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

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Ausgestaltung der Vorrichtung gemäss den Merkmalen im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

[0005] 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 Prozessoren erweitert.

[0006] Hinsichtlich weiterer Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Ansprüche 2 bis 6 verwiesen.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] 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 Abschnitt dieser Baueinheit untergebrachter Generator oder ein Batteriepaket.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] 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.

[0013] 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 Druckpulsen 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.

Claims

1. An apparatus for transmitting information from a well bore to the surface during the operating of drilling equipment which comprises a rotary drill bit, a drill pipe string and a pump conveying a drilling fluid downwards in the flow passage of the drill pipe string - through the rotary drill bit - and upwards in the annular space of the well bore surrounding the drill pipe string, consisting of equipment disposed in the drill pipe string for the information data acquisition, a processor for converting the information data into a sequence of electrical control signals and a transmitter for producing pressure pulses in the downwardly directed flow of the drilling fluid depending on the control signals, characterised in that a cable-less transmission path (25) comprising its own transmitter unit (20) and receiver unit (23) is formed at least between one device (10) for detecting the information data and the processor (12).

2. An apparatus according to claim 1, characterised in that the medium of the transmission path (25) is formed by the drilling fluid acted upon by pressure from the transmitter unit (20).

3. An apparatus according to claim 2, characterised in that the frequency spectrum transmitted by the transmitter unit (20) is different from that of the transmitter (13) for producing pressure pulses in the downwardly directed flow of the drilling fluid, at an above-ground pressure-value pick-up (15).

4. An apparatus according to claim 3, characterised in that the frequency spectrum transmitted by the transmitter unit (20) is higher.

5. An apparatus according to any of the claims 1 to 4, characterised in that the device (10) is a revolution pick-up (18) for a direct drive (4) of the bit.

6. An apparatus according to any of the claims 1 to 5, characterised in that the transmitter unit (20) represents a rotary slide valve (21, 22).

Revendications

1. Dispositif pour la télétransmission d'informations d'un puits à la surface pendant le fonctionnement d'un appareil de forage comportant un trépan de forage rotatif, un train de tiges de forage et une pompe refoulant la boue dans le canal à boue du train de tiges de forage vers le bas, à travers le trépan de forage rotatif, puis vers le haut dans l'espace annulaire du puits entourant le train de tiges de forage, lequel dispositif étant constitué d'appareils disposés dans le train de tiges de forage pour la saisie de données d'informations, d'un processeur pour convertir les données d'informations en une séquence de signaux électriques de commande et d'un générateur pour produire des impulsions de pression dans le flux dirigé vers le bas de la boue en fonction des signaux de commande, caractérisé en ce qu'au moins entre un appareil (10) prévu pour déterminer les données d'informations et le processeur (12) est formé un trajet de transmission (25) sans fil comprenant un module d'émission (20) et un module de réception (23) propres.

2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le milieu constituant le trajet de transmission (25) est formé par la boue sollicitée par pression par le module d'émission (20).

3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le spectre de fréquence émis par le module d'émission (20₎ est différent de celui du générateur (13) pour produire des impulsions de pression dans le flux dirigé vers le bas de la boue au niveau d'un capteur de pression à la surface du sol (15).

4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le spectre de fréquence émis par le module d'émission (20) est le plus élevé.

5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'appareil (10) est un capteur de vitesse de rotation (18) pour un entraînement direct de trépan (4).

6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le module d'émission (20) est une valve à tiroir rotatif (21, 22).

Zeichnung