DE4038927A1 - Bohrlochsondeneinheit - Google Patents
BohrlochsondeneinheitInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bohrlochsondenein
heit für den Einsatz unter hohen Vibrationen oder Stoßbe
lastungen, wie sie beispielsweise bei dem im Bohrloch be
findlichen Teil eines rotierenden Bohrgestänges während des
Bohrens auftreten.
Während einer während des Bohrens im Bohrloch durchgeführten
Messung (MWD) werden eine oder mehrere Meßsonden innerhalb
des Halsabschnittes des Bohrgestänges eng benachbart zur
Bohrkrone angeordnet. Hierbei besteht die Gefahr, daß diese
Meßsonden Beschädigungen erleiden oder daß die durchgeführ
ten Messungen durch das hohe Niveau an Vibrationen oder
Stoßbelastungen, denen die Sonden im Betrieb ausgesetzt
sind, gefährdet werden.
Eine Ausführungsform einer derartigen Sonde ist ein Gamma
strahlendetektor, der die von radioaktiven Elementen inner
halb der vom Bohrloch durchstoßenen Formationen abgegebene
Gammastrahlung detektiert, um ein Diagramm der Gammastrahlen
in Abhängigkeit von der Tiefe herstellen zu können, das in
der Formationsanalyse verwendet wird. Solche Gammastrahlen
detektorsonden besitzen normalerweise einen Scintillations
zähler mit einem Gammastrahlenscintillatorkristall sowie
eine Fotovervielfacherröhre, die an einer optischen Grenz
fläche, die beispielsweise aus Silikonfett besteht, mitein
ander verbunden sind. Die Integrität der optischen Grenz
fläche zwischen dem Kristall und der Fotovervielfacherröhre
kann durch Vibrationen nachteilig beeinflußt werden. Hier
durch kann das Betriebsverhalten des Scintillationszählers
ernsthaft in Mitleidenschaft gezogen werden.
In den US-PS′en 40 04 151, 41 58 773, 43 83 175 und 47 64 677
sind diverse Arten von Scintillationszählern beschrie
ben, die eine Anordnung zum Schützen des Zählers gegen
äußere Vibrationen aufweisen. Bei keinen dieser Anordnungen
ist jedoch der Schutz gegenüber Vibrationen ausreichend
wirksam, um in zuverlässiger Weise den innerhalb eines
Bohrloches auftretenden extremen Vibrationen begegnen zu
können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Montage eines
Scintillationszählers oder einer anderen vibrationsempfind
lichen inneren Einheit einer Bohrlochsondeneinheit zu ver
bessern und damit die Einheit gegen Vibrationseffekte zu
schützen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Bohr
lochsondeneinheit zum Einsatz bei starken Vibrationen oder
Stoßbelastungen vorgeschlagen, die die folgenden Bestand
teile umfaßt:
eine vibrationsempfindliche innere Einheit mit einer zylindrischen Außenfläche, ein äußeres Gehäuse mit einer zylindrischen Innenfläche, in dem die innere Einheit ange ordnet ist, und eine dazwischen angeordnete vibrations dämpfende Verbundhülse, die sich zwischen der Innen- und Außenfläche erstreckt und zwei koaxiale Hülsenteile auf weist, von denen eines in das andere gepaßt ist und die aus einem mit Öffnungen versehenen Hülsenteil aus einem relativ starren Material und einem weiteren Hülsenteil aus einem relativ elastischen Material bestehen und Abschnitte auf weisen, die sich durch Öffnungen in dem mit Öffnungen ver sehenen Hülsenteil erstrecken, wobei Abschnitte des weiteren Hülsenteiles mit der Innenfläche in Eingriff stehen und weitere Abschnitte des weiteren Hülsenteiles mit der Außen fläche in Eingriff stehen, um die innere Einheit im äußeren Gehäuse zu lagern.
eine vibrationsempfindliche innere Einheit mit einer zylindrischen Außenfläche, ein äußeres Gehäuse mit einer zylindrischen Innenfläche, in dem die innere Einheit ange ordnet ist, und eine dazwischen angeordnete vibrations dämpfende Verbundhülse, die sich zwischen der Innen- und Außenfläche erstreckt und zwei koaxiale Hülsenteile auf weist, von denen eines in das andere gepaßt ist und die aus einem mit Öffnungen versehenen Hülsenteil aus einem relativ starren Material und einem weiteren Hülsenteil aus einem relativ elastischen Material bestehen und Abschnitte auf weisen, die sich durch Öffnungen in dem mit Öffnungen ver sehenen Hülsenteil erstrecken, wobei Abschnitte des weiteren Hülsenteiles mit der Innenfläche in Eingriff stehen und weitere Abschnitte des weiteren Hülsenteiles mit der Außen fläche in Eingriff stehen, um die innere Einheit im äußeren Gehäuse zu lagern.
Vorzugsweise ist das weitere Hülsenteil in das mit den
Öffnungen versehene Hülsenteil eingepaßt, so daß die inneren
Abschnitte des weiteren Hülsenteiles mit der Außenfläche der
inneren Einheit in Eingriff stehen und sich die äußeren Ab
schnitte des weiteren Hülsenteiles durch Öffnungen im mit
Öffnungen versehenen Hülsenteil erstrecken und mit der
Innenfläche des äußeren Gehäuses in Eingriff stehen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das mit
Öffnungen versehene Hülsenteil eine zylindrische Wand mit
einer Vielzahl von sich durch diese erstreckenden Axial
schlitzen, die in regelmäßigen Abständen um den Umfang der
Wand herum angeordnet sind, und das weitere Hülsenteil weist
eine allgemein zylindrische Wand mit Axialrippen auf, die
sich durch diese Schlitze erstrecken.
Diesbezüglich besitzt die Hülse üblicherweise einen all
gemein kreisförmigen Querschnitt, obwohl auch Hülsen mit
anderen Querschnitten, beispielsweise hexagonalen, dreieck
förmigen oder quadratischen Querschnitten, unter die Lehre
der Erfindung fallen, insbesondere, wenn die innere und
äußere zylindrische Fläche des äußeren Gehäuses und die
innere Einheit Querschnitte besitzen, die nicht kreisförmig
sind.
Des weiteren kann das weitere Hülsenteil Abschnitte seiner
Wand aufweisen, die einen ausgebauchten Querschnitt be
sitzen, um die Axialrippen auszubilden, sowie längliche Aus
nehmungen in Abschnitten seiner Wand zwischen den Axialrip
pen, so daß die Ränder der Ausnehmungen mit gegenüberliegen
den Wandabschnitten des mit Öffnungen versehenen Hülsentei
les in Eingriff treten. Auch das weitere Hülsenteil kann aus
elastomerem Material bestehen. Durch diese Merkmale wird die
Fähigkeit des weiteren Hülsenteiles erhöht, äußere Vibratio
nen zu dämpfen, während gleichzeitig eine Wärmeausdehnung
des weiteren Hülsenteiles möglich ist.
Ferner kann die innere Einheit an ihren Enden einer axialen
Belastung ausgesetzt werden, indem an den Enden der Hülse
Endkappen angebracht werden.
Die Hülse kann des weiteren durch Vorspanneinrichtungen, die
in Axialrichtung zwischen jedem Ende der Hülse und einer
entsprechenden benachbarten Endwand des äußeren Gehäuses
wirken, elastisch im äußeren Gehäuse gelagert sein.
Die Endkappen können mit axialen Verlängerungen versehen
sein, die sich in Axialbohrungen in den Endwänden des äuße
ren Gehäuses erstrecken, um die Enden der Hülse zu führen,
und die Vorspanneinrichtungen können durch Druckfedern ge
bildet sein, die die axialen Verlängerungen umgeben. Min
destens eine der Endkappen kann auch mit einer Bohrung zur
Aufnahme von elektrischen Leitungen, die sich zur inneren
Einheit erstrecken, versehen sein.
Bei einem Anwendungsfall umfaßt die innere Einheit ein
zylindrisches Gammastrahlenscintillatorkristall sowie eine
zylindrische Fotovervielfacherröhre, die Ende an Ende an
geordnet sind, wobei ihre benachbarten Enden durch ein
elastomeres optisches Grenzflächenelement voneinander ge
trennt sind. Die Montageanordnung sorgt sowohl für eine
seitliche als auch eine axiale Isolation der inneren Ein
heit gegenüber äußeren Vibrationen, insbesondere des
empfindlichen optischen Grenzflächenelementes.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs
beispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen er
läutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch zwei Endabschnitte einer
Bohrlochsondeneinheit, die einen Gamma
strahlendetektor aufweist;
Fig. 2 eine Seitenansicht der vibrationsdämpfenden
Hülse der den Detektor aufnehmenden Einheit;
Fig. 3 einen Axialschnitt entlang Linie III-III in
Fig. 2; und
Fig. 4 einen Schnitt entlang Linie IV-IV in Fig. 2.
Wie in Fig. 1 gezeigt, besitzt die Sonde 1 ein äußeres
Gehäuse 2 mit einer zylindrischen Wand 3, die sich zwischen
einer Verbindungstrennwand 4 und einem elektromagnetischen
Schutzkörper 5 erstreckt. Die Verbindungstrennwand 4 besitzt
eine Axialbohrung 6, in die sich elektrische Leitungen 7
durch eine Seitenöffnung 8 erstrecken. Das äußere Gehäuse 2
nimmt eine vibrationsempfindliche innere Einheit in einer
vibrationsdämpfenden Verbundhülse 9 auf, die Endkappen 10
besitzt, welche mit axialen Verlängerungen 11 versehen sind,
die in zylindrischen Ausnehmungen 12 in der Verbindungs
trennwand 4 und dem Schutzkörper 5 aufgenommen sind. Die
axialen Verlängerungen 11 sind von Druckfedern 13 umgeben,
deren Funktion nachfolgend beschrieben wird.
Fig. 2 zeigt die vibrationsdämpfende Verbundhülse 9, in der
die innere Einheit angeordnet ist, in einem vom äußeren Ge
häuse 2 entfernten Zustand. Des weiteren zeigt Fig. 3, die
ein Schnitt entlang Linie III-III in Fig. 2 ist, daß eine
zylindrische Außenfläche der inneren Einheit 14 von der
Hülse 3 umgeben wird und daß die innere Einheit 14 aus einem
zylindrischen Natriumjodid-Scintillatorkristall 15 und einer
zylindrischen Fotovervielfacherröhre 16 besteht, die Ende an
Ende angeordnet sind, wobei ihre benachbarten Enden durch
eine isolierende optische Grenzfläche in der Form einer
Silikongummischeibe 17 voneinander getrennt sind.
Die Bestandteile 15, 16 und 17 der inneren Einheit 14 sind
in Axialrichtung zwischen den Endkappen 10 durch die Einfü
gung von Beilagen 18 der erforderlichen Dicke vorgespannt.
Die Gummischeibe 17 sorgt für eine entsprechende Elastizität
bei der Montage dieser Bestandteile. Des weiteren werden die
Endkappen 10 in bekannter Weise fest und dichtend auf den
Enden der Hülse 9 gehalten und sind mit Axialbohrungen 19
für den Durchgang von elektrischen Leitungen versehen. Fer
ner sind in den Endkappen 10 Zweigbohrungen 20 für einen
Zweck angeordnet, der aus der nachfolgenden Beschreibung
hervorgeht. Vorstehende Lotmasse 21 erstreckt sich durch die
Beilagen 18 und dient zum Anschließen einer Verdrahtung an
das Kristall 15.
Wie Fig. 4 zeigt, umfaßt die dort im Schnitt dargestellte
vibrationsdämpfende Verbundhülse 9 ein mit Öffnungen ver
sehenes Metallhülsenteil 25 und ein elastomeres Hülsenteil
26, das beispielsweise aus Gummi besteht. Das Metallhülsen
teil 25 ist mit fünf Axialschlitzen 27 versehen und weist
des weiteren zwei weitere Axialschlitze 28 auf, die zum
Hindurchleiten einer Verdrahtung dienen, die sich zwischen
den Axialbohrungen der Endkappen 10 mit Hilfe der Zweig
bohrungen 20 erstreckt.
Wie Fig. 4 zeigt, sind die fünf Axialschlitze 27 in gleich
mäßigen Abständen um den Umfang der zylindrischen Wand des
Metallhülsenteiles 25 angeordnet und zur Aufnahme von ent
sprechenden Axialrippen 29 bestimmt, die auf dem allgemein
zylindrischen elastomeren Hülsenteil 26 vorgesehen sind. Die
Axialrippen 29 werden durch auswärts ausgebauchte Abschnitte
30 der Wand des elastomeren Hülsenteiles 26 gebildet, die
durch die Axialschlitze 27 vorstehen, um mit der inneren
zylindrischen Fläche der Wand 3 des äußeren Gehäuses in Ein
griff zu treten, wenn die Verbundhülse 9 in das äußere Ge
häuse 2 eingepaßt wird.
Des weiteren ist das elastomere Hülsenteil 26 in den Ab
schnitten der Hülsenteilwand zwischen den Axialrippen 29 mit
fünf länglichen Ausnehmungen 31 versehen, und zwar derart,
daß die Ausnehmungen 31 zur Innenwand des metallischen Hül
senteiles 25 weisen und die Ränder 32 der Ausnehmungen 31
mit den gegenüberliegenden Wandabschnitten des metallischen
Hülsenteiles 25 in Eingriff stehen. Die ausgebauchten Wand
abschnitte 30 des elastomeren Hülsenteiles 26 bilden eben
falls Axialnuten 33 in der Innenfläche des Hülsenteiles 26
und zwischen den Nuten 33 axiale Stege 34 zum Eingriff mit
der äußeren zylindrischen Fläche der inneren Einheit 14.
Somit sorgt die vibrationsdämpfende Hülse 9 für eine seit
liche Isolation der inneren Einheit 14 gegenüber äußeren
Vibrationen, die auf das äußere Gehäuse 2 ausgeübt werden,
und zwar dadurch, daß die axialen Stege 34 des elastomeren
Hülsenteiles 26 mit der Außenfläche der inneren Einheit 14
und die Axialrippen 29 des Hülsenteiles 26 mit der Innen
fläche des äußeren Gehäuses 2 in Eingriff stehen. Die Form
des elastomeren Hülsenteiles 26 ist so gewählt, daß hier
durch die Fähigkeit der Hülse 9 zum Dämpfen von äußeren
Vibrationen verbessert wird, während gleichzeitig eine
Wärmeausdehnung des Hülsenteiles 26 bei den im Bohrloch
anzutreffenden hohen Temperaturen ermöglicht wird. Des
weiteren dient das metallische Hülsenteil 25 dazu, die
strukturelle Form des elastomeren Hülsenteiles 26 aufrecht
zu erhalten, ohne hierdurch in keiner Weise die vibrations
dämpfenden Eigenschaften der Verbundhülse 9 preiszugeben.
Im Rahmen der Erfindung sind diverse Modifikationen in bezug
auf die Form der vibrationsdämpfenden Verbundhülse 9 mög
lich. Beispielsweise können die Zahl und die Axialabmessung
der Axialrippen 29 verändert werden. Auch kann das metal
lische Hülsenteil innerhalb des elastomeren Hülsenteiles
angeordnet sein, in welchem Fall Vorsorge dafür zu treffen
ist, daß Abschnitte des elastomeren Hülsenteiles einwärts
durch die Schlitze im metallischen Hülsenteil vorstehen.
Wie vorstehend erläutert, sind im metallischen Hülsenteil 25
Axialschlitze 28 für den Durchgang von Drähten vorgesehen,
wie bei 35 in Fig. 4 gezeigt. Wie Fig. 1 zeigt, ist eine
Axialbohrung 36 im Schutzkörper 5 für den Durchgang von der
artigen Drähten und einer entsprechenden Verdrahtung von der
Fotovervielfacherröhre vorgesehen, die zu einer zugehörigen
elektronischen Verarbeitungsschaltung (nicht gezeigt)
führen.
Darüber hinaus wird eine axiale Isolation der inneren Ein
heit 14 in bezug auf auf das äußere Gehäuse 2 ausgeübte Vibra
tionen durch die Tatsache erreicht, daß die axialen Verlän
gerungen 11 der Endkappen 10 in loser Passung innerhalb der
Ausnehmungen 12 angeordnet sind und daß die Druckfedern 13
zwischen der Verbindungswand bzw. dem Verbindungskopf 4 und
der Endkappe 10 an einem Ende der inneren Einheit 14 und
zwischen dem Schutzkörper 5 und der Endkappe 10 am anderen
Ende der inneren Einheit wirken. Durch diese Kombination aus
einer seitlichen und axialen Isolation gegenüber Vibra
tionen wird sichergestellt, daß die innere Einheit 14 und
insbesondere die empfindliche optische Grenzfläche zwischen
dem Kristall 15 und der Fotovervielfacherröhre 16 gegenüber
den Auswirkungen äußerer Vibrationen besonders gut ge
schützt sind.
Abschließend sei bemerkt, daß eine entsprechende Einrichtung
zur Vibrationsdämpfung wie vorstehend beschrieben auch zum
Schutz von anderen Arten von inneren Einheiten eingesetzt
werden kann, wie beispielsweise Geiger-Müller-Zählern sowie
anderen Ausführungsformen von Bohrlochmeßwertgebern und
empfindlichen elektronischen Schaltungen.
Claims (10)
1. Bohrlochsondeneinheit zum Einsatz bei starken Vibratio
nen oder Stoßbelastungen mit einer vibrationsempfindlichen
inneren Einheit mit einer zylindrischen Außenfläche, einem
äußeren Gehäuse, das eine zylindrische Innenfläche auf
weist, innerhalb der die innere Einheit angeordnet ist, und
einer dazwischen angeordneten vibrationsdämpfenden Hülse,
die sich zwischen der inneren und äußeren Fläche erstreckt,
dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der vibrations
dämpfenden Hülse (9) um eine Verbundhülse handelt, die zwei
koaxiale Hülsenteile (25, 26) aufweist, die eines im anderen
angeordnet sind und aus einem mit Öffnungen versehenen Hül
senteil (25) aus relativ starrem Material und einem weiteren
Hülsenteil (26) aus relativ elastischem Material, das Ab
schnitte (29) aufweist, die sich durch Öffnungen (27) in dem
mit Öffnungen versehenen Hülsenteil (25) erstrecken, be
stehen, wobei Abschnitte des weiteren Hülsenteiles (26) mit
der Innenfläche und weitere Abschnitte des weiteren Hül
senteiles (26) mit der Außenfläche in Eingriff stehen, um
die innere Einheit (14) innerhalb des äußeren Gehäuses (2)
zu lagern.
2. Bohrlochsondeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das weitere Hülsenteil (26) in das mit Öffnun
gen versehene Hülsenteil (25) gepaßt ist, so daß innere Ab
schnitte (34) des weiteren Hülsenteiles (26) mit der Außen
fläche der inneren Einheit (14) in Eingriff stehen und sich
äußere Abschnitte (29) des weiteren Hülsenteiles (26) durch
Öffnungen (27) im mit Öffnungen versehenen Hülsenteil (25)
erstrecken und mit der Innenfläche des äußeren Gehäuses (2)
in Eingriff stehen.
3. Bohrlochsondeneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das mit Öffnungen versehene Hülsenteil
(25) eine zylindrische Wand besitzt, in der eine Vielzahl
von Axialschlitzen (27) in regelmäßigen Abständen um den
Umfang der Wand herum angeordnet ist, und daß das weitere
Hülsenteil (26) eine allgemein zylindrische Wand mit Axial
rippen (29) aufweist, die sich durch die Schlitze (27) er
strecken.
4. Bohrlochsondeneinheit nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß das weitere Hülsenteil (26) Abschnitte (30)
seiner Wand besitzt, die zur Ausbildung der Axialrippen (29)
im Querschnitt ausgebaucht sind.
5. Bohrlochsondeneinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das weitere Hülsenteil (26) längliche
Ausnehmungen (31) in Abschnitten seiner Wand zwischen den
Axialrippen (29) besitzt, wobei die Ränder (32) der Aus
nehmungen (31) mit gegenüberliegenden Wandabschnitten des
mit Öffnungen versehenen Hülsenteiles (25) in Eingriff
stehen.
6. Bohrlochsondeneinheit nach einem der vorangehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Hülsenteil
(26) aus elastomeren Material besteht.
7. Bohrlochsondeneinheit nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Einheit
(14) durch Endkappen (10) an den Enden der Hülse (9) an
ihren Enden einer Axialbelastung ausgesetzt ist.
8. Bohrlochsondeneinheit nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (9) durch
Vorspanneinrichtungen (13), die in Axialrichtung zwischen
jedem Ende der Hülse (9) und einer entsprechenden benach
barten Endwand des äußeren Gehäuses (2) wirken, im äußeren
Gehäuse (2) elastisch gelagert ist.
9. Bohrlochsondeneinheit nach den Ansprüchen 7 und 8, da
durch gekennzeichnet, daß die Endkappen (10) mit axialen
Verlängerungen (11) versehen sind, die sich in Axialbohrun
gen (12) in den Endwänden des äußeren Gehäuses (2) er
strecken, um die Enden der Hülse (9) zu führen, und daß die
Vorspanneinrichtungen durch Druckfedern (13) gebildet sind,
die die axialen Verlängerungen (11) umgeben.
10. Bohrlochsondeneinheit nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Einheit
(14) ein zylindrisches Gammastrahlen-Scintillatorkristall
(15) und eine zylindrische Fotovervielfacherröhre (16) um
faßt, die Ende an Ende angeordnet sind, wobei ihre benach
barten Enden durch ein elastomeres optisches Grenzflächen
element (17) voneinander getrennt sind.
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