DE2416063A1

DE2416063A1 - Vorrichtung zum messen und kabellosen uebertragen von an einer bohrlochsonde gewonnenen messwerten nach uebertage

Info

Publication number: DE2416063A1
Application number: DE2416063A
Authority: DE
Inventors: Erich Krebs
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-04-03
Filing date: 1974-04-03
Publication date: 1975-10-16
Also published as: DE2416063B2; DE2416063C3; US4015234A

Description

PATENTANWALT

DiPL.-PHYS. DR. WALTHER JUNIUS 3 Hannover

WOLFSTRASSE 24 · TELEFON (05 11) 83 45 30

25. März 1974 Dr. J./K. Meine Akte 377

Erich Krebs, 3 Hannover, Roßkampstraße 67 D

Vorrichtung zum Messen und kabellosen übertragen von an einer Bohrlochsonde gewonnenen Meßwerten nach Übertage

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen und kabellosen übertragen von an einer Bohrlochsonde gewonnenen Meßwerten nach Übertage, welche unter Tage eine am oder im Bohrgestänge hinter der Bohrkrone angeordnete Quelle elektrischer Energie, Meßwandler und einen Sender mit einer oder mehren Elektroden aufweist und welche an der Erdoberfläche eine in das Erdreich eingesteckte Empfangselektrode und einen Empfänger aufweist.

Beim Bohren nach Erdöllagerstätten ist es insbesondere beim Richtungsbohren notwendig, Messungen über die Neigung des Bohrloches, die Richtung der Neigung, die Orientierungslage eines Richtbohrwerkzeuges und für andere Zwecke über den Sondendruck, die Temperatur und andere Werte durchzuführen. Ohne die zuerst erwähnten Messungen (Neigung, Richtung der Neigung, Orientierung des Richtbohrwerkzeuges) ist es z. B. nicht möglich. Bohrungen in der gewünschten Richtung vorzutreiben.

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Bisher werden die erforderlichen Meßwerte durch Sonden erfaßt, die in das Bohrloch abgelassen werden und dort entweder photografisch registriert oder durch Kabel nach Übertage übertragen werden. Dieses bedingt jedoch, daß der Bohrvorgang für das Einlassen der Sonde längerfristig unterbrochen werden muß. Derartige Unterbrechungen des Bohrvorganges beeinflussen aber den Preis einer Bohrung sehr ungünstig, da auch bei stillstehendem Bohrgestänge sich die Bohrkosten pro Stunde auf ganz erhebliche Werte belaufen. Auch bohrtechnisch wirkt sich die Unterbrechung ungünstig aus, da sich dadurch leicht die Bohrkrone oder das Gestänge festsetzen und dadurch die Gefahr eines Gestängebruches entstehen kann.

Aus diesem Grunde ist es bereits mehrfach versucht worden, Meßwerte während des Bohrens aufzunehmen und kabellos nach Übertage zu übertragen.

Diese Versuche haben sich aber bei so tiefen Bohrlöchern, wie sie bei Bohrungen nach Erdöllagerstätten notwendig sind, nicht mit Erfolg durchführen lassen. Alle Versuche mit elektromagnetischen Mittel- und Hochfrequenzen als Übertragungsmittel haben sich als erfolglos erwiesen, da diese Frequenzen sofort von den Erdformationen absorbiert werden. Versuche mit Schall- und Ultraschallfrequenzen haben sich ebenfalls als erfolglos erwiesen, da die Geräusche der Spülungssäule innerhalb der Bohrsäule so groß waren, daß die Signale nicht mehr aus dem Rauschen ermittelbar waren. Meßdaten durch Impulse, die der Spülungssäule überlagert werden, zu übertragen, funktionieren nur bis zu einer Teufe von etwa l.ooo m. Versuche der Magnetisierung des Gestänges mit einer Sendespule oberhalb der Bohrkrone und einer übertage das Bohrgestänge umhüllenden Empfängerspule haben wegen

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der erforderlichen großen Energie ebenfalls nur zu sehr geringen Erfolgen bei größeren Teufen geführt. Eine kabellose Übertragung mit elektromagnetischen Niederfrequenzen hat auch nur über kurze Entfernungen zu Erfolgen geführt.

Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile und schafft die Möglichkeit einer kabellosen übertragung von am Bohrgestänge gewonnenen Meßwerten auch aus großen Teufen.

Die Erfindung benutzt zur Lösung dieser Aufgabe eine Vorrichtung, deren wesentliches Kennzeichen darin besteht, daß untertage an dem Bohrgestänge zwei weit genug voneinander entfernt liegende Elektroden in Form von sich um das Bohrgestänge schmiegenden Platten angeordnet sind, daß diese beiden Platten mit je einer Kondensatorelektrode verbunden sind, die von der Quelle elektrischer Energie aufladbar sind, und daß die Kondensatorelektroden über einen Kurzschlußschalter über die am Bohrgestänge angebrachten Elektroden und über die Erdverbindung miteinander verbindbar sind, der in seiner Schaltfrequenz und/oder Schalthäufigkeit durch" einen Meßwandler in Abhängigkeit von den erzielten Meßwerten gesteuert ist. Übertage erfolgt der Empfang der Entladungs-Impulse über zwei in das Erdreich gesteckte und weit genug voneinander liegende Empfangs-Elektroden, die mit dem Eingang eines Verstärkers verbunden sind. Am Verstärker-Ausgang können die Sende-Impulse abgehorcht oder zur Anzeige gebracht werden.

Anstelle der zweiten Elektrode untertage und übertage kann zur Vereinfachung eventuell das Bohrgestänge verwendet werden. Dabei ist dann untertage die eine Kondensatorseite und übertage der eine Verstärkereingang direkt mit dem Bohrgestänge verbunden.

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Durch die Erfindung ist es möglich geworden, mittels Kondensatorentladungen Übertragungen durch die große, in den Kondensatoren gespeicherte Energie, die in kürzester Zeit stoßweise in die Erdformationen entladen werden, aus großen Tiefen nach übertage zu übertragen. Eine derartige Kondensatorentladung weist ein breites FrequenzSpektrum auf. Durch dieses breite FrequenzSpektrum wird es möglich, die Übertragung vonstatten gehen zu lassen, da sich in diesem FrequenzSpektrum immer Frequenzen befinden, die von den Erdformationen nicht so stark wie andere absorbiert oder reflektiert werden.

Als Quelle elektrischer Energie kann man Batterien verwenden, aber für einen Einsatz über eine lange Zeit verwendet man zweckmäßigerweise einen Generator, der von der Spülflüssigkeit im Bohrgestänge angetrieben ist. Auf diese Weise wird es möglich, ständig elektrische Energie für die Übertragungsvorgänge unter Tage zur Verfügung zu haben. Diese Quelle elektrischer Energie ist wegen ihres ständigen Vorhandenseins in vielen Fällen zweckmäßiger, als am oder im Bohrgestänge angeordnete Akkumulatoren oder Batterien.

Ebenso, wie eine Übertragung von Untertage nach oben möglich ist, kann umgekehrt eine Übertragung von Übertage nach Untertage ebenfalls durch Kondensatorentladungen erfolgen. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, wenn die untertage am Bohrgestänge isoliert angebrachten Platten an eine Empfängerschaltung anschließbar sind. Dieses hat den Vorteil, daß dann von übertage her die einzelnen Meßvorrichtungen unter Tage gesteuert und in bestimmter Weise an die Bohrvorrichtungen, z. B. Richtbohrwerkzeuge, übermittelt werden können.

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Hierzu dient vorteilhafterweise ein im oder am Bohrgestänge angeordneter zeitgesteuerter Schalter, mit dem die am Bohrgestänge angeschlossenen Platten für ein Zeitintervall an die Empfängerschaltung, für das darauffolgende Zeitintervall an den Kondensator anschließbar sind. Hierdurch wird es möglich, zu bestimmten Zeiten in sehr großen Tiefen Meßbefehle zu empfangen und anschließend die Meßbefehle durchzuführen und nach Übertage zu übertragen. Hier wird bei Vorhandensein mehrerer Meßstellen zweckmäßigerweise ein im oder am Bohrgestänge angeordneter, von der im Bohrgestänge befindlichen Empfängerschaltung gesteuerter Meßstellenumschalter vorgesehen. Dieser schließt dann entsprechend den Meßbefehlen im Sendezeitintervall die gewünschten Meßstellen an den Meßwandler und den Sender an.

Das Wesen der vorliegenden Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Meßvorrichtung.

Fig. 2 den Bohrgestänge-Verbinder, vorzugsweise aus unmagnetischem Material, der über der Bohrkrone sitzt und welcher die Vorrichtung zum Messen und kabellosen übertragen enthält.

.In einem Bohrturm 1 hängt ein Bohrgestänge 2 mit einer Bohrkrone 3. Auf dem Erdboden befindet sich über Tage ein Empfänger 4, welcher an die Meßelektroden 5 A und 5 B angeschlossen ist, die in die Erdoberfläche eingesteckt sind. Dicht hinter der Bohrkrone 3 befinden sich zwei - möglichst weit entfernt voneinander liegende - plattenförmige Elektroden 6 A, 6 B, die sich dicht an den Gestänge-Verbinder 24anschmiegen, von diesem aber durch Isolationen 7 getrennt sind. Im Inneren des Gestänge-Verbinders 2 ist ein Schalter

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8 vorgesehen, mit welchem die beiden Elektroden 6 A, 6 B einerseits an eine im Inneren des Gestänge-Verbinders 2 angeordnete Empfängerschaltung 9 anschließbar und andererseits an einen Kondensator Io anschließbar sind, welcher mittels eines Generators 11 gespeist wird. Dieser Generator 11 wird durch die Spülflüssigkeit angetrieben, die in dem Spülungsdurchfluß 12 fließt. Dem Antrieb dient eine kleine Turbine 13. Der Kondensator Io ist mittels des Kurzschlußschalters 14 kurzschließbar. Der Kurzschlußschalter 14 ist gesteuert durch einen Meßwandler 15, welcher an einen Meßstellenumschalter 16 angeschlossen ist, über welchem die verschiedenen Meßstellen 17 A, 17 B, 17 C an den Meßwandler 15 anschließbar sind.

Die stoßförmig von dem Kondensator Io über den Kurzschlußschalter 14 den Erdformationen zugeführte elektrische Energie fließt von der Elektrode 6 A nach 6 B (oder umgekehrt), wobei sich wegen der dreidimensionalen Ausdehnung des unterirdischen Gebirges und den damit verbundenen Widerstandsverhältnissen die Stromlinien weit ausbreiten. Übertage kann durch die weit genug auseinanderliegenden zwei Elektroden 5 A und 5 B eine kleine Spannungsdifferenz auf einer Stromlinie abgegriffen, im Verstärker 4 verstärkt und zur Anzeige gebracht und ausgewertet werden.

Die einzelnen Impulse einer Impulsefolge, die in einem Code-System verschlüsselte Wertangaben überträgt, liegen zweckmäßiger Weise zeitlich weit auseinander. Zweckmäßig können zeitliche Abstände von 1 bis 2o see. zwischen den Impulsen sein.

Für die Empfängerschaltung 9 ist über Tage ein Sender 18 vorgesehen, dessen Sendeenergie in die Elektroden 19 A und 19 B eingespeist wird. Auch dieser Sender arbeitet

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mit dem Kurzschließen eines Kondensators. Dieser Sender 18 dient dazu, mittels der Empfängerschaltung 9 den Meßstellenumschalter 15 zu steuern.

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Claims

Schutzansprüche :

1. Vorrichtung zum Messen und kabellosen Übertragen von an einer Bohrlochsonde gewonnenen Meßwerten nach übertage, welche unter Tage eine am oder im Bohrgestänge hinter der Bohrkrone angeordnete Quelle elektrischer Energie, Meßwandler und einen Sender aufweist und welche an der Erdoberfläche zwei in das Erdreich eingesteckte Empfangselektroden und einen Empfänger aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

daß an dem Bohrgestänge (2) zwei Elektroden in Form von sich um das Bohrgestänge (2) schmiegenden isoliert angebrachten Platten (6 A, 6 B) angeordnet sind, daß diese beiden Platten (6 A, 6 B) mit je einer Kondensatorelektrode (lo) verbunden sind, die von der Quelle (11) elektrischer Energie aufladbar sind, und daß die Kondensatorelektrode (lo) über einen Kurzschlußschalter (14) miteinander verbindbar sind, der in seiner Schaltfrequenz und/oder Schalthäufigkeit durch einen Meßwandler (15) in Abhängigkeit von den erzielten Meßwerten gesteuert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Quelle (11) elektrischer Energie ein Generator ist, der von der Spülflüssigkeit im Bohrgestänge (2) angetrieben ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die am Bohrgestänge (2) angeordneten Platten (6 A, 6 B) an eine Empfängerschaltung anschließbar sind.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet

durch einen in oder am Bohrgestänge (2) angeordneten zeitgesteuerten Schalter (8), mit dem die am Bohrgestänge (2) angeschlossenen Platten (6 A, 6 B) für ein Zeitintervall an die Empfängerschaltung (9), für das darauffolgende Zeitintervall an den Kondensator (lo) anschließbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet

durch einen im oder am Bohrgestänge (2) angeordneten, von der im Bohrgestänge befindlichen Empfängerschaltung gesteuerten Meßstellenumschalter (16).

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß je eine Elektrode untertage und übertage durch das Bohrgestänge gebildet ist.

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