebracht, wobei der Betrag der eingeleiteten Kräfte i und F2 in Abhängigkeit der Beträge der Gewichtskraft FG durch die Mess-, Regel- und Auswerteinheit 1.2 generiert wird. Diese Zugkraft F2 kann stetig oder aber auch alternierend auf das Messkabel 2 aufgebracht werden.
Die einzelnen Teilbereiche 4.1 , 4.2 des horizontalen Teils des Bohrlochs 4 sind natürlich in ihrer Länge nicht festgelegt und sind auch nicht durch diese bestimmbar. Vielmehr sind diese Teilbereiche 4.1 , 4.2 durch die aufgebrachten Kräfte Fi und ggf. F2 im Zusammenspiele mit der Gewichtskraft FG indizierbar, wobei diese Kräfte Fi und F2 in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtskraft FG mittels des Kabel-Schub-Antriebs 1.6 und ggf. des Kabel-Zug-Antriebs 6 auf das Messkabel 2 aufgebracht werden.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN
1 Mobiler Technologischer Komplex (MTK)
1.1 Transportfahrzeug
1.2 Mess-, Regel- und Auswerteinheit
1.3 Kabeltrommel
1.4 Fahrzeugausleger
1.5 Umlenkrolle
1.6 Kabel-Schub-Antrieb
2 geophysikalisches Messkabel / Kabel
3 Schleuse
3.1 Kabelabdichtung
3.2 Bohrlochverschluss
3.3 Bohrlochmund
4 Bohrloch
4.1 erster horizontaler Teilbereich des Bohrlochs
4.2 zweiter horizontaler Teilbereich des Bohrlochs
5 Messtechnik
6 Kabel-Zug-Antrieb

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Einbringen von geophysikalischen Messkabeln (2) in vertikale und horizontale Bohrlöcher (4), wobei der Vortrieb eines axialsteifen geophysikalischen Messkabels (2) im Bohrloch (4) unter Ausnutzung der Gewichtskraft FG des Messkabels sowie unter Verwendung eines eine Schubkraft Fi erzeugenden Kabel-Schub- Antriebs (1.6), der außerhalb des Bohrlochs (4) angeordnet ist, ausgeführt wird, und dass die Gewichtskraft FG und die Schubkraft Fi mit fortschreitender Bohrlochlänge wie folgt wirksam werden: a. Aufbringen einer der Gewichtskraft FG des Messkabels (2) entgegenwirkenden negativen Schub-Kraft -F als Bremskraft auf das geophysikalische Messkabel (2) mittels des Kabel-Schub- Antriebs (1.6) im vertikalen Bereich des Bohrlochs (4) und in einem ersten horizontalen Bereich (4.1) des Bohrlochs (4), b. Aufbringen einer positiven Schubkraft +Fι auf das geophysikalische Messkabel (2) mittels des Kabel-Schub- Antriebs (1.6) zum Durchfahren eines zweiten horizontalen Bereichs (4.2) des Bohrlochs (4), wobei der Betrag der aufgebrachten Kräfte +Fι und -Fi in Abhängigkeit der veränderlichen Gewichtskraft FG und der erforderlichen Einschublänge des Messkabels (2) im zweiten horizontalen Bereich (4.2) des Bohrlochs (4) mittels einer Mess-, Regel- und Auswerteinheit (1.2) gesteuert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Durchfahren des zweiten horizontalen Bereichs (4.2) des Bohrlochs (4) ggf. zusätzlich zu den wirkenden Kräften FG und ± Fι unter Verwendung eines Kabel-Zug-Antriebs (6), der innerhalb des horizontalen Teils des Bohrlochs (4) am distalen Ende des Messkabels (2) angeordnet ist, eine Zugkraft F2 auf das Messkabel (2) aufgebracht wird, wobei der Betrag der eingeleiteten Kräfte ± Fi und F2 in Abhängigkeit des Beträge der Gewichtskraft FG mittels einer Mess-, Regel- und Auswerteinheit (1.2) gesteuert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten horizontalen Bereich (4.2) des Bohrlochs (4) die positive Schubkraft +Fι bis auf 100 % der maximalen Schubkraft erhöht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugkraft F2 alternierend, beispielsweise in einem Intervall zwischen 50 % und 100 % der maximalen Zugkraft F2, auf das sich im zweiten horizontalen Bereich (4.2) des Bohrlochs (4) befindliche Ende des geophysikalischen Messkabels (2) aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das Aufbringen der Schubkraft Fi verursachte Dilatation und die durch das Aufbringen der Zugkraft F2 verursachte Querkontraktion des geophysikalischen Messkabels (2) ermittelt werden und als Parameter zur Bestimmung der effektiven Länge des vorgetriebenen geophysikalischen Messkabels (2) und/oder zur Einleitung der Kräfte Fi und F2 in Betrag und Relation zueinander verwendet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelbewegung am distalen Ende des Messkabels (2) erfasst wird und rechtzeitig vor einem etwaigen Kabelstillstand über den Kabel-Zug- Antrieb (6) eine Zugkraft F2 in ausreichender Größe aufgebracht wird.
7. Vorrichtung zum Einbringen von geophysikalischen Messkabeln (2) in vertikale und horizontale Bohrlöcher (4), aufweisend: a. ein das Messkabel (2) aufnehmendes Transportfahrzeug (1.1) mit einem Fahrzeugausleger (1.4) sowie einer Mess-, Regel- und Auswerteinheit (1.2), b. einen sich vertikal erstreckenden steuerbaren Kabel-Schub- Antrieb (1.6), der am Fahrzeugausleger (1.4) angeordnet ist, c. eine in Vortriebsrichtung des geophysikalischen Messkabels (2) nach dem Kabel-Schub-Antrieb (1.6) angeordnete Schleuse (3), deren erstes axiales Ende eine Kabelabdichtung (3.1) aufweist, und deren zweites axiales Ende einen Bohrlochverschluss (3.2) aufweist, der die Schleuse (3) von dem Bohrlochmund (3.3) des Bohrlochs (4) medien- und druckdicht entkoppelt, d. einen abhängig vom gewünschten horizontalen Vorschub des Messkabels (2) wahlweise einsetzbaren steuerbaren Kabel-Zug- Antrieb (6), der am distalen Endes des geophysikalischen Messkabels (2) innerhalb des Bohrlochs (4) angeordnet ist, e. eine Messtechnik (5), zur Erfassung der physikalischen Parameter der passierenden Gesteinsformationen und Medien sowie f. sich über die Kabellänge im Kabelkern erstreckende Steuerleitungen, über die der Kabel-Schub-Antrieb (1.6), der Kabel-Zug-Antrieb (6) und die Messtechnik (5) mit der Mess-, Regel- und Auswerteinheit (1.2) verbunden sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabel- Schub-Antrieb (1.6) als auf dem „inch-worm"-Prinzip basierende Schub- Raupe ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabel-Zug-Antrieb (6) als Zug-Raupe ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messtechnik (5) mindestens einen mit Messsonden bestückten Messkopf umfasst, wobei der Messkopf im Bereich des distalen Endes des geophysikalischen Messkabels (2) innerhalb des Bohrlochs (4) angeordnet ist.
11.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabel-Schub-Antrieb (1.6) und/oder der Kabel-Zug-Antrieb (6) elektromotorisch oder hydraulisch mittels der Mess-, Regel- und Auswerteinheit (1.2) steuerbar ausgebildet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das geophysikalische Messkabel eine den Außenmantel bildende Armierung aufweist, die aus mindestens einer Lage Z-Drähte aufgebaut ist, und unter Bildung einer mediendichten glatten Außenfläche schraubenlinienförmig um den Kern geschlagen sind, wobei jeweils benachbarte Z-Drähte form- und ggf. kraftschlüssig ineinander greifen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern des geophysikalisches Messkabels (2) Messleiter aufweist, die als metallische Leiter und/oder als optische Glasfaserleiter ausgebildet sind.
PCT/DE2005/000957 2004-05-24 2005-05-19 Verfahren und vorrichtung zum einbringen von geophysikalischen messkabeln in horizontale und vertikale bohrlöcher WO2005113931A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004027048.1 2004-05-24
DE102004027048A DE102004027048B3 (de) 2004-05-24 2004-05-24 Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen von geophysikalischen Messkabeln in horizontale und vertikale Bohrlöcher

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2005113931A1 true WO2005113931A1 (de) 2005-12-01

Family

ID=34970974

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2005/000957 WO2005113931A1 (de) 2004-05-24 2005-05-19 Verfahren und vorrichtung zum einbringen von geophysikalischen messkabeln in horizontale und vertikale bohrlöcher

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102004027048B3 (de)
WO (1) WO2005113931A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4282523A (en) * 1977-11-02 1981-08-04 Dresser Industries, Inc. Method and apparatus for logging inclined earth boreholes
US5836385A (en) * 1994-12-29 1998-11-17 Koopmans; Sietse Jelle Apparatus for deploying wireline
US6157761A (en) * 1997-10-13 2000-12-05 Institut Francais Du Petrole Reinforced composite rod
US6173787B1 (en) * 1997-10-13 2001-01-16 Institut Francais Du Petrole Method and system intended for measurements in a horizontal pipe

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2712628B1 (fr) * 1993-11-15 1996-01-12 Inst Francais Du Petrole Dispositif et méthode de mesure dans un puits de production d'hydrocarbures .
US6148925A (en) * 1999-02-12 2000-11-21 Moore; Boyd B. Method of making a conductive downhole wire line system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4282523A (en) * 1977-11-02 1981-08-04 Dresser Industries, Inc. Method and apparatus for logging inclined earth boreholes
US5836385A (en) * 1994-12-29 1998-11-17 Koopmans; Sietse Jelle Apparatus for deploying wireline
US6157761A (en) * 1997-10-13 2000-12-05 Institut Francais Du Petrole Reinforced composite rod
US6173787B1 (en) * 1997-10-13 2001-01-16 Institut Francais Du Petrole Method and system intended for measurements in a horizontal pipe

Also Published As

Publication number Publication date
DE102004027048B3 (de) 2006-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1802844B1 (de) Verfahren zum grabenlosen verlegen von rohren
DE60116755T2 (de) Verfahren zum bohren mit einem futterrohr
EP2013438B1 (de) Verfahren und vorrichtungen zur grabenlosen verlegung von rohrleitungen
DE68902106T2 (de) Anordnung und verfahren fuer das ausfuehren von messungen und eingriffen in einem bohrloch.
DE4207192C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Bohrlochprospektion mittels Schallwellen
DE69824738T2 (de) Kerngewinnung im meeresboden mit hilfe eines kolbens
DE202016008021U1 (de) System zum oberflächennahen Verlegen von Erdkabeln oder Erdleitungen im Boden
DE69212581T2 (de) Verfahren und Einrichtung zur elektrischen Verbindung von Geräten wie Bohrlochsonden
DE2824915A1 (de) Verfahren zum herstellen von beiderseits offenen erdbohrungen
DE202012004882U1 (de) Rohrführungseinrichtung, Rohrschieber und Rollenbock
EP0860638A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum grabenlosen Verlegen von Steinzeugrohren
DE1648696A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln des Bodenwiderstandes bzw. der Bodentragfaehigkeit
EP2085567A1 (de) Verfahren zum grabenlosen Verlegen von Rohrleitungen
WO2012056011A1 (de) Verfahren zum unterirdischen einbringen einer rohrleitung
EP3828375A1 (de) Kabelhaspel zum einbringen eines datenführungskabels in einen bohrstrang, insbesondere einer horizontalbohranlage
DE19511732C2 (de) Verfahren zum Verlegen von Rohrleitungen im Erdreich zwischen Kontrollschächten
DE102004027048B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen von geophysikalischen Messkabeln in horizontale und vertikale Bohrlöcher
DE3818998C3 (de) Verfahren zum Verlegen von Versorgungsleitungen
DE3590519T1 (de) Rohrleitung, Verfahren zum Bau einer Rohrleitung und Einrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens
DE102009036325A1 (de) Einbauvorrichtung für eine Erdwärmesonde
EP1002932A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum grabenlosen Rohrleitungsaustausch
DE102009036324A1 (de) Erdwärmesondeneinbauvorrichtung
DE19534696A1 (de) Verfahren zum Einbringen und Fahren von Meßsonden in stark geneigten und horizontalen Bohrlöchern
DE1946647A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Tragfaehigkeit unterirdischer Formationen
EP2205813B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur überprüfung der umhüllung einer rohrleitung während der verlegung in ein mit flüssigkeit gefülltes bohrloch

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KM KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NG NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DPEN Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
122 Ep: pct application non-entry in european phase