WO2013044279A2 - Verfahren und einrichtung zum versorgen wenigstens eines elektrischen verbrauchers eines bohrgestänges mit einer betriebsspannung - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum versorgen wenigstens eines elektrischen verbrauchers eines bohrgestänges mit einer betriebsspannung Download PDF

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WO2013044279A2
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Bouchra Lamik-Thonhauser
Franz Michael FASCH
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    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/26—Storing data down-hole, e.g. in a memory or on a record carrier

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for supplying at least one electrical load of a drill pipe with an operating voltage.
  • Geothermal wells is the data collection during the
  • Drilling rig From several kilometers deep, the data should be transmitted at a high data rate.
  • the drill pipes are bolted at regular intervals (e.g., 9 meters). In this way, one more arises
  • Drill bit is located. Inside the pipes is the mud, which performs many functions during the drilling process. If simple steel pipes without cabling are used on drilling rigs, one of these functions is the transmission of data by means of pressure pulses. This one
  • An electrically wired drill pipe offers a high bandwidth for data on the one hand, but also the possibility of one on the other hand
  • Drill ears according to AT 508 272 A can be done.
  • the invention proposes a
  • the invention further proposes a device of the type mentioned, the
  • a circuit with the alternatively a test circuit or an operating circuit to at least one electrical component can be applied to drill pipes of the drill string.
  • test voltage is a low voltage
  • operating voltage it is preferred if the test voltage is a low voltage
  • low voltage can be.
  • Low voltage is usually understood to mean a rated voltage between 50 and 1000 V for alternating current (AC) and between 75 and 1500 V for direct current (DC).
  • AC voltages up to 50 volts RMS and DC voltages (DC) are referred to 120 volts. As part of the However, these values can also be exceeded or fallen below the permissible or possible range.
  • the circuit of the device is designed so that the operating voltage only with positive error testing of a drill pipe or the
  • Drill pipe can be created.
  • Personal protection means protection from the
  • Device protection means protection against impermissibly high currents (eg fuse), protection of the insulation against unacceptably high currents
  • Explosion-proof means depending on the Ex-zone, measures are taken that indicate the emergence of a spark or the spread of a spark
  • Drill rigs implemented RFID, code reader. This one
  • Bolting process is performed, it provides only conditionally valid results. For example, identification tags on the outside of drill pipes are repeatedly due to changing drill block movements Read and pretend multiple built-in drill pipes.
  • the RFID transponders or optical marks on the outside of the drill pipe may become unreadable in the course of the drilling process, for example because they are polluted or destroyed.
  • the invention provides in a preferred development, the possibility that under application of the test voltage a
  • Identification of a drill pipe is read or that a drill pipe is checked by detecting a resistance value and / or identified.
  • the wireless identification can thus be carried out only in the area of the drill pipe storage, but is no longer necessary during the drilling or drilling operation on the derrick.
  • BohrgestCodes which is wedged on the drilling table, fed and screwed with this. This process is repeated after drilling a rod length again, starting with the unscrewing of the drill pipe fixed to the drilling table from the turret.
  • the system according to the invention neither obstructs nor interferes with the normal drilling process.
  • the aim of these measurements is to automated to enable safe connection or disconnection of the power supply.
  • the screwed-in components can be identified (UU-ID, status, error-free) and the operating status of the system can be signaled.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a drill string according to the invention
  • FIG. 2 shows a diagram with voltage curves in response to a drill string according to the invention
  • FIG. 1 A preferred embodiment of the invention, as shown in FIG. 1 roughly schematically, an external measuring and
  • Control unit 1 which via a line 2 with a
  • a drill string consists of a plurality of drill pipes 6 which are connected to one another, usually screwed, to connectors 7, 8. At the bottom of the drill pipe 6 is a
  • Drill head 9 with at least one electrical load 10, e.g. an electronic underground measuring unit arranged.
  • the drill pipes 6 are provided with electrical conductors 11 which are connected to the
  • the control unit 1 has two separate, mutually
  • the process-oriented connection / disconnection of these two locked circuits is carried out via the controller 1, which records the drilling process based on sensors, measures necessary test criteria and controls or monitors a process that complies with the drilling process.
  • the controller 1 records the drilling process based on sensors, measures necessary test criteria and controls or monitors a process that complies with the drilling process.
  • Test current or test voltage measurement as well as a time measurement in a control cabinet of the control 1.
  • a switch 12 which detects whether a drill pipe 6 is screwed.
  • RFID reader to allow a wireless readout of stored in RFID transponders identification features that can be mounted on the front of screwed-on drill pipes 6.
  • an identification switch 13 which establishes or interrupts an electrical connection 14 to an identification chip 15 or the like.
  • the switch 12 on the hinge 3 detects when no drill pipe 6 is screwed on and signals this to the controller 1. In this case, both circuits are turned off.
  • Identification switch 13 is closed. This allows an exact verification and documentation of the use of the individual drill pipes 6.
  • the invention enables a system for checking and
  • Identification e.g., by means of a universal unique identifier chip (ÜU) of drill string components in conjunction with a database. This stores characteristic
  • Drill tube data e.g., length, diameter, weight, material, number, volume resistivity, capacitance, inductance,
  • This system can therefore optionally also prevent the installation of a mismatched drill pipe.
  • the invention provides a system for checking and identifying drill string components without a database, in which some or all of the relevant data, e.g. are additionally stored on a UU ID chip and at
  • the controlling software may then prevent installation depending on the read data or test and use parameters of the drill pipe.
  • the wired identification chip 15 e.g. a UU-ID chip, is only readable at this time, as soon as the
  • the identification switch 13 is opened and thereby the connection of the chip 15 to the line 11 is disconnected.
  • Identification switch 13 in the drill pipe 6 are replaced by a diode.
  • the test voltage (low voltage) is placed in reverse polarity as the supply voltage by the controller 1 for reading the ID of the drill pipe 6.
  • the supply voltage can not destroy the ID chip because it is reverse-protected by the diode.
  • an RFID transponder can also be used.
  • an RFID transponder In order to prevent multiple readout of the RFID transponder can be provided that the RFID transponder after screwing in the steel
  • Identification switch 13 a short circuit (alternatively a certain resistance value or a current consumption from a voltage limit (Zener diode), preferably an electrical pulse shape ("1-wire protocol”)), which is detected by a test current - / - voltage measurement and the status of the Drill ear 6 is set to "valid", ie the controller 1 is error-free
  • Drill pipe 6 detects.
  • the positive feedback of an optional drill pipe tracking system may be awaited (e.g., drill pipe not too old, drill pipe of the correct manufacturer, drill pipe serviced, etc.).
  • a measuring system located near the drill head 9 at great depth can also have an ID chip and one in series
  • an interface in the measuring system must transmit the ID chip information in the form of a modulated constant current loop (current pulses) in order to bridge large distances (possibly several km). The interface receives power from this test current loop.
  • the controller 1 may generate a charge / discharge logic sequence by means of an energy limited test voltage.
  • current signals for example rectangular pulses or pulses
  • the drill string or its electrical components are applied to the drill string or its electrical components.
  • This test is based on at least one electronic
  • Underground consumer 10 which is connected to the wired drill string or an equivalent electrical replacement (e.g., capacitance, resistance, current draw) that simulates the load for testing purposes.
  • an equivalent electrical replacement e.g., capacitance, resistance, current draw
  • a square-wave test voltage pulse 16 for example between OV and 10V and between 1 mA and 20 mA, is applied to the line 2 and the lines 11 connected thereto. If there is an electrical short somewhere in the electrical path, the measured voltage drops immediately to zero, as indicated by line 17.
  • test is repeated until no more errors are detected or a predetermined number of tests was unsuccessful, whereupon aborted and the error must be determined concretely.
  • a successful test is one
  • the predetermined level must decrease, depends on the electrical or capacitive properties of the electrical component (s) and is taken into account in the control or in the evaluation of the tests by appropriate setpoints. If necessary, this test method can also be independent of the system according to the invention a test circuit and an operating circuit are used.
  • the controller After a successful test, and in particular a detection of a valid or faultless underground consumer 10, the controller turns off the test circuit and the
  • the drill pipe is wedged on the drilling table and from the swivel joint 3
  • the switch 12 on the hinge 3 detects the
  • the controller 1 Disconnection and switches off the operating circuit. Unless first unscrewed at the rotary joint 3 but at the drilling table, the controller 1 detects the power interruption and also switches off the operating circuit.
  • the underground consumer operates as a measurement system and transmits data via the wired connection 11, e.g. via PLC ("Powerline Communication").

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Einrichtung zum Versorgen wenigstens eines elektrischen Verbrauchers (10) eines Bohrgestänges mit einer Betriebsspannung wird vor dem Anlegen der Betriebsspannung wenigstens eine elektrische Komponente (10, 11, 15) an Gestängerohren (6) des Bohrgestänges mit einer Prüfspannung, die kleiner als die Betriebsspannung ist, auf Fehler geprüft und die Betriebsspannung nur dann angelegt werden kann, wenn kein Fehler vorliegt.

Description

Verfahren und Einrichtung zum Versorgen wenigstens eines elektrischen Verbrauchers eines Bohrgestänges
mit einer Betriebsspannung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Versorgen wenigstens eines elektrischen Verbrauchers eines Bohrgestänges mit .einer Betriebsspannung.
Ein wesentliches Element bei modernen Erdöl-, Erdgas- bzw.
Geothermiebohrungen ist die Datenerfassung während des
Bohrvorgangs. Nur durch die Erfassung der jeweiligen relevanten Messgrößen kann eine Bohrung sicher, effizient und ökonomisch betrieben werden. Ein Problem entsteht allerdings bei der
Echtzeitdatenübertragung von Messdaten zur Oberfläche der
Bohranlage. Aus mehreren Kilometern Tiefe sollen die Daten mit einer hohen Datenrate übertragen werden.
Die Gestängerohre werden in regelmäßigen Abständen (z.B. 9 Meter) verschraubt. Auf diese Weise ersteht ein mehrere
Kilometer langes Bohrgestänge, an dessen Ende sich der
Bohrmeißel befindet. Im Inneren der Rohre befindet sich die Spülflüssigkeit ("Mud") , die vielerlei Funktionen während des Bohrvorgangs erfüllt. Werden an Bohranlagen einfache Stahlrohre ohne Verkabelung verwendet, ist eine dieser Funktionen die Übertragung von Daten mittels Druckpulsen. Da diese
Kommunikation sehr langsam ist (z.B. 10 Baud) wurden verstärkt Verfahren gesucht, die andere Übertragungsmechanismen verwenden (Sonar, Ströme über das Erdreich etc.).
Am effizientesten haben sich Lösungen erwiesen, die mit einer Verkabelung des Bohrgestänges verbunden sind (Stromkabel, Lichtleiter etc.). Sobald das Bohrgestänge mittels elektrischer Kabel oder leitfähiger Schichten verbunden ist, wird eine
Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung möglich. Ein elektrisch verkabeltes Bohrgestänge bietet einerseits eine hohe Bandbreite für Daten, andererseits aber auch die Möglichkeit einer
Energieversorgung für Untertag-Verbraucher, z.B. Untertag- Messeinrichtungen. Da das Bohrgestänge in diesem Fall alle 9m verschraubt wird, muss eine sichere und zuverlässige Übertragung an den Gestängeverbindern ermöglicht werden, was z.B. mit einer Vorrichtung zum Verbinden von elektrischen Leitungen in
Gestängerohren gemäß AT 508 272 A erfolgen kann.
Um die Zuschaltung von elektrischer Energie automatisch und sicher (Gerätesicherheit, Personensicherheit, Ex-Sicherheit, Mehrfehlersicherheit) steuern zu können bedarf es eines Systems, das die Zuschaltung der Energie zur Versorgung der Untertag- Verbraucher nur dann durchführt, wenn eine Verbindung zwischen den Gestängerohren und einem Untertag-Verbraucher besteht und keine Gefahr für das Bohrturmpersonal besteht.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung bei einem
Verfahren der eingangs genannten Art vor, dass vor dem Anlegen der Betriebsspannung wenigstens eine elektrische Komponente an Gestängerohren des Bohrgestänges mit einer PrüfSpannung, die kleiner als die Betriebsspannung ist, auf Fehler geprüft wird und die Betriebsspannung nur dann angelegt werden kann, wenn kein Fehler vorliegt.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung des Weiteren eine Einrichtung der eingangs genannten Art vor, die
gekennzeichnet ist durch eine Schaltung, mit der alternativ ein PrüfStromkreis oder ein Betriebsstromkreis an wenigstens eine elektrische Komponente an Gestängerohren des Bohrgestänges anlegbar ist.
Bei der Erfindung ist bevorzugt, wenn die Prüfspannung eine Kleinspannung ist, wobei die Betriebsspannung dann
beispielsweise Niederspannung sein kann. Unter Niederspannung versteht man üblicherweise eine Nennspannung zwischen 50 und 1000 V für Wechselstrom (AC) und zwischen 75 und 1500 V für Gleichstrom (DC) . Mit Kleinspannung werden in der Elektrotechnik üblicherweise Wechselspannungen (AC) bis 50 Volt Effektivwert und Gleichspannungen (DC) bis 120 Volt bezeichnet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können diese Werte aber auch im zulässigen bzw. möglichen Bereich über- oder unterschritten werden .
Da Kleinspannung beim Berühren für erwachsene Menschen als nicht lebensbedrohlich gilt und außerdem das Entstehen eines Funkens nicht möglich ist, kann erfindungsgemäß zunächst eine
Fehlerprüfung durchgeführt werden. Die Schaltung der Einrichtung ist dabei so ausgelegt, dass die Betriebsspannung nur bei positiver Fehlerprüfung an ein Gestängerohr bzw. das
Bohrgestänge angelegt werden kann.
Sicher bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Personenschutz, der Geräteschutz, der Ex-Schutz für die Zone 1 und die
notwendige Erkennung von Ausnahme- und Fehlersituationen
gewährleistet sind. Personenschutz bedeutet Schutz vor der
Berührung spannungsführender Teile, Schutz vor
direktem/indirektem Berühren, z.B. Schutztrennung,
Isolationsüberwachung usw.
Geräteschutz bedeutet Schutz vor unzulässig hohen Strömen (z.B. Sicherung) , Schutz der Isolierung vor unzulässig hohen
Temperaturen bzw. mechanischer Zerstörung etc.
Ex-Schutz bedeutet: je nach Ex-Zone werden Maßnahmen gesetzt, die das Entstehen eines Funkens bzw. die Ausbreitung einer
Explosion verhindern.
Weiters kann der Wunsch bestehen, die verschraubten
Bohrgestängekomponenten automatisch im Kontext des Bohrprozesses zu identifizieren. Die Idee der automatisierten Detektierung von unverkabelten Bohrgestängekomponenten wurde bereits an
Bohrungsanlagen implementiert (RFID, Code-Leser) . Da diese
Datenerfassung aber nicht im Kontext eines automatisierten
Verschraubprozesses durchgeführt wird, liefert sie nur bedingt gültige Ergebnisse. Beispielsweise werden Erkennungsmarken außen auf Gestängerohren durch wechselnde Bohrblockbewegungen mehrfach gelesen und täuschen mehrfach eingebaute Gestängerohre vor.
Weiters können die RFID-Transponder oder optische Marken an der Außenseite des Gestängerohres im Zuge des Bohrvorgangs unlesbar werden, beispielsweise weil sie verschmutzen oder zerstört werden.
Hier bietet die Erfindung in einer bevorzugten Weiterbildung die Möglichkeit, dass unter Anlegen der Prüfspannung eine
Identifikation eines Gestängerohres ausgelesen wird oder dass ein Gestängerohr durch Erfassen eines Widerstandswertes geprüft und/oder identifiziert wird.
Eine drahtlose Identifikation ist ebenso möglich.
Es wird durch die Erfindung beispielsweise auch möglich, durch die elektrische Verbindung in jedem Gestängerohr zusätzlich zu drahtlosen Systemen eine drahtgebundene, zuverlässige
Identifikation durchzuführen. Die drahtlose Identifizierung kann somit nur mehr im Bereich des Gestängerohr-Lagers durchgeführt werden, ist jedoch während des Montage- bzw. Bohrvorgangs am Bohrturm nicht mehr nötig.
Üblicherweise werden für einen Bohrvorgang Gestängerohre vom Drehkopf ("Top-Drive") aufgenommen, am Drehgelenk ("Swivel") mit einem Ende ("Pipe-Box") verschraubt, angehoben und mit dem anderen Ende ("Pipe-Pin") dem vorherigen Gestängerohr des
Bohrgestänges, das am Bohrtisch festgekeilt ist, zugeführt und mit diesem verschraubt. Dieser Vorgang wiederholt sich nach dem Bohren einer Gestängelänge erneut, beginnend mit dem Abschrauben des am Bohrtisch fixierten Gestängerohrs vom Drehkopf.
Handelt es sich um ein verkabeltes Bohrgestänge, so kann
erfindungsgemäß parallel zu diesem Prozess ein Mess- und
Steuersystem diesen Prozess überwachen und zum richtigen
Zeitpunkt Messungen und Prüfungen vornehmen. Durch das
erfindungsgemäße System wird der normale Bohrprozess weder behindert, noch gestört. Ziel dieser Messungen ist es, automatisiert ein sicheres Zuschalten bzw. Trennen der Energieversorgung zu ermöglichen. Im Kontext dieses Prozesses können die eingeschraubten Komponenten identifiziert (UU-ID, Zustand, Fehlerfreiheit) und der Betriebszustand der Anlage signalisiert werden.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind
Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die angeschlossenen Zeichnungen. Es zeigt:
Fig. 1 grob schematisch einen erfindungsgemäßen Bohrstrang und Fig. 2 ein Diagramm mit Spannungsverläufen als Reaktion auf ein
Testsignal .
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist, wie in Fig. 1 grob schematisch dargestellt ist, eine externe Mess- und
Steuereinheit 1 auf, die über eine Leitung 2 mit einem
elektrischen Drehgelenk ("Swivel") 3 mit einem feststehenden Teil 4 und einem drehenden Teil 5 eines üblichen Bohrturms verbunden ist. Da der Bohrturm abgesehen von den nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Komponenten wie üblich aufgebaut sein kann, ist er in den Zeichnungen nicht dargestellt und wird auch nicht näher beschrieben.
Ein Bohrstrang besteht aus einer Vielzahl von Gestängerohren 6, die an Verbindern 7, 8 miteinander verbunden, üblicherweise verschraubt, werden. Am untersten Gestängerohr 6 ist ein
Bohrkopf 9 mit wenigstens einem elektrischen Verbraucher 10, z.B. einer elektronischen Untertag-Messeinheit, angeordnet. Zur elektrischen Versorgung des Verbrauchers sind die Gestängerohre 6 mit elektrischen Leitern 11 ausgestattet, die an den
Verbindern 7, 8 beim Verschrauben elektrisch miteinander
verbunden werden. Diese mechanische und elektrische Verbindung kann beispielsweise so wie in der AT 508 272 A beschrieben erfolgen.
Die Steuereinheit 1 weist zwei getrennte, gegenseitig
verriegelte Stromkreise zur Versorgung des Bohrgestänges auf, einen energiebegrenzten (optional eigensicheren) PrüfStromkreis mit kleinerer Prüfspannung und einen energiereicheren,
schutzgetrennten, isolationsüberwachten Betriebstromkreis mit größerer Betriebsspannung. Diese beiden verriegelten Stromkreise werden auf das gemeinsame Kabel 2 geschaltet, welches eine elektrische Verbindung mit dem Drehkopf 3 herstellt.
Die prozessgerechte Zu-/Abschaltung dieser beiden verriegelten Stromkreise erfolgt über die Steuerung 1, die basierend auf Sensoren den Bohrprozess erfasst, notwendige Prüfkriterien misst und einen bohrprozesskonformen Ablauf steuert bzw. überwacht. Insbesondere befinden sich bevorzugt Sensoren für eine
Prüfstrom- bzw. PrüfSpannungsmessung sowie eine Zeitmessung in einem Schaltschrank der Steuerung 1.
Im drehbaren Teil 5 des Drehgelenks 3 befindet sich ein Schalter 12, der erkennt, ob ein Gestängerohr 6 angeschraubt ist.
Optional befindet sich dort auch noch ein RFID-Leser, um ein drahtloses Auslesen von in RFID-Transpondern gespeicherten Identifikationsmerkmalen zu ermöglichen, die stirnseitig an angeschraubten Gestängerohren 6 angebracht sein können.
In jedem Gestängerohr 6 befindet sich in dieser Ausführungsform ein Identifikations-Schalter 13, der eine elektrische Verbindung 14 zu einem Identifikations-Chip 15 oder dergleichen herstellt bzw. unterbricht.
Die erfindungsgemäße Einrichtung bzw. das erfindungsgemäße
Verfahren arbeiten auf folgende Weise, wobei nur eine
fehlerfrei Funktion beschrieben wird. Abweichungen von dieser Funktionsweise werden einer Fehlerbehandlung bzw.
-signalisierung zugeführt. Der Schalter 12 am Drehgelenk 3 erkennt, wenn kein Gestängerohr 6 angeschraubt ist und signalisiert dies der Steuerung 1. In diesem Fall sind beide Stromkreise ausgeschaltet.
Wenn ein neues Gestängerohr 6 am Drehgelenk 3 angeschraubt wird, erkennt dies der Schalter 12 und die Steuerung 1 schaltet den PrüfStromkreis ein. Die Verbindung der Leitungen 2 und 11 ist nun geschlossen und die elektrischen Signale des drahtgebundenen Identifikations-Chip 15 können ausgelesen und an ein
Datenverarbeitungssystem übertragen werden, da der
Identifikations-Schalter 13 geschlossen ist. Dies ermöglicht eine exakte Überprüfung und Dokumentation der Verwendung der einzelnen Gestängerohre 6.
Die Erfindung ermöglicht ein System zur Überprüfung und
Identifikation (z.B. mittels ÜU-ID-Chip ("universal unique identifier Chip") ) von Bohrstrangkomponenten in Verbindung mit einer Datenbank. Diese speichert charakteristische
Gestängerohrdaten (z.B. Länge, Durchmesser, Gewicht, Material, Nummer, Durchgangswiderstand, Kapazität, Induktivität,
Wellenwiderstand, Lebensdauerdaten, Erzeugungsdatum, Hersteller, Betriebsstunden, Wartungsintervall, Gestängerohr- Nachbearbeitungen, Serviceintervall, Austauschteile) . Dieses System kann optional daher auch den Einbau eines nicht passenden Gestängerohrs verhindern.
Zusätzlich oder alternativ ermöglicht die Erfindung ein System zur Überprüfung und Identifikation von Bohrstrangkomponenten ohne Datenbank, bei der ein Teil oder alle relevanten Daten z.B. an einem UU-ID-Chip zusätzlich gespeichert sind und beim
Verbinden ausgelesen werden. Die steuerende Software kann dann abhängig von den gelesenen Daten den Einbau verhindern oder Parameter des Gestängerohrs prüfen und verwenden.
Der drahtgebundene Identifikations-Chip 15, z.B. ein UU-ID-Chip, ist nur zu diesem Zeitpunkt auslesbar, da, sobald die
nachfolgende Verschraubung mit dem letzen Gestängerohr 6 des Bohrstranges erfolgt ist, der Identifikations-Schalter 13 geöffnet und dadurch die Verbindung des Chip 15 zur Leitung 11 getrennt wird.
Alternativ kann, wenn das Gestängerohr 6 mit einer DC- Niederspannung (Gleichspannung) versorgt wird, der
Identifikationsschalter 13 im Gestängerohr 6 durch eine Diode ersetzt werden. Die PrüfSpannung (Kleinspannung) wird dabei in umgekehrter Polarität wie die Versorgungsspannung durch die Steuerung 1 zum Auslesen der ID des Gestängerohrs 6 gelegt. Im normalen Betrieb kann die Versorgungsspannung den ID-Chip nicht zerstören, da er durch die Diode in Sperrrichtung geschützt ist.
Alternativ oder zusätzlich kann wie erwähnt auch ein RFID- Transponder verwendet werden. Um ein mehrfaches Auslesen des RFID-Transponders zu verhindern kann dabei vorgesehen sein, dass der RFID-Transponder nach dem Verschrauben im Stahl der
Gestängerohr-Stirn versteckt und somit geschützt und nicht mehr auslesbar ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung erzeugt ein fehlerfreies Gestängerohr 6 unverschraubt , also bei geschlossenem
Identifikations-Schalter 13, einen Kurzschluss (alternativ einen bestimmten Widerstandswert oder eine Stromaufnahme ab einem Spannungsgrenzwert (Zenerdiode) , vorzugsweise eine elektrische Pulsform ("1-wire protocol") ) , welcher durch eine Prüfstrom-/- Spannungsmessung erkannt wird und den Status des Gestängerohrs 6 auf "gültig" setzt, d.h. die Steuerung 1 ein fehlerfreies
Gestängerohr 6 erkennt. Zusätzlich kann in dieser Prüfung die positive Rückmeldung eines optionalen Gestängerohr- Verfolgungssystems abgewartet werden (z.B. Gestängerohr nicht zu alt, Gestängerohr des richtigen Herstellers, Gestängerohr gewartet etc . ) .
Danach wird das Gestängerohr 6 am Bohrtisch mit dem Bohrstrang verschraubt. Dabei werden Kontaktstifte eines Gestängerohrs 6 mit den Buchsen des anderen Gestängerohrs 6 verbunden, wie dies beispielsweise in der AT 508 272 A beschrieben ist. Alternative elektrische Verbindungen der Leiter 11 der Gestängerohre 6 sind natürlich auch möglich. Die PrüfStrommessung erkennt diesen Vorgang z.B. dadurch, dass der Kurzschluss durch das Öffnen des Identifikations-Schalters 13 bei der Verschraubung aufgehoben wird. Dadurch wird ein fehlerfreier Status signalisiert (z.B.: "Gestängerohr fehlerfrei, Verbindung verschraubt") .
Ein Messsystem, welches nahe dem Bohrkopf 9 in großer Tiefe liegt, kann ebenfalls einen ID-Chip und eine in Reihe
geschaltete Diode enthalten, um diesen mit wechselnder Polarität entweder auszulesen oder vor der hohen Versorgungsspannung zu schützen. Hier muss jedoch ein Interface im Messsystem die ID- Chip-Information in Form einer modulierten Konstantstromschleife (Stromimpulse) übertragen, um große Distanzen (ggf. mehrere km) zu überbrücken. Das Interface versorgt sich dabei aus dieser Prüfstromschleife .
Um die Sicherheit weiter zu erhöhen kann die Steuerung 1 in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mittels einer energiebegrenzten Prüfspannung eine Lade-/Entladelogik-Sequenz erzeugen. Dabei werden an den Bohrstrang bzw. dessen elektrische Komponenten Stromsignale (z.B. Rechteckpulse bzw.
Konstanstrompulse) angelegt und die Reaktion des Systems auf diese Testsignale in der Strom- bzw. Spannungsdomäne zeitlich analysiert. Diese Analyse ermöglicht die Unterscheidung eines Untertag-Verbrauchers von einem Leerlauf oder Kurzschluss oder einem systemfremden Verbraucher von einem gültigen, fehlerfreien Verbraucher auch über lange Leitungslängen hinweg.
Dieser Test basiert auf mindestens einem elektronischen
Untertag-Verbraucher 10, welcher an das verkabelte Bohrgestänge angeschlossen ist bzw. einem äquivalenten elektrischen Ersatz (z.B. Kapazität, Widerstand, Stromaufnahme) der den Verbraucher für Testzwecke simuliert.
Im Diagramm von Fig. 2 ist der Verlauf eines derartigen Tests mit drei beispielhaften Verläufen dargestellt. Zunächst wird ein rechteckförmiger Prüfspannungsimpuls 16, z.B. zwischen OV und 10V und zwischen 1 mA und 20 mA, an die Leitung 2 und die damit verbundenen Leitungen 11 angelegt. Ist irgendwo im elektrischen Pfad ein elektrischer Kurzschluss, fällt die gemessene Spannung sofort wieder auf Null ab, wie durch die Linie 17 dargestellt ist .
Besteht beispielsweise ein elektrischer Kontakt zu einem
menschlichen Körper, fällt die Spannung etwas langsamer ab, wie durch die Linie 18 dargestellt ist. Als Grenzwerte für ein unzulässig schnelles Abfallen der Spannung können beispielsweise ein Zeitintervall < 400 ms und eine Spannung U < 0,15V
festgelegt werden. In einem derartigen Fehlerfall wird der Test wiederholt, bis kein Fehler mehr detektiert wird oder eine vorgegeben Anzahl von Tests nicht erfolgreich war, worauf abgebrochen und der Fehler konkret ermittelt werden muss.
Ein erfolgreicher Test liegt beispielsweise bei einem
Spannungsverlauf entlang der Linie 19 vor, bei dem die Kapazität der elektrischen Komponente (n) so groß ist, dass die Spannung nach einer Zeit > 500 ms noch > 0,625V ist. Ein derartiger positiver Test wird bevorzugt wiederholt, z.B. drei Mal, um eine ausreichende Fehlersicherheit zu gewährleisten.
Wenn die Spannung zu langsam abfällt, kann auch dies ein Hinweis auf einen Fehler sein, sodass auch dieser Test wiederholt wird, bis der Fehler nicht mehr detektiert wird oder eine vorgegeben Anzahl von Tests nicht erfolgreich war, worauf die fehlerhafte Komponente gesucht bzw. untersucht wird.
Die Zeitspanne, innerhalb der die Prüfspannung auf ein
vorgegebenes Maß absinken muss, hängt von den elektrischen bzw. kapazitiven Eigenschaften der elektrischen Komponente (n) ab und wird in der Steuerung bzw. bei der Auswertung der Tests durch entsprechende Sollwerte berücksichtigt. Dieses Testverfahren kann bei Bedarf auch unabhängig von dem erfindungsgemäßen System eines PrüfStromkreises und eines Betriebsstromkreises eingesetzt werden.
Nach einem erfolgreichen Test und insbesondere einer Erkennung eines gültigen bzw. fehlerfreien Untertag-Verbrauchers 10 schaltet die Steuerung den PrüfStromkreis ab und den
Betriebsstromkreis sicher zu. Das Bohrgestänge bzw. der (die) Untertag-Verbraucher 10 werden nun mit elektrischer Energie versorgt. Es besteht keine Gefahr für das Berühren
spannungsführender Teile bzw. für die Entstehung eines Funkens.
Nach dem Bohrvorgang einer Gestängerohrlänge wird das
Gestängerohr am Bohrtisch verkeilt und vom Drehgelenk 3
abgeschraubt. Der Schalter 12 am Drehgelenk 3 erkennt die
Trennung und schaltet den Betriebsstromkreis ab. Falls nicht zuerst am Drehgelenk 3 abgeschraubt wird sondern am Bohrtisch, erkennt die Steuerung 1 die Stromunterbrechung und schaltet ebenfalls den Betriebsstromkreis ab.
Der Prozess des Verbindens eines weiteren Gestängerohres mit dem Bohrgestänge startet anschließend beim Beginn, wie beschrieben, erneut .
Der Untertag-Verbraucher arbeitet beispielsweise als Messsystem und überträgt Daten mittels der verkabelten Verbindung 11 z.B. mittels PLC ("Powerline Communication") . Die Steuerung 1
überprüft durch Strommessung permanent die Energieversorgung bzw. die erfolgreiche Kommunikation.

Claims

Ansprüche :
1. Verfahren zum Versorgen wenigstens eines elektrischen
Verbrauchers (10) eines Bohrgestänges mit einer
Betriebsspannung, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem
Anlegen der Betriebsspannung wenigstens eine elektrische Komponente (10, 11, 15) an Gestängerohren (6) des
Bohrgestänges mit einer PrüfSpannung, die kleiner als die Betriebsspannung ist, auf Fehler geprüft wird und die
Betriebsspannung nur dann angelegt werden kann, wenn kein Fehler vorliegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
Gestängerohre (6) mit der PrüfSpannung geprüft werden, bevor sie mit dem Bohrgestänge verschraubt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass unter Anlegen der Prüfspannung eine Identifikation eines Gestängerohres (6) ausgelesen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gestängerohr (6) durch Erfassen eines
Widerstandswertes geprüft und/oder identifiziert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass beim Anschrauben eines Gestängerohres (6) an ein Drehgelenk (3) einer Bohranlage ein Schalter (12) geschlossen wird, durch den die Prüfspannung für eine
Fehlerprüfung und/oder eine Identifikation des
Gestängerohres (6) an die elektrische Komponente (11, 15) des Gestängerohres (6) angelegt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Identifikations-Schalter (13), über den die Prüfspannung an einer elektrischen Komponente (11, 15) zur Identifikation des Gestängerohres (6) anliegt, geöffnet wird, wenn das Gestängerohr (6) mit einem weiteren Gestängerohr (6) des Bohrgestänges verschraubt
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass das Bohrgestänge mit Strompulsen (16), insbesondere Konstantstrompulsen, beaufschlagt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der von den Strompulsen (16) erzeugte Spannungsverlauf (17, 18, 19) zeitlich analysiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Identifikation des Gestängerohres (6) drahtlos ausgelesen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass Daten eines Gestängerohres (6) anhand der
Identifikation aus einer Datenbank ausgelesen und mit
Solldaten verglichen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 3 oder 9, dass Daten aus einem
Datenspeicher (15), z.B. einem Daten-Chip, am Gestängerohr (6) ausgelesen und mit Solldaten verglichen werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die PrüfSpannung Kleinspannung ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass die Betriebsspannung Niederspannung ist .
14. Einrichtung zum Versorgen wenigstens eines elektrischen
Verbrauchers (10) eines Bohrgestänges mit einer
Betriebsspannung, gekennzeichnet durch eine Schaltung (1), mit der alternativ ein PrüfStromkreis oder ein
Betriebstromkreis an wenigstens eine elektrische Komponente (10, 11, 15) an Gestängerohren (6) des Bohrgestänges
anlegbar ist.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Schalter (12) an einem Drehgelenk (3) einer Bohranlage, der die elektrische Verbindung zwischen der elektrischen
Komponente (10, 11, 15) und dem PrüfStromkreis bzw. dem Betriebsstromkreis über die Steuerung 1 schließt.
16. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch einen Identifikations-Schalter (13) , der geschlossen ist und den PrüfStromkreis für eine Identifikation des
Gestängerohres (6) mit einer elektrischen Komponente (11, 15) des Gestängerohres (6) verbindet, wenn das Gestängerohr (6) nicht mit einem weiteren Gestängerohr (6) des
Bohrgestänges verbunden ist.
17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Identifikations-Schalter (13) geöffnet ist, wenn das Gestängerohr (6) mit einem weiteren Gestängerohr (6) des Bohrgestänges verbunden ist..
18. Einrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch
gekennzeichnet, dass der Identifikations-Schalter (13) im geschlossenen Zustand Verbindungsleitungen (11) im
Gestängerohr kurzschließt.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, dass der Identifikations-Schalter (13) im geschlossenen Zustand die Schaltung (1) mit einem
Datenspeicher (15), z.B. einem Daten-Chip, verbindet bzw. den Datenspeicher (15) im geöffneten Zustand von der
Schaltung (1) trennt.
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