Vorrichtung zur Fernübertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberfläche während des Betriebs eines Bohrgerätes

Abstract

 Die Vorrichtung (8) zur Fernübertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberfläche während des Betriebs eines Bohrgerätes, das einen Drehbohrmeißel (5), einen Bohrrohrstrang (1) und eine Spülungsflüssigkeit im Spülungskanal (2) des Bohrrohrstranges (1) abwärts -, durch den Drehbohrmeißel (5) hindurch - und im den Bohrrohrstrang (1) umgebenden Ringraum (7) des Bohrlochs (6) aufwärtsfördernde Pumpe (3) umfaßt, besteht aus im Bohrrohrstrang (1) angeordneten Geräten (10) zur Informationsdatenerfassung, einem Prozessor (12) zum Umwandeln der Informationsdaten in eine Folge elektrischer Steuersignale und einem Geber (13) zum Erzeugen von Druckpulsen in der abwärtsgerichteten Strömung der Spülungsflüssigkeit in Abhängigkeit von den Steuersignalen. Dabei ist zumindest zwischen einem Gerät (10) zur Ermittlung der Informationsdaten und dem Prozessor (12) eine drahtlose, eine eigene Sendereinheit (20) und Empfängereinheit (23) umfassende Übertragungsstrecke (25) gebildet.

Beschreibung

[0001] Vorrichtung zur Fernübertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberfläche während des Betriebs eines Bohrgerätes

[0002] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fernübertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberfläche während des Betriebs eines Bohrgerätes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0003] Bekannte Vorrichtungen dieser Art vereinigen die Geräte zur Informationsdatenerfassung und den Prozessor zum Umwandeln der Informationsdaten in eine Folge elektrischer Steuersignale in demselben Gehäuseeinsatz oder in getrennten, unmittelbar aneinander grenzenden Gehäuseeinsätzen, die z.B. durch Steckverbindungen galvanisch miteinander koppelbar sind. Eine derartige Anordnung eignet sich aber nur für Geräte zur Erfassung solcher Daten, die nicht oder nicht ausgesprochen selektiv ortsgebunden auftreten, wie es z.B. für Inklination, Azimuth, Temperatur oder Druck zutrifft.

[0004] Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, auch ortsgebundene oder von dem Prozessor örtlich abgesetzt zu erfassende Informationsdaten unter Berücksichtigung der Besonderheiten der im Bohrrohrstrang vorliegenden Einsatzbedingungen zu übertragen.

[0005] Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß den Merkmalen im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

[0006] Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung ermöglicht die Datenübertragung von Geräten für die Informationsdatenerfassung zu dem Prozessor auch unter solchen Bedingungen, bei denen die Kabelführung für eine direkte Verbindung einen erheblichen Herstellungs-und/oder Montageaufwand erfordern würde, oder die wegen der rauhen untertägigen Bohrbedingungen störanfällig wäre. Außerdem werden auch die Kombinationsmöglichkeiten von Geräten zur Informationsdatenerfassung mit Prosessoren erweitert.

[0007] Hinsichtlich weiterer Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Ansprüche 2 bis 6 verwiesen.

[0008] Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht, die einen Längsschnitt durch ein in einem Bohrloch befindliches Bohrgerät zeigt. Das Bohrgerät umfaßt einen als Ganzes mit 1 bezeichneten Bohrrohrstrang mit einem inneren Spülungskanal 2. Während des Betriebs des Bohrgerätes wird mittels einer Pumpe 3 Spülungsflüssigkeit durch den inneren Spülungskanal 2 abwärts gepumpt, die auf ihrem Wege zur Bohrlochsohle eine Bohrturbine 4 passiert und durch Düsen eines von der Bohrturbine 4 angetriebenen Drehbohrmeißels 5 in das Bohrloch 6 austritt und durch den den Bohrrohrstrang 1 umgebenden Ringraum 7 zur Erdoberfläche zurückkehrt.

[0009] Oberhalb der Turbine 4 befindet sich eine als Ganzes mit 8 bezeichnete Vorrichtung zur Fernübertragung von Informationen, die eine Baueinheit 9 sowie ein Gerät zur Informationsdatenerfassung 10 umfaßt, das räumlich und örtlich von der Baueinheit 9 abgesetzt ist. Die Baueinheit 9 umfaßt im Abschnitt 11 eine Reihe von Geräten zur Informationsdatenerfassung, wie z.B. Inklination und Azimuth, und einen Prozessorabschnitt 12, in dem die von den im Abschnitt 11 angeordneten Geräten erfaßten Informationsdaten in eine Folge elektrischer Steuersignale umgewandelt werden, die eine Gebereinheit 13 zur Erzeugung von Druckpulsen 14 in der durch den inneren Spülungskanal 2 abwärts strömenden Spülungsflüssigkeit steuert.

[0010] Die auf diese Weise erzeugten, mit 14 bezeichneten Druckpulse pflanzen sich nach oben hin fort, wo sie an der Erdoberfläche mittels eines Druckwertaufnehmers 15 erfaßt und einer Meßwertausgabe und Verarbeitungseinheit 16 zugeführt werden. Zur untertägigen Stromversorgung der Baueinheit 9 dient ein in einem _Ab-schnitt dieser Baueinheit untergebrachter Generator oder ein Batteriepaket.

[0011] Der in Abschnitt 12 der Baueinheit 9 untergebrachte Prozessor der Vorrichtung zur Datenfernübertragung ist in der Lage, außer den von dem im Abschnitt 11 untergebrachten Geräten übermittelten Informationsdaten auch die Informationsdaten zumindest eines weiteren, örtlich von der Baueinheit 9 abgesetzten Gerätes 10 zu verarbeiten. Im vorliegenden Fall dient das Gerät 10 zur Erfassung der Drehzahl der Turbine 4. Dieses Gerät 10 umfaßt im einzelnen eine Welle 18, die mit dem Rotor 19 der Turbine 4 in geeigneter Weise, wie z.B. durch eine Kupplung und gegebenenfalls ein Getriebe verbunden ist.

[0012] Mittels der Welle 18 wird eine Sendereinheit 20 mechanisch gesteuert, die aus einem mit der Welle 18 verbundenen Drehschieber 21 und einer von dem Drehschieber 21 über einen vorgegebenen Zentriwinkel verdeckbaren feststehenden Blende 22 besteht. Mittels dieser Sendereinheit werden in der durch den inneren Spülungskanal 2 unterhalb der Baueinheit strömenden Spülungsflüssigkeit als Übertragungsstrecke 25 kontinuierliche Druckpulse 24 erzeugt, die auch in den Bereich der Baueinheit 9 fortschreiten und dort von einer Empfängereinheit in Form eines dem im Abschnitt ₁2 angeordneten Prozessor zugeordneten Druckwertaufnehmers 23 erfaßt wird. Der Prozessor kann die so mittels der gesonderten Übertragungsstrecke 25 erhaltenen Informationsdaten in gleicher Weise weiterverarbeiten, wie er es mit den Informationsdaten durchführt, die ihm von den im Abschnitt 11 untergebrachten Geräten zugeführt werden. Die so erhaltenen Informationsdaten können dann in codierter Form durch die mittels des Gebers 13 erzeugten Druckpulse 14 zur Erdoberfläche übertragen werden.

[0013] Um eine störende Beeinflußung der die Druckpulse 14 auswertenden Einheit 16 zu vermeiden, werden vorzugsweise die von der Sendereinheit 20 ausgesandten Druckpulse 24 im Frequenzspektrum verschieden von dem Frequenzspektrum der Druckpulse 14 gewählt. Vorzugsweise wird eine höhere Übertragungsfrequenz der von der Sendereinheit 20 erzeugten Druckpulse 24 gewählt, als der Frequenz der Druckpulse 14 entspricht. Dadurch lassen sich an der Erdoberfläche durch Frequenzselektionsmittel die Druckpulse 14 in einfacher Weise von den Druckpulsen 24 trennen. Außerdem erfahren die Druckpulse 24 aufgrund des Tiefpaßcharakters der Übertragungsstrecke für Druckpulse innerhalb der durch den inneren Spülungskanal 2 strömenden Spülungsflüssigkeit eine stärkere Dämpfung als die Druckpulse 14, so daß bei genügendem Frequenzabstand auch die Amplitudenabnahme der Druckpulse 24 wesentlich stärker ist, als die der Druckpulse 14.

[0014] Durch die Wahl verschiedener Frequenzspektren der Druckpulse 24 und 14 läßt sich auch ein eventueller störender Rückwirkungseffekt von durch den Geber 13 erzeugten und auf den Druckaufnehmer wirkenden Druckpulse umgekehrter Polarität im Vergleich zu den Druckpulsen 14 vermeiden.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Fernübertragung von Informationen aus einem Bohrloch zur Erdoberfläche während des Betriebs eines Bohrgerätes das einen Drehbohrmeißel, einen Bohrrohrstrang und eine Spülungsflüssigkeit im Strömungskanal des Bohrrohrstranges abwärts -, durch den Drehbohrmeißel hindurch - und im den Bohrrohrstrang umgebenden Ringraum des Bohrlochs aufwärtsfördernde Pumpe umfaßt, bestehend aus im Bohrrohrstrang angeordneten Geräten zur Informationsdatenerfassung, einem Prozessor zum Umwandeln der Informationsdaten in eine Folge elektrischer Steuersignale und einem Geber zum Erzeugen von Druckpulsen in der abwärtsgerichteten Strömung der Spülungsflüssigkeit in Abhängigkeit von den Steuersignalen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwischen einem Gerät (10) zur Ermittlung der Informationsdaten und dem Prozessor (12) eine drahtlose, eine eigene Sendereinheit (20) und Empfängereinheit (23) umfassende Übertragungsstrecke (25) gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium der Übertragungsstrecke (25) durch die von der Sendereinheit (20) druckbeaufschlagte Spülungsflüssigkeit gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Sendereinheit (20) ausgesandte Frequenzspektrum von demjenigen des Gebers (13) zum Erzeugen von Druckpulsen in der abwärts gerichteten Strömung der Spülungsflüssigkeit an einen obertägigen Druckwertaufnehmer (15) verschieden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Sendereinheit (20) ausgesandte Frequenzspektrum höher ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (10) ein Drehzahlaufnehmer (18) für einen Meißeldirektantrieb (4) ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendereinheit (20) ein Drehschieberventil (21,22) darstellt.

Zeichnung