DE2624552A1

DE2624552A1 - Bohrloch-nachrichtenuebertragungssystem

Info

Publication number: DE2624552A1
Application number: DE19762624552
Authority: DE
Inventors: David Lamensdorf; Alexander Murray Nicolson
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1975-06-09
Filing date: 1976-06-01
Publication date: 1976-12-30
Also published as: JPS51151154A; US4023136A; FR2314352B3; FR2314352A1

Description

Patentanwälte Dipl.-lng. Curt Wallach

Dipl.-lng. Günther Koch

2624552 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 1. Juni 19?6

Unser Zeichen: I5 556 - Fk/Ne

Sperry Rand Corporation New York, USA

Bohrloch-Nachrichtenübertragungssystem

Die Erfindung bezieht sich auf Bohrloch-Nachrichtenübertragungssysteme, die bei der Einrichtung und beim Betrieb von mit geothermischen Quellen betriebenen Krafterzeugungssystemen der Art verwendet werden, die elektrische oder andere Leistung dadurch erzeugen, daß Energie von unterirdischen geothermischen Quellen ausgenutzt wird.

Geothermische Quellen verwendende Leistungserzeugungssysteme, auf die die vorliegende Erfindung Anwendung finden kann, sind in den deutschen Offenlegungsschriften 2 419 227 und 2 530 6j55 der gleichen Anmelderin beschrieben. In diesen Offenlegungsschriften sind geothermische EnergieUbertragungs- und Nutzsysteme beschrieben, die die thermische Energie, die in heißem Lösungsmittel mit sich führendem Quellenwasser gespeichert ist, ausnutzen, um überhitzten Dampf aus einer injizierten Strömung von reinem Wasser zu erzeugen. Der überhitzte Dampf wird dann zum Betrieb einer von einer Turbine angetriebenen Pumpe am Boden des Bohrloches oder der Quelle verwendet, die das heiße, aufgelöste Stoffe mit sich führende Wasser unter hohem Druck

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und in flüssigem Zustand zur Erdoberfläche pumpt, wo die Überführung ihrer Wärmeenergie auf eine eine geschlossene Schleife bildende Kombination aus einem Dampfkessel, einer Turbine und einem Wechselstromgenerator durchgeführt wird, um elektrische oder andere Energie zu erzeugen. Gekühltes sauberes Wasser wird an dem an der Erdoberfläche befindlichen System regeneriert und in die tiefe Quelle erneut injiziert, während das restliche konzentrierte gelöste Stoffe führende Wasser in die Erde zurückgepumpt wird.

Geothermische Brunnen oder Quellen von dieser und anderer Art können in brauchbarem Ausmaß durch Verfahren festgestellt und eingebracht werden, wie sie bisher in der ölbohrtechnik angewandt wurden. Bei derartigen Untersuchungen wird ein Behälter, der Meßfühler, eine Batterie und ein Aufzeichnungsgerät enthalten kann, in den Brunnenschacht oder das Bohrloch abgesenkt und dann zur Erdoberfläche zurückgebracht, wo die aufgezeichneten Daten wiedergewonnen werden. Dies zeitraubende Verfahren ist selbst bei Ölbohrungen unerwünscht weil es kein Echtzeitverfahren ist und die Entfernung von Geräten aus dem Bohrloch erfordert. Wenn ein arbeitendes System wie z.B. eine geothermische Bohrlochpumpe vorhanden ist, ist die Entfernung des Pumpsystems nicht wirtschaftlich und es stehen lediglich sekundäre Einrichtungen zur Gewinnung von Daten über die Stelle, an der sich die Pumpe in dem Bohrloch befindet, zur Verfügung.

Beispielsweise wird beim Gegenstand der deutschen Offenlegungsschrift 2 550 635 ein zuverlässiger Betrieb des Systems durch eine Steueranordnung sichergestellt, bei der der Druck des reinen Wassers, das den unterirdischen Dampfgenerator erreicht, die Rate der Massenströmung durch die die Pumpe antreibende Dampfturbine und damit den richtigen Druck des heißen gepumpten Quellenwassers bestimmt. Durch Steuerung des Ausgangsdruckes der Pumpe für das reine Wasser an der Erdoberfläche wird der Druck des gepumpten heißen Brunnenwassers bestimint. Diese Anordnung ermöglicht weiterhin das gesteuerte Starten und Stoppen der Pumpeinrichtung in dem tiefen Brunnenschacht, so daß die

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Lagerungen dieser Pumpeinrichtung immer ausreichend geschmiert werden. Obwohl das System gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 2 530 655 Vorteile bei einem eingerichteten geothermischen Leistungssystem aufweist, können keine direkten Messungen von primären Parametern, die momentan den Betriebswirkungsgrad des geothermischen Tiefbrunnen-Pumpsystems wiedergeben und deren Werte insbesondere während der Einrichtung und des anfänglichen Betriebs des Systems und selbst während seines fortgesetzten Betriebes von Interesse sind, ohne weiteres erzeugt werden. Wenn eine Änderung der Ausgangseigenschaften eines gepumpten Brunnens lediglich am Brunnenkopf beobachtet wird, ist es schwierig oder unmöglich, die Ursache der Änderung einem speziellen Problem an der Stelle der Tiefbrunnen-Pumpe zuzuordnen. Daher sind direktere Messungen zusätzlich zu den Steuersignalen der allgemeinen Art, die bisher zur Verfügung stand, erforderlich.

Ein erfindungsgemäß ausgebildetes BohrlochTNachrichtenübertragungssystem für die Übertragung von Daten aus der Tiefe eines Bohrlochs zur Erdoberfläche umfaßt elektromagnetische Signalgeneratoreinrichtungen, eine elektromagnetische Übertragungsleitung, die mit den elektromagnetischen Signalgeneratoreinrichtungen gekoppelt ist und elektromagnetische Wellen entlang des Bohrloches zur Erdoberfläche ausbreitet, und Empfangseinrichtungen an der Erdoberfläche, die mit der elektromagnetischen Übertragungsleitung verbunden sind und Signale von den Signalgeneratoreinrichtungen empfangen.

Das erfindungsgemäße System kann dazu verwendet werden, eine dauernde "und momentane überwachung von geothermischen Tiefbrunnen-Energiesystemen der allgemeinen Art durchzuführen, die in den oben erwähnten deutschen Offenlegungsschriften 2 419 und 2 530 635 beschrieben ist. Bei diesen Systemen wird eine wirkungsvolle Möglichkeit für die Erzeugung von elektrischer Leistung an der Erdoberfläche unter Verwendung von Energie geschaffen, die einer unterirdischen geothermischen oder Erd-

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wärme-Quelle entnommen wird. Diese Systeme schließen Einrichtungen für die wirkungsvolle und zuverlässige Erzeugung von überhitztem Dampf zum Antrieb eines dampfgetriebenen Pumpsystems am Boden des Heißwasserbrunnens ein, wobei dieses Pumpsystem das heiße Wasser zur Erdoberfläche pumpt, wo der Energieinhalt des heißen Wassers mit Vorteil für die Erzeugung elektrischer Leistung verwendet wid. Bei der Einrichtung und beim Betrieb einer oder mehrerer derartiger geothermischer Brunnen an einer geothermischen Stelle ist eine dauernde Überwachung und Analysierung der einzelnen Brunnen erwünscht. Dauernd eingebaute Meßfühler sind für die Feststellung von Änderungen des Strömungsmitteldruckes und der Temperatur erforderlich, wobei diese Änderungen zu klein sind, um genau durch sekundäre Einrichtungen festgestellt zu werden. Diese geringen Änderungen können lediglich über eine längere Zeitperiode entstehen, sie können jedoch schließlich Auswirkungen von erheblicher Bedeutung bezüglich der Lebensdauer und des Wirkungsgrades einer vorgegebenen Tiefbrunnen-Pumpeinrichtung hervorrufen.

Die interessierenden Parameter für eine direkte Beobachtung schließen den Brunnenwasser druck und die Temperatur unmittelbar unter der Pumpe, die Druckdifferenz über die Pumpe und die Drehzahl der Pumpe ein. Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die an der Stelle der Tiefbrunnenpumpe durch verschiedene Meßfühler gewonnenen Daten einem Empfänger an der Erdoberfläche über eine elektromagnetische Übertragungsleitung zugeführt, die durch das interne Rohrsystem des geothermischen Energiesystems gebildet ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

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In der Zeichnung zeigen:

Pig. I einen Seitenaufriß, größtenteils im Querschnitt, einer geothermischen Tiefbrunnen-Pumpeinrichtung, die mit einer Ausführungsform des Nachrichtenübertragungssystems versehen ist;

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 nach Fig. Ij

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 eine bruchstückhafte Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer abgeänderten Ausführungsform des Bohrloch-Nachrichtenübertragungssystems.

Fig. 1 zeigt den allgemeinen Aufbau und die Eigenschaften des Teils eines geothermischen Energiegewinnungssystems, der in einen Tiefbrunnen eingetaucht ist, der sich in Schichten weit unter der Erdoberfläche erstreckt und vorzugsweise an einer derartigen Tiefe unter der Oberfläche liegt, daß eine reichliche Zufuhr von extrem heißem geothermischem Wasser unter hohem Druck von Natur aus zur Verfügung steht, wobei die aktive Pumpanordnung in der Nähe der Wasserquelle und innerhalb eines allgemein üblichen Bohrloch-Futterrohrs 10 angeordnet ist. Die Anordnung nach Fig. 1 schließt einen Brunnenkopfabschnitt 11, der sich normalerweise oberhalb der Erdoberfläche 12 befindet, sowie einen Hauptbrunnenabsehnitt 13 ein, der sich von dem Brunnenkopfabschnitt 11 nach unten und unter die Erdoberfläche 12 erstreckt. An der unterirdischen Quelle von heißem unter hohem Druck stehendem Wasser steht; der Hauptbrunnenabsehnitt 13 mit einem Dampf generatorabschnitt 14 in Verbindung. Der Dampfgeneratorabschnitt 14, ein Dampfturbinenabschnitt 15* ein Kraftanlagen-Drehlagerabschnitt l6 und ein Heißwasser-Pumpabschnitt 17 folgen einander in zusammenwirkender Folge in zunehmender

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Tiefe. Zwischen dem Dampfgeneratorabschnitt 14 und dem Dampfturbinenabschnitt 15 befindet sich ein Instrumentenabschnitt 18, der elektrische Signale erzeugt, die die Daten darstellen, die von den Überwachungsmeßfühlern gewonnen werden, die in das System eingefügt sind.

Vcn dem Brunnenkopfabschnitt 11 an der Erdoberfläche 12 erstreckt sich das Brunnenfutterrohr 10 nach unten und umgibt in vorzugsweise konzentrischer Beziehung ein inneres aus rostfreiem Stahl oder einem anderen Legierungsstahl hoher Qualität bestehendes Eohr oder eine Leitung 19, die eine Strömung von relativ kühlem und relativ reinem Wasser von der Erdoberfläche 12 zum Boden des geοthermischen Brunnens zuführt. Ein zweites relativ großes Rohr oder eine Leitung 20, die die Leitung I9 umgibt, ist ebenfalls innerhalb des Brunnenfutterrohrs 10 angeordnet und erstreckt sich von dem Brunnenkopf 11 zum Energieumwandlungs- und Pumpsystem am Boden des Brunnens und dieses Rohr 20 ermöglicht es dem Turbinenabdampf, nach oben zur Erdoberfläche 12 zu strömen.

Sauberes kaltes Wasser wird von der Erdoberfläche 12 durch das innere Rohr 19 bis zum Bereich einer Rohrverzweigung 21 gepumpt. An der Rohrverzweigung 21 wird das nach unten strömende Wasser in zwei Zweigpfade aufgeteilt. Ein erster Abzweigpfad führt sauberes Schmierwasser durch ein Rohr 22 zu, um ein System von Lagern zu schmieren, die in dem Lagerungsabschnitt 16 angeordnet sind. Eine zweite Zweigleitung 24 speist sauberes Wasser über ein Druckregulier sys tem 25 und über ein Verteilungsrohr oder Rohre 26 der Eingangsverzweigung 27 eines Dampfgenerators 28 zu, der zwischen den allgemein konzentrischen Wänden von Rohren 20 und 20a ausgebildet ist. Entsprechend wird unter hohem Druck stehender Dampf erzeugt und einer Dampfturbine zugeführt, die in dem Turbinenabschnitt I5 angeordnet ist.

Die Funktion der an dem Abschnitt 15 angeordneten Turbine besteht darin, eine am Abschnitt 17 angeordnete Pumpe für heißes

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Brunnenwasser anzutreiben. Heißes unter hohem Druck stehendes Wasser wird nach oben an einer Dichtung 32 vorbei mit Hilfe rotierender Pumpenflügel 33 gepumpt, die zwischen dem rotierenden konischen Ende 3^ der Pumpe und dem zugehörigen stationären Mantel 35 angeordnet sind. Das heiße Wasser wird mit hoher Geschwindigkeit in der kreisringförmigen Leitung zwischen den Rohren 20 und 10 nach oben gepumpt, so daß die Ausnutzung der thermischen Energie des heißen Wassers an der Erdoberfläche ermöglicht wird. Hierbei ist von großer Bedeutung, daß das heiße Brunnenwasser zur Erdoberfläche 12 nach oben mit einem Druck gepumpt wird, der eine Dampfbildung und damit eine unerwünschte Abscheidung von gelösten Salzen verhindert.

Entsprechend ist zu erkennen, daß sehr heißes, unter hohem Druck stehendes geothermisches Brunnenwasser nach oben gepumpt wird und in den kreisringförmigen Bereich strömt, der zwischen den aus Legierungsstahl bestehenden Rohren 20 und 10 gebildet ist. Von dem heißen Brunnenwasser gelieferte Wärme wandelt das in die Einlaßverzweigung 27 des Dampfgenerators 28 strömende saubere Wasser sehr schnell in hochenergetischen trockenen überhitzten Dampf um. Das saubere Wasser wird vor dem Durchfließen der Rohrverzweigung 21 und des Druckreglers 25 auf Grund des Flüssigkeitsdrucks und des durch die Pumpe an der Oberfläche hinzugefügten Druckes auf einem sehr hohen Druck gehalten, so daß es nicht verdampfen kann. Der Druckregler 25 steuert den Druck des ihn durchfließenden sauberen Wassers derart, daß es in dem Volumen des Dampfgenerators 28 verdampft und überhitzt werden kann. Der hochenergetische Dampf treibt die Dampfturbine an und wird umgelenkt, so daß er nach der Ausdehnung als relativ kühler Dampf nach oben zur Oberfläche 12 innerhalb der kreisringförmigen Leitung strömt, die zwischen den aus Legierungsstahl bestehenden Rohren 19 und 20 gebildet ist. Die thermische Energie wird an der Oberfläche 12 hauptsächlich aus dem heißen, unter hohem Druck stehenden Brunnenwasser gewonnen, sie kann jedoch auch teilweise aus dem Turbinenabdampf wiedergewonnen werden.

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Während des Pumpbetriebes wird der Pumpeneingangsdruck und der Druck des gepumpten Wassers zwischen den Rohren 10 und durch Druckmeßfühler 36 bzw. 37 gemessen, die Brunnentemperatur an der Pumpe wird durch einen Temperaturmeßfühler 38 gemessen und die Drehzahl der Pumpenwelle wird durch eine (nicht gezeigte) Einrichtung gemessen, die in der US-Patentanmeldung 580 384 der gleichen Anmelderin vom 23. Mai 1975 beschrieben ist. Diese Messungen darstellende elektrische Signale werden einem Instrumentensystem 40 zugeführt, in dem elektromagnetische Trägersignale, die durch Multiplex-Datensignale moduliert sind, erzeugt

werden

und in Richtung auf die Erdoberfläche übertragen^. Diese elektromagnetischen Signale werden von dem Instrumentensystem 40 auf eine Übertragungsleitung 41 ausgekoppelt, durch die sie durch den Dampfgeneratorabschnitt 14 bis zu einem elektromagnetischen Kurzschlußschirm 42 (der in elektrischem Kontakt mit

übertragen dem Außenleiter der Übertragungsleitung 41 stentyyund durch diesen hindurchgefünrtYund sie werden dann über ein Kopplungselement 43 einer Koaxialleitung zugeführt, die durch die Rohre 19 und 20 gebildet ist.

Der elektromagnetische Kurzschlußschirm 42 ist so aufgebaut, daß er die Dampfströmung durch den Schirm ermöglicht während er gleichzeitig als Kurzschluß für elektromagnetische Signale wirkt. Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, besteht der Kurzschlußschirm aus Metallteilen, die sich in Radialrichtung vom Mittelpunkt des Schirmes 42 aus erstrecken, sowie aus ringförmigen Metallteilen 45, die konzentrisch um den Mittelpunkt angeordnet sind, wobei jedes kreisförmige Teil 45 in elektrischer Berührung mit jedem radialen Teil 44 steht. Diese Anordnung ergibt Zwischenräume 46 innerhalb der Gitterstruktur des Schirmes 42, die ausreichende Abmessungen aufweisen, damit der Dampf im wesentlichen unbehindert strömen kann. Die inneren und äußeren Teile 45 des Kurzschlußschirmes 42 stehen in elektrischem Kentakt mit den Rohren I9 bzw. 20. Der Kurzschlußschirm dient einer Vielzahl von Punktionen, die die Isolation der durch die Rohre I9 und 20 gebildeten Übertragungsleitung

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von den Rohren und anderen elektromagnetische Wellen störenden Teilen innerhalb des Dampfgenerators 14 sowie die Bildung eines Teils des elektromagnetischen Anpaßsystems einschließen, das eine wirkungsvolle Übertragung der elektromagnetischen Energie von der Übertragungsleitung 41 zu der durch die Rohre 19 ' und 20 gebildeten Übertragungsleitung ermöglicht.

Die Rohre 19 und 20 werden in einer im wesentlichen koaxialen Anordnung mit Hilfe von keramischen Abstandsstücken 51 gehalten, die in geeignetem Abstand entlang der Länge der Rohre 19 und angeordnet sind, wobei lediglich eines dieser Abstandsstücke in Fig. 1 gezeigt ist.

Wie es in Fig. J5 gezeigt ist, besteht jedes Abstandsstück aus radialen Teilen 52 und Umfangsteilen 53. Die radialen Teile 52 halten den Abstand zwischen den Rohren 19 und 20 aufrecht, während die Umfangsteile 53 den Abstand zwischen den radialen Teilen 52 aufrechterhalten, so daß sich Zwischenräume 5^ ergeben, durch die der Dampf hindurchströmen kann.

Das sioh aus der Tiefe des Brunnens ausbreitende Signal wird an einem Ausgangsanschluß 55 einer koaxialen Übertragungsleitung 56 empfangen, die mit der durch die Rohre 19 und 20 gebildeten Übertragungsleitung in üblicher Weise gekoppelt ist. Eine massive Keramikperle 57* durch die der Innenleiter 58 der koaxialen Übertragungsleitung 56 hindurchläuft, dichtet die Übertragungsleitung 56 gegenüber dem Dampf ab, der in dem Zwischenraum zwischen den Rohren 19 und 20 enthalten ist. Die Isolation des Übertragungssystems von dem übrigen Teil der an der Oberfläche befindlichen Rohre wird mit Hilfe eines zweiten elektromagnetischen Kurzschlußschirmes 59 erreicht, dessen Konstruktion der Konstruktion des elektromagnetischen Kurzschlußschirmes 42 ähnlich ist. Die Lage des Kurzschlußschirmes 59 bezüglich der Verbindung der Übertragungsleitung 56 und der durch die Rohre 19 und 20 gebildeten Koaxialleitung wird im Hinblick auf AnpaßerwBgungen bestimmt, so daß eine

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maximale Energieübertragung zwischen der durch die Rohre 19 und 20 gebildeten Koaxialleitung und der koaxialen Übertragungsleitung 56 erreicht wird. Der Ausgangsanschluß 55 der Koaxialleitung 56 ist über eine Koaxialleitung 62 mit einem Demultiplexer 63 verbunden. Der Demultiplexer 63 ist ein üblicher synchroner Demultiplexer, der synchron mit der Betriebsweise des Multiplexers des Instrumentenabschnittes 18 betrieben wird, und zwar auf Grund der periodischen Übertragung eines Synchronisiersignals von dem Multiplexer, das automatisch von dem Demultiplexer 63 ausgenutzt wird. Die wiederum getrennten Signale werden dann von dem Demultiplexer 63 über ein Kabel 64 zur Anzeige in irgendeiner üblichen Anzeigevorrichtung 65 weitergeleitet, wie beispielsweise auf getrennten elektrischen Meßeinrichtungen oder auf einer Meßinstrumentenanordnung 65a. Die getrennten Signale können zusätzlich in einem üblichen Mehrkanal-Aufzeichnungsgerät 65b aufgezeichnet werden. Es ist weiterhin verständlich, daß ausgewählte der in dem Demultiplexer wieder aufgeteilten Signale für Steuerzwecke verwendet werden können, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist und diese Signale können selektiv über ein Kabel 66 einer Steuereinrichtung oder einer Gruppe von Steuereinrichtungen zugeführt werden, die durch ein Steuersystem 67 in Fig. 1 dargestellt sind, in dem Steuersignale erzeugt werden können, die das Bohrloch hinunter zurtickübertragen werden oderjäiese Signale können dazu verwendet werden, wirkungsvolle Leistungssteuereinrichtungen zu betreiben oder die Betriebsweise dieser Steuereinrichtungen zu verbessern, wie sie beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift 2 419 237 beschrieben sind.

Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, kann das elektromagnetische Signal von dem Instrumentensystem 40 zur Oberfläche über eine Übertragungsleitung 68 übertragen werden, die durch den Außendurchmesser eines Werkstückes in Form eines Brunnenfutterrohres 69 und die Wand 70 des Brunnenbohrloches gebildet ist, dessen Außendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Brunnenfutter-

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rohrs 69 ist. Das Brunnenbohrloch kann mit einem metallischen Leiter ausgekleidet sein, so daß eine Koaxialleitung mit leitenden inneren und äußeren Durchmessern mit einem dazwischenliegenden Luftdielektrikum gebildet wird. Die elektromagnetischen Signale von dem Instrumentensystem 40 können der Übertragungsleitung 68 mit Hilfe von zwei Sonden 7I zugeführt werden, die in diametraler Richtung in der Übertragungsleitung 68 angeordnet sind, wobei die Sonden 7I von den Armen 72 einer koaxialen T-Verbindung mit drei Anschlüssen vorspringen, deren dritter Arm 73 mit dem Instrumentensystem 40 gekoppelt ist. Der Außendurchmesser der Arme 72 steht derart mit den Rohren 10 und 20 in Berührung, daß eine Abdichtung gebildet wird, so daß das Wasser zwischen den Rohren 10 und 20 und der Dampf zwischen den Rohren 20 und 20a abgeschlossen wird. Ein massiver metallischer Kurzschlußring "Jk, der in geeigneter Entfernung von den Sonden 71 angeordnet ist, dient als Teil des Sondenanpaßnetzwerkes sowie als Einrichtung zur Isolation der Übertragungsleitung von der übrigen Tiefe des Brunnens. Das elektromagnetische Signal breitet^ich entlang der Übertragungsleitung 68 zur Oberfläche hin aus, wo es sich entlang einer Übertragungsleitung 75 ausbreitet, die mit der Übertragungsleitung 68 in üblicher Weise gekoppelt ist. Ein metallischer Kurzschlußring 76 dichtet die Übertragungsleitung 68 ab und verhindert ein Auslecken der Strahlung aus der Übertragungsleitung 68 an der Erdoberfläche und dient gleichzeitig als Teil eines Anpaßnetzwerkes einer Sonde 77. Das Portlassen der metallischen Auskleidung der Bohrlochwand 70 ergibt eine koaxiale Übertragungsleitung, bei der der Außenleiter durch das das Bohrloch umgebende Gestein gebildet ist. Die Ausbreitungsverluste entlang dieser Übertragungsleitung hängen von der Leitfähigkeit des den Außendurchmesser der koaxialen Übertragungsleitung 68 bildenden Gesteins ab, sie liegen jedoch allgemein in einem Bereich, der mit den Ausbreitungsverlusten einer Koaxialleitung mit metallischen und äußeren Leitern vergleichbar ist, weil in beiden Fällen die Energie in dem Luftraum zwischen den inneren und äußeren Leitern ausgebreitet wird.

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Obwohl die vorstehend beschriebenen Übertragungsleitungen durch das Brunnenfutterrohr 10 der geothermischen Pumpe und die Bohrlochwand gebildet sind, ist zu erkennen, daß eine in der vorstehend beschriebenen Weise arbeitende Übertragungsleitung in dem Bohrloch durch die Bohrlochwand und andere Werkstücke gebildet werden kann, die in geeigneter Weise in dem Bohrloch angeordnet sind.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche :

Bohrloch-Nachrichtenübertragungssystem für die Übertragung ' von Daten aus der Tiefe eines Bohrloches zur Erdoberfläche, gekennzeichnet durch elektromagnetische Signalgeneratoreinrichtungen (40), eine mit den elektromagnetischen Signalgeneratoreinrichtungen (40) gekoppelte elektromagnetische Übertragungsleitung (19, 20) zur Ausbreitung elektromagnetischer Wellen entlang des Bohrloches zur Erdoberfläche (12), und mit der elektromagnetischen Übertragungsleitung (19, 20) gekoppelte Empfangseinrichtungen (55) zum Empfang von Signalen von den Signalgeneratoreinrichtungen (4o) .
2. Bohrloch-Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Übertragungsleitung (I9, 20)eine in einem geothermischen Pumpsystem gebildete Koaxialleitung umfaßt und daß der Innenleiter (19) und der Außenleiter (20) der Koaxialleitung im wesentlichen konzentrische Rohrleitungen des geothermischen Pumpsystems sind.
3. Bohrloch-Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch elektromagnetische Isolationseinrichtungen (42), die in elektrischer Berührung mit den Rohrleitungen (19* 20) stehen und die derart entlang der durch diese Rohrleitungen gebildeten koaxialen Übertragungsleitung (19* 20) angeordnet sind, daß alle elektromagnetische Wellen störenden Oberflächen der geothermischen Pumpe sich in größerer Tiefe als die Isolationseinrichtungen (42) befinden und eine zweite elektromagnetische Übertragungsleitung (4l), die mit Hilfe einer Kopplung mit den elektromagnetischen Signalgeneratoreinrichtungen (40) und mit der durch die Rohrleitungen gebildeten koaxialen Übertragungs-

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leitung (19, 20) gekoppelt ist, wobei sich die Kopplung
an einer geringeren Tiefe als die elektromagnetischen Isolationseinrichtungen (42) befindet und in einem derartigen Abstand oberhalb der Isolationseinrichtungen (42) angeordnet ist, daß die Isolationseinrichtungen (42) den Bestandteil eines Netzwerkes darstellen, das eine wirkungsvolle
elektromagnetische Ankopplung an die durch die Rohrleitungen gebildete Übertragungsleitung (IQ, 20) ergibt.
4. Bohrloch-Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtungen (55) an der Erdoberfläche eine dritte mit der durch die Rohrleitungen gebildeten Übertragungsleitung (19, 20) gekoppelte elektromagnetische Übertragungsleitung (56) und zweite elektromagnetische Isolationseinrichtungen (59) einschließen, die in einer Höhe oberhalb

der Ankopplung der dritten Übertragungsleitung (56) an die durch die Rohrleitungen gebildete Übertragungsleitung (I9, 20) angeordnet sind, so daß sie einen Kurzschluß für die elektromagnetischen Wellen darstellen und mit Abstand|oberhalb der Ankopplung derart angeordnet sind, daß die Isolationseinrichtungen (59) einen Bestandteil eines Netzwerkes bilden, das eine wirkungsvolle elektromagnetische Kopplung
zwischen der dritten Übertragungsleitung (56) und der durch die Rohrleitungen gebildeten Übertragungsleitung (19, 20) ergibt.
5. Bohrloch-Nachrichtenübertragungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennze lehne t durch eine Vielzahl von Abstandshaltern (5I), die in geeigneter Weise entlang der Länge der durch die Rohrleitungen gebildeten koaxialen Übertragungsleitung (19, 20) angeordnet
sind und diese Rohrleitungen im wesentlichen konzentrisch halten.

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6. Bohrloch-Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Tiefe des Bohrloches zur Erdoberfläche führende Übertragungsleitung (68) durch die Außenwand eines in dem Bohrloch angeordneten Werkstückes (69) und die Wand (70) des Bohrloches gebildet ist, und daß die Bohrlochwand (70) größere Abmessungen als das Werkstück (69) aufweist, so daß sich ein Übertragungszwischenraum ergibt, durch den sich die elektromagnetischen Wellen ausbreiten können.
7. Bohrloch-Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet·, daß die durch die Bohrlochwand (70) und die Außenwand des Werkstückes (69) gebildete Übertragungsleitung (68) mit den elektromagnetischen Signalgeneratoreinrichtungen (40) mit Hilfe einer Einrichtung (71, 72, 73) mit ersten, zweiten und dritten Anschlüssen gekoppelt ist, daß der erste Anschluß (73) mit den elektromagnetischen Signalgeneratoreinrichtungen (4o) gekoppelt ist und daß die zweiten und dritten Anschlüsse jeweils mit Sonden (71) gekoppelt sind, die sich in den elektromagnetischen Ausbreitungszwischenraum erstrecken und die diametral in der durch die Wand des Werkstückes (69) und die Bohrlochwand (70) gebildeten Übertragungsleitung angeordnet sind.
8. Bohrloch-Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Einrichtungen (74) zur elektromagnetischen Isolation des Teils der durch die Außenwand des Werkstückes (69) und der Bohrlochwand (70) gebildeten Übertragungsleitung (68), der sich unterhalb einer vorgegebenen Tiefe unter den Sonden (71) bis zur Erdoberfläche erstreckt, von irgendwelchen Übertragungsleitungsteilen und elektromagnetisch störenden Objekten in größerer Tiefe als der vorgegebenen Tiefe, wobei die vorgegebene Tiefe einen derartigen Abstand von den Sonden aufweist, daß die Isolationseinrichtungen (74) ein Bestandteil eines Netzwerkes bilden, das eine wirkungsvolle elektromagnetische

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Kopplung zwischen den Sonden (71) und der durch die Bohrlochwand (70) und das Werkstück (69) gebildeten Übertragungsleitung (68) ergibt.
9. Bohrloch-Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 6, 7 oder 8, gekennzeichnet durch Einrichtungen (76) zur Verhinderung einer Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen aus der durch die Außenwand des Werkstückes (69) und der Bohrlochwand (70) gebildeten Übertragungsleitung in den Bereich oberhalb der Erdoberfläche.
10. Bohrloch-Nachrichtenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9> dadurch gekennze ichne t , daß die Bohrlochwand (70) mit einem metallischen Leiter ausgekleidet ist.

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