KOMMUNIKATIONSSYSTEM ZUR ÜBERTRAGUNG VON INFORMATIONEN ÜBER BOHRGESTÄNGE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem zur Übertragung von Informationen über Bohrgestänge eines Bohrstrangs für Erdbohrungen, umfassend ein erstes Bohrgestänge, ein oder mehrere zweite Bohrgestänge und einen Bohrantrieb, wobei das erste Bohrgestänge und das oder die zweite(n) Bohrgestänge jeweils aus einem hohlzylinderförmigen Gestängerohr mit zumindest einer sich in axialer Richtung erstreckenden Leitung und mit einem oberen Ende und einem unteren Ende gebildet ist/sind, das untere Ende des ersten Bohrgestänges eine Aufnahme für einen Bohrkopf aufweist, jedes der zweiten Bohrgestänge mit seinem unteren Ende mit dem oberen Ende des ersten Bohrgestänges oder eines anderen zweiten Bohrgestänges drehfest verbunden und mit seinem oberen Ende mit dem unteren Ende eines weiteren zweiten Bohrgestänges oder mit dem Bohrantrieb drehfest verbunden ist, wobei eine Sensorik und/ oder Aktorik, von der oder zu der Mess-, Parametrier-, Status- und/ oder Steuerdaten zu übertragen sind am unteren Ende des ersten Bohrgestänges und/ oder am Bohrkopf angeordnet ist/ sind, wobei die Daten entlang des Bohrstrangs zu oder von einer Kommunikationseinheit am oder im Bohrantrieb übertragen oder empfangen werden, die mit einem Oberflächenrechner zur Überwachung der Erdbohrung in Verbindung steht, der die Daten der Sensorik und/ oder Aktorik empfängt oder bereitstellt. Ferner betrifft die Erfindung Bohrgestänge zum Aufbau eines derartigen Kommunikationssystems.

[0002] Ein Kommunikationssystem der genannten Gattung zur Übertragung von Informationen über Bohrgestänge eines Bohrstrangs für Erdbohrungen ist beispielsweise aus der US Patentanmeldung 2009/289808 A bekannt.

[0003] Bohrlöcher für die Gas-, Petroleum- oder Geothermal-Exploration sind typischerweise 30 cm im Durchmesser und in der Länge ca. 2 km/1,5 mi lang. Diese Bohrungen werden mit Bohrsträngen aus relativ leichten, aneinander geschraubten, die Fugen mit Gelenken versehenen Bohrgestängen von 9,14m/ 30 ft oder 13,72 m/ 45 ft Länge gebohrt. Mit dem Bohrfortschritt werden weitere Bohrgestänge am oberen Bohrlochende dem Bohrstrang hinzugefügt. Am unteren Bohrlochende des Bohrstrangs befindet sich üblicherweise ein Meißelschaft, dessen Eigengewicht etwa dem von normalen Bohrgestängen aneinandergereiht auf 300 m /1.000 ft Länge entspricht. Der Meißelschaft wird mit einer Bohrkrone bestückt. Aufgrund es Gewichts der Anordnung und dem drehenden Antrieb des Bohrstrangs von der Oberfläche gräbt sich die Bohrkrone in das Erdreich. Manchmal werden auch Bohrschlammmotoren oder Bohrschlammturbinen für den Bohrkronenantrieb eingesetzt. Spülschlamm oder Luft wird von der Oberfläche durch eine axiale Bohrung des Bohrstrangs der Bohrkrone zugeführt. Dieses Fluid entfernt die Abtragungen aus dem Bohrloch über den hohlzylinderförmigen Raum zwischen Gestängeaußenwand und Bohrlochwand. Mit einem hydrostatischen Bohrkopf werden die Gase der Bodenformation überwacht oder auch manchmal eine Kühlung für die Bohrkrone appliziert.

[0004] Eine Übertragung von Sensordaten über Parameter wie Druck oder Temperatur, die mittels Sensoren am Bohrstrang im Bereich des Bohrlochbodens erfasst werden, an die Oberfläche, ist lange schon gefordert. Verschiedene Methoden dieser Kommunikation wurden versucht, wie elektromagnetische Wellenausbreitung über die Bodenformation, elektrische Übertragung über einen isolierten Leiter, Druckimpuls-Verbreitung über den Bohrschlamm sowie akustische Wellenausbreitung über den metallenen Bohrstrang. Jede dieser Methoden weist Nachteile auf, wie beispielsweise die Signaldämpfung, die Umgebungsgeräusche, die hohen Temperaturen sowie die Inkompatibilität mit den Standardarbeitsweisen betreffend. Die am meisten kommerziell verbreitete Methode ist die der Informationsübertragung mittels eines Druckimpulses über den Bohrschlamm. Jedoch begrenzen Dämpfungsmechanismen des Schlamms die Übertragungsrate auf ca. 2bit/s bis 4bit/s.

[0005] Ein weiterer Grund für die Übertragung von Informationen über den Bohrstrang resultiert aus dem Wunsch zur selbsttätigen Einhaltung einer vorgegebenen Vortriebsrichtung. Dies ist vor allem beim bergmännischen Tiefbohren mit einem den Bohrmeißel tragenden Gestängerohr und einem auf diesem drehbar angeordneten und mit Führungsleisten und Anpressstücken versehenen Außenrohr wichtig. Auch ein Bohrgestänge für Voll- und Kernbohrungen ist betroffen. Bei Tiefbohrungen im Über- und Untertagebau bewirken die Erdanziehung, die Schichtung von Erdformationen, insbesondere beim Übergang von harten auf weiche Schichten und umgekehrt, sowie die Außenreibung des Bohrwerkzeugs und des Gestänges Abweichungen von der vorgegebenen Bohrrichtung. Das trifft sowohl für Kern- als auch für Vollbohrungen zu. Insbesondere im Untertagebergbau, wo oft Ansatz- und Austrittspunkt einer Bohrung genau festgelegt sind, muss die Bohrung die gewünschte Richtung beibehalten. Solche Bohrungen werden auch als Zielbohrungen bezeichnet. Aber auch bei Aufschlussbohrungen zur Erkundung unbekannter Lagerstätten, ist ein geradliniger Verlauf der Bohrung gefordert. Aufschlussbohrungen werden sowohl nach dem Kern- als auch nach dem Vollbohrverfahren durchgeführt. Auch bei Parallelbohrungen, wie z.B. für die Deichbefestigung, ist die Lotrechte und Parallelität aus Gründen der späteren Dichtheit der Deichanlage zwingend notwendig.

[0006] Für den geradlinigen Verlauf der Bohrung werden sogenannte Zielbohrstangen, Stabilisatoren oder Zentrier- und Führungsvorrichtungen eingebaut. Es handelt sich hierbei um Gestänge mit aufgesetzten Führungsleisten, die im äußeren Durchmesser dem Bohrdurchmesser entsprechen und, dem vordringenden Bohrwerkzeug folgend, dieses konzentrisch führen sollen. Zielbohrstangen besitzen eine eingebaute automatische Vertikalsteuerung, die die Bohrrichtung unter Ausnutzung der Kraft der Erdanziehung und Verwendung des Drucks der Spülflüssigkeit vorgibt und/ oder korrigiert. Bei geradlinigen Bohrungen sowohl nach dem Voll- als auch dem Kernbohrverfahren, auch bei Längen bis 100 m, sind zwischendurch Richtungsmessungen erforderlich, um die Bohrung entsprechend der festgestellten Abweichung zu richten. Diese Arbeiten sind außerordentlich zeitraubend und aufwendig, besonders bei sehr tiefen Bohrungen oder bei Kern- oder Vollbohrungen nach dem Seilkernbohrverfahren, bei dem zwei unterschiedliche Gestänge- und Maschinenausrüstungen zum Einsatz kommen. Zu den geradlinigen Bohrungen zählen Horizontal-, Vertikal- und Schrägbohrungen.

[0007] Es besteht also großes Interesse, entsprechende Messinstrumente so dicht wie möglich an dem Bohrkopf und/ oder an der Bohrkrone des Bohrstrangs anzuordnen, um die korrekte Messdaten on-line und real-time über den Bohrstrang Verarbeitungseinrichtungen an der Oberfläche zur Verfügung zu stellen, um z.B. auf Destinationsabweichungen unmittelbar reagieren zu können. Entsprechende Messgeräte sind beispielsweise als Neigungssensoren wie Inklinometer, Deflektometer oder Pendellotmeter. Ebenso bedeutend ist die Messwertübertragung von Sensoren anderer Erfassungsgrößen, d.h. anderer physikalischer Größen.
Im Folgenden wird der Stand der Technik von Einrichtungen zur Übertragung von Informationen über Bohrgestänge gewürdigt. Gemäß dem Stand der Technik sind je nach Anwendungsgebiet eine Vielzahl von Typen von Einrichtungen zur Übertragung von Informationen über Bohrgestänge im Einsatz.

[0008] In der europäischen Patentanmeldung EP 1 225 301 A1 wird ein 'Hohles Bohrgestänge zur Informationsübertragung' vorgestellt, bestehend einerseits aus einem elektrisch leitendem hohlem Gestänge, welches innen eine zylinderförmige Schichtung aus Isolation, Leitung und Isolation umfasst, wobei die Leitung je an den Enden des Gestänges auf eine Länge L = 0,8 x D bis 2,2 x D zur Ausbildung leitender Ringe freigelegt ist und den Bohrschlamm kontaktiert, und andererseits aus einem Bohrstrang aus mehreren Gestängen und einem Bohrwerkzeug am unteren Ende, wobei für die Übertragung von Informationen eine erste innere axiale Spulenanordnung 1 am unteren Ende, die geeignet ist, elektrisch wechselnde Signale als Informationsträger zu empfangen, sowie eine zweite innere axiale Spulenanordnung 2 am oberen Gestänge für den Signalempfang, wobei die Signale durch die Zirkulation eines Stroms in einer Stromschleife erzeugt wird, die durch die leitende Schicht, die leitenden Ringe, den Innen-Schlamm, die Gestängewand und den Außen-Schlamm gebildet ist, und wobei der Strom durch das Signal erzeugt wird, das auf die Spulenanordnung 1 wirkt. Da der Durchmesser D zwischen 2,5 cm und 11 cm liegt, handelt es sich um eine extrem lange und dünne Leitung, sowohl im mechanischen als auch im elektrischen Sinne.

[0009] Die europäische Patentanmeldung EP 1 213 440 A1 stellt ein 'Verfahren zur Übertragung von Informationen über ein Bohrgestänge' sowie eine Einrichtung dafür vor, wobei jede Stange des Bohrgestänges eine koaxiale, elektrisch leitende Innenleitung für die Beförderung der unter Druck stehenden Flüssigkeit aufweist, umgeben von einem Ringraum, gefüllt mit einem fluiden, elektrischen Isolator sowie einer nach außen abschließenden, elektrisch leitenden Wand, wobei sich eine erste Spulenanordnung zur induktiven Einkopplung in der Nähe des verschließenden, unteren Endes des Bohrgestänges befindet, angeordnet in dem Ringraum, die Innenleitung umschließend, sowie einer zweiten Spule zur induktiven Auskopplung in der Nähe des oberen Endes des Gestänges in gleicher Anordnung. Weiterhin befindet sich in Bohrkopfnähe ein batteriegespeister Messfühler, dessen Signal amplitudenaufbereitet und frequenzaufbereitet der ersten Spule zugeführt, übertragen und von der zweiten Spule empfangen und aufbereitet wird. Weiterhin sind die Spulen umschaltbar als Sende- und Empfangsspulen nutzbar. Außerdem ist eine weitere Sendespule in der Nähe der Spule 2 sowie eine weitere Empfangsspule in Nachbarschaft von Spule 1 vorgesehen. Die Anordnung stellt elektrisch eine Koaxialleitung dar, bestehend aus einem Innenleiter, zylinderförmiger Isolierschicht und einem Außenleiter. Die Güte der Übertragung ist material-, medium-, drehzahl-, längen-, amplituden- und frequenzabhängig.

[0010] Die Europäische Patentanmeldung EP 468 891 A1 offenbart eine 'Anordnung zur Kraftmessung für ein Bohrgestänge mit einer Vorrichtung zur Funkübertragung', welche mit einem drehbaren Schaft fest verbundene Messfühler und eine erste elektronische Schaltung für die Aufbereitung der von den Messfühlern bereitgestellten Signale aufweist, wobei die Signale zu einer stationären Erfassungseinheit geleitet werden, die von einem auf dem drehbaren Schaft fest montierten Funksender entfernt ist und die Vorrichtung außerdem einen Funkempfänger für den Empfang der von der Erfassungseinheit gesendeten Signale aufweist und dass der Funkempfänger Einrichtungen zum Parametrieren oder zum Regulieren der Messvorrichtung als Reaktion auf die von der Erfassungseinheit gesendete Signale besitzt. Die Messfühler der Kraftmesseinrichtung sind über Tage installiert, ebenso wie die Funkstrecke, so dass als technische Besonderheit die rotierende Funkquelle und die stationäre Senke verbleibt.

[0011] Die internationale Patentanmeldung WO 91 00 413 A1 betreffend eine 'Vorrichtung zur Kraftmessung für ein Bohrgestänge' hat zum Inhalt, dass die in EP 468 891 A1 beschriebene Funkstrecke bei ähnlichem Messfühleraufbau für die Kraftmessung des Bohrschafts durch einen mit dem Bohrgestänge mitdrehenden Kollektor mit feststehendem Bürstenabgriff ersetzt ist. Vor- und nachgeschaltete elektronische Schaltungen dienen der Messwertvor- und -aufbereitung. Da die Kraftmessung nicht am Ort des Geschehens stattfindet, d.h. am Bohrkopf oder in dessen unmittelbarer Nachbarschaft, ist das Ergebnis der Messung ohnehin den tatsächlichen Verhältnissen anzupassen und nachzuarbeiten.

[0012] Die europäische Patentanmeldung EP 1 915 504 A1 stellt ein 'Bidirektionales Bohrgestänge-Fernmeßsystem zur Messung und Bohrsteuerung' vor, bestehend aus einer Bohrplattform mit Bohrturm und einer Aufhängung mit Haken und Drehgelenk für den Bohrstrang, einem Bohrtisch mit Mitnehmerstange, einer Pumpe für die Bohrflüssigkeit, die aus einer Grube über das Drehgelenk in das Innere der hohlzylinderförmigen Bohrgestänge gefördert und über die Bohrkrone austretend zwischen Bohrstrang-Außenwand und Bohrloch als Bohrschlamm nach oben gedrückt wird, mit einer Elektronik-Ausstattung unterhalb des Drehgelenks, die drahtlos einerseits mit dem Baustellen-Steuer- und Kontrollrechner kommuniziert und andererseits mit dem Oberflächen-Teilnehmer des Bohrstrangs, der einen informationstechnischen Abschluss einer Bohrgestänge-Vernetzung bildet, wobei die Gestänge über ihre Länge verdrahtet sind (Wired Drill Pipe (WDP)) und an ihrem jeweiligen Ende je eine induktive Kopplung zu einem nächsten Gestänge aufweisen, mit von der Länge des Bohrstrangs abhängig zwischengeschalteten Verstärkern, sowie einer Anordnung von Steuer- und Messeinrichtungen oberhalb der Bohrkrone (Bottom Hole Assembly (BHA)), wie eine Motorsteuerung, verschiedene Aufzeichnungs- (Logging While Drilling (LWD)) und Meß- (Measurement While Drilling (MWD)) Modulen, die zum verdrahteten Bohrgestänge hin mit einem Schnittstellen-Teilnehmer abschließen. Die verdrahteten, induktiv gekoppelten Gestänge, die sich vom Oberflächen- bis zum Schnittstellen-Teilnehmer erstrecken, bilden das Bohrstrang-Telemetrie-System.

[0013] In einer älteren Patentanmeldung US 7 040 415 werden zwei weitere Telemetrie-Systeme mit ihrer Methodik vorgestellt, wobei die Bohrstrangdaten an der Bohrplattform einmal über Schleifringe abgegriffen und dem Baustellen-Rechner übermittelt werden und in einem weiteren Beispiel mittels einer Drahtlos-Übertragung. Die Gestänge sind je mit zwei Leitungspaaren ausgestattet, wobei die zwischen den Gestängen geschalteten Adapter eine induktive Kopplung zwischen den beiden Leitungspaaren vorsehen.

[0014] Gemäß dem europäischem Patent EP 1 556 576 B1 'Bohrgestänge mit innenbeschichteter elektrischer Bahn' werden miteinander durch Verschraubung verbindbare hohlzylinderförmige Bohrgestänge auf der inneren Umfangsfläche elektrisch isolierbeschichtet, um dann eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf der zylinderförmigen Isolierfläche zu erfahren. Das Verfahren wird fortgesetzt mit einer weiteren Isolierschicht auf der leitfähigen Schicht und einer weiteren leitfähigen Schicht auf der zuletzt aufgetragenen Isolierschicht, so dass sich unter einem hohlzylinderförmigen Isolator bis zur Rohrinnenwand des Gestänges zwei elektrische hohlzylinderförmige Leiter befinden. Eine weitere Maßnahme wird an der Übergangsstelle zweier Gestängerohre derart getroffen, dass nach außen elektrisch isolierte und fluidgedichtete, im Innern mit elektrischen Leitern versehene Verbinder den isolierten elektrischen Pfad jedes solchen Gestänges mit dem isolierten elektrischen Pfad des entsprechenden benachbarten Gestänges elektrisch verbindet. Dies erfolgt auch über die elektrisch leitenden hohlzylinderförmigen Schichten hinweg mehrschichtig, so dass mindestens ein isolierter elektrischer Pfad durchgehend von einem oberen Ende des Bohrstrangs bis zu einem unteren Ende des Bohrstrangs entsteht. Die an den verschraubten Übergangsstellen der Gestänge auftretenden erheblichen Vibrationen und Kräfte, fordern bei den Verbindern eine unterbrechungsfreie elektrische, die kaum erreicht werden kann.

[0015] Die europäische Patentanmeldung EP 1 434 063 A2 'Verfahren und System zur Messsignalüberwachung für Bohrgestänge' offenbart ein Telemetriesystem und eine Telemetriemethode, um Informationen längs eines Bohrgestänges zu kommunizieren. Die Information eines Sensors in der Bohrkrone wird mit Hilfe eines Transmitters und einer Transmitterspule auf ein Trägersignal moduliert und von einer ersten Position über das Bohrgestänge mittel- bis hochfrequent zu einer zweiten Position übertragen, empfangen und mittels eines Receivers und einer Receiverspule demoduliert und im Prozessor weiterverarbeitet. Mit der Anordnung sollen technische Bohrinformationen unmittelbar erfasst werden, die die Güte der Bohrung beeinflussen und die Lebensdauer der Bohrkopfeinrichtung durch Kenntnis der aktuellen Temperatur der Motorlagerschalen und der aktuellen Drehzahlen der Motorantriebswelle verlängern.

[0016] Aufgabe vorliegenden Erfindung ist es, eine neuartige Einrichtung zur Übertragung von Informationen über einen Bohrstrang bereitzustellen, der die Nachteile des Stand des Technik überwindet und sichere Übertragung der Informationen innerhalb des Bohrstrangs gewährleistet.

[0017] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Anspruchs 1, 9 und 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen formuliert.

[0018] Erfindungsgemäß wird ein Kommunikationssystem zur Übertragung von Informationen über Bohrgestänge eines Bohrstrangs für Erdbohrungen vorgeschlagen, umfassend ein erstes Bohrgestänge, ein oder mehrere zweite Bohrgestänge und einen Bohrantrieb, wobei das erste Bohrgestänge und das oder die zweite(n) Bohrgestänge jeweils aus einem hohlzylinderförmigen Gestängerohr mit zumindest einer sich in axialer Richtung erstreckenden Leitung und mit einem oberen Ende und einem unteren Ende gebildet ist/sind, das untere Ende des ersten Bohrgestänges eine Aufnahme für einen Bohrkopf aufweist, jedes der zweiten Bohrgestänge mit seinem unteren Ende mit dem oberen Ende des ersten Bohrgestänges oder eines anderen zweiten Bohrgestänges drehfest verbunden und mit seinem oberen Ende mit dem unteren Ende eines weiteren zweiten Bohrgestänges oder mit dem Bohrantrieb drehfest verbunden ist, wobei das Kommunikationssystem weiterhin umfasst:

• eine Sensorik und/ oder Aktorik, von der oder zu der Mess-, Parametrier-, Status- und/ oder Steuerdaten zu übertragen sind und die am unteren Ende des ersten Bohrgestänges und/ oder am Bohrkopf angeordnet ist/ sind,
• eine erste Kommunikationseinheit und eine antriebsseitige Elektronik, die beide am oder im Bohrantrieb angeordnet und miteinander verbunden sind,
• einen Oberflächenrechner zur Überwachung der Erdbohrung, der mit der antriebsseitigen Elektronik in Kommunikationsverbindung steht und die Daten der Sensorik und/ oder Aktorik empfängt oder bereitstellt,
• weitere Kommunikationseinheiten, von denen zumindest eine an dem oberen Ende des ersten Bohrgestänges und zumindest jeweils eine an den beiden Enden des oder der zweiten Bohrgestänge(s) angeordnet sind,
• zumindest eine Elektronik mit einem Mikrocontroller jeweils in den Bohrgestängen, und
• zumindest eine Energieversorgung für die Kommunikationseinheiten und die Elektronik jeweils in den Bohrgestängen,

wobei die Sensorik und/ oder Aktorik und die Kommunikationseinheit des ersten Bohrgestänges über dessen elektrische Leitung miteinander verbunden sind und die Elektronik des ersten Bohrgestänges datentechnisch zwischen der Sensorik und/ oder Aktorik und der Kommunikationseinheit des ersten Bohrgestänges liegt, und die Kommunikationseinheiten eines jeden zweiten Bohrgestänges über dessen elektrische Leitung miteinander verbunden sind, wobei die Elektronik des jeweiligen zweiten Bohrgestänges datentechnisch zwischen den Kommunikationseinheiten liegt, und wobei die Kommunikationseinheiten Funkmodule sind, und jede der Kommunikationseinheiten dazu eingerichtet ist, die Daten an die unmittelbar benachbarte Kommunikationseinheit des nächsten Bohrgestänges oder des Bohrantriebs zu übertragen und/ oder von dieser Daten zu empfangen.

[0019] Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Datenübertragung entlang eines Bohrstrangs für Erdbohrungen derart vorzusehen, dass innerhalb der einzelnen Bohrgestänge des Bohrstrangs eine kabelgebundene Übertragung der Daten erfolgt, und die Übertragung an den Verbindungsstellen der Bohrgestänge drahtlos erfolgt. Für die kabelgebundene Übertragung wird eine Verdrahtung innerhalb der Bohrgestänge verwendet (WDP), wohingegen den jeweiligen Enden der Bohrgestänge zueinander gerichtete Funkübertragungsmodule angeordnet sind, die lediglich den Verbindungsabstand zwischen einander überbrücken. Hierdurch wird eine zuverlässige, störungsfreie und wirkungsvolle Datenübertragung entlang des Bohrstrangs erreicht, mittels welcher Bohrlochdaten in Echtzeit (real-time) und während des Bohrbetriebs (on-line) erfasst und an den Oberflächenrechner übertragen werden können, ohne dass die Bodenformation oder andere Umgebungsbedingungen am Bohrloch Einfluss auf die Güte der Datenübertragung haben.

[0020] Das erfindungsgemäße Kommunikationssystem ist vielseitig einsetzbar und bietet eine on-line und real-time Messwert-Übertragungsstrecke für Bohrstrangdaten, Bohrkopfdaten und/ oder Bohrkronendaten, wobei sich die Sensoren zur Erfassung der Messdaten möglichst dicht in unmittelbarer Nähe des Bohrkopfs und/oder der Bohrkrone, vorzugsweise sogar an dem Bohrkopf und/ oder der Bohrkrone befinden. Nachfolgend wird unter dem Begriff Bohrkrone jener Teil des bohrlochbodenseitigen Endes eines Bohrstranges verstanden, der die sich in den Erdboden grabenden Schneidelemente besitzt, während Bohrkopf die Gesamtanordnung am unteren Ende des ersten Bohrgestänges, umfassend Bohrkopf, Bohrschnecke oder Bohrmeißel und entsprechende Verbindungsmittel zum Bohrgestänge bezeichnet.

[0021] In anderen Anwendungsfällen, z.B. bei großen Längen des Bohrstrangs, können Sensoren und/ oder Aktuatoren zusätzlich zur Anordnung am Bohrkopf auch in oder an wenigstens einem weiteren Bohrgestänge angebracht bzw. eingebaut sein, um von verschiedenen Positionen entlang des Bohrstrangs Informationen, d.h. Sensormess- und/ oder Statusdaten zu erhalten oder Parametrier- und/ oder Steuerdaten an Sensoren oder Aktuatoren zu übertragen, die sich an verschiedenen Orten des Bohrstrangs befinden. Als wichtige Sensoren, sind hier Druck- oder Temperatursensoren zu nennen. Aktoren können Ventile, Motoren oder Pumpen sein.

[0022] Das Kommunikationssystem ist einfach und wartungsfrei, und die Installation und Inbetriebnahme von technisch geschultem Personal vor Ort möglich. Es lässt sich vielseitig einsetzen, insbesondere auch auf Gebieten der Bohrtechnik für den Spezialtiefbau, wie das Spülbohren, das Pfahlbohren und die "In-situ Soil-Mixing" Technologie mit den drei Anwendungen "Deep Soil Mixing (DSM)", "Shallow Soil Mixing (SSM)" und "Backhoe Stabilization" (BOSS).

[0023] Die In-Situ Soil Mixing Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass das Ziel Bodenverdichtungen und Bodenfestigungen sind, in dem das Erdreich durch Bohren oder Fräsen aufgelockert wird, während des Bohrer- oder Fräsertiefgangs bereits eine anwendungsspezifische Suspension eingebracht, beim Hochgang zusätzlich zu der Suspension Zement beigegeben und mit dem Boden/Erdreich vermischt und gegebenenfalls anschließend noch mit Eisenpfählen verfestigt wird. Der sonst übliche Stützbau und Bodenaushub entfällt. Es werden so Tiefen bis 55 m bearbeitet, wobei der korrekten Parallelität und Lotrechte der Bohrungen größte Bedeutung zukommt, um eine homogene Bodenverfestigung zu erhalten.

[0024] Das gleiche gilt bei der Deichabdichtung und Deichverfestigung, da bei Nicht-Parallelität und fehlender Lotrechte bei der Einbringung nicht fundamentierte Lücken entstehen, die durch das Wasser freigespült oder ausgespült werden können, wodurch der Deich aus- oder unterhöhlt wird. Im Gegensatz zu den oben vorgestellten geophysikalischen Bohrungen oder den Spül- und Pfahlbohrungen fallen im Rahmen der "In-situ Soil Mixing" Technologie keine Bohrlöcher, insbesondere nicht für die Lotrechte-Messung an. Dennoch ist die Messung der Lotrechte während des laufenden Vortriebs on-line und real-time zwingend erforderlich.

[0025] Für das Bodenmischen wird ein Doppelbohrantrieb oder Doppelfräsantrieb eingesetzt mit zwei gegenläufig rotierenden Werkzeugen, die für eine höchstmögliche Durchmischung des Bodens/Erdreichs sorgen. Ein innenliegendes Hochdruckgestänge mit durchgehendem Querschnitt vom Spülkopf bis zum Mischwerkzeug sorgt für einen anwendungsorientierten wartungsarmen Einsatz bei Arbeitsdrücken bis 10 MPa/100 bar. Ein mechanisch verstellbarer Führungsschlitten ermöglicht die Veränderung des Achsabstands der Antriebsmotoren von 500 mm ... 1100 mm, wodurch die Herstellung von aufgelösten, tangierenden oder überschnittenen Mischpfählen möglich wird. Drehzahl und Drehmoment werden über ein in der Motorhydraulik verbautes elektrisch schaltbares Zwei-Geschwindigkeitsventil gesteuert.

[0026] Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die einzelnen Bohrgestänge in axialer Richtung ein- oder mehrpaarig zu verdrahten (WDP), so dass zwischen den beiden Enden eines Gestängerohrs zumindest eine elektrische Leitung liegt, die zur Datenübertragung von einem zum anderen Ende verwendet werden kann. Die elektrische Leitung kann in einem vergleichsweise dünnen Rohr einliegen, das sich zumindest abschnittsweise am hohlen Gestängerohr in der Art eines Kabelkanals, vorzugsweise innenseitig, achsparallel zu diesem erstreckt. Durch die Verwendung einer elektrischen Leitung für die Datenübertragung von einem Bohrgestängeende zum anderen Bohrgestängeende ist die Qualität der Datenübertragung unabhängig von der Länge des Bohrgestänges.

[0027] Die Energieversorgung ist bevorzugt aus Batterien gebildet, so dass sie autark ist und keine externe Einspeisung eines Stroms für die Kommunikationseinheiten notwendig ist. Des weiteren ist es von Vorteil, die Energieversorgung schaltbar auszuführen, so dass in den Fällen, in denen keine Datenübertragung über ein Bohrgestänge notwendig ist, beispielsweise während seiner Lagerung an einem Vorratsplatz oder bei einer längeren Aussetzung der Bohrung, eine Abschaltung der Stromzuführung für die Elektronik und die Kommunikationseinheiten erreicht wird. Hierdurch wird Batteriekapazität eingespart und die Nutzungsdauer der Energieversorgung verlängert.

[0028] Vorzugsweise kann die Energieversorgung und/ oder die Elektronik in etwa der axialen Rohrmitte eines Gestängerohres angeordnet sein. Dies bewirkt, dass in beide Richtungen dieselbe Kabellänge vorhanden ist, so dass Dämpfungseffekte oder andere parasitäre Effekte bei der Datenübertragung und Spannungsversorgung in beide Übertragungsrichtungen symmetrisch sind.

[0029] An den Enden der Bohrgestänge ist jeweils mindestens eine von der Energieversorgung gespeiste, funkgesteuerte Kommunikationseinheit vorgesehen, die entweder als Sender (Transmitter) oder als Empfänger (Receiver) oder als kombinierte Sende-/Empfängereinheit (Transceiver) ausgeführt sind. Derartige Sender, Empfänger und kombinierte Sende-/Empfängereinheit sind handelsüblich und werden nachfolgend nicht weiter dargestellt. Ist nur eine unidirektionale Datenübertragung erforderlich, genügt die Verwendung von Sendern und Empfängern als Datenmodule, wobei an einem Ende eine Bohrgestänges ein Sender und an dem anderen Ende ein korrespondierender Empfänger angeordnet ist und die Bohrgestänge derart aneinander montiert werden, dass an der Verbindungsstelle ein Sender des einen Bohrgestänges einem Empfänger des anderen Bohrgestänges gegenüberliegt. Eine bidirektionale Kommunikation wird erreicht, wenn an jedem Ende eines Bohrgestänges ein Sender und ein Empfänger angeordnet werden. Dies kann in getrennten Kommunikationseinheiten erfolgen oder alternativ in der genannten kombinierten Sende-/Empfangseinheit (Transceiver).

[0030] Die Kommunikationseinheiten sind folglich erfindungsgemäß so angeordnet, dass sich in unidirektionaler Senderichtung vom Bohrlochboden zur Oberfläche, z.B. im Falle der Messdatenübertragung, am oberen Ende des n-ten Gestänges, ein Sender und am unteren Ende des anschließenden (n+1)-ten Gestänges, ein Empfänger befindet. Für den umgekehrten unidirektionalen Betrieb von der Oberfläche zum Bohrlochboden kann vorgesehen sein, dass am unteren Ende des (n+1)-ten Gestänges ein Sender und am oberen Ende des anschließenden n-ten Gestänges ein Empfänger angeordnet ist. Die Funkausstattung der Gestänge bei bidirektionalem Funkverkehr kann dann vereinfachend mit kombinierten Sender-/Empfängereinheiten (Transceivern) erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass keine Typunterscheidung der Bohrgestänge und keine Richtungsorientierung derselben notwendig ist.

[0031] Die Elektronik innerhalb eines Bohrgestänges steuert die Datenübertragung von einer Kommunikationseinheit zu der anderen Kommunikationseinheit respektive zu oder von der Sensorik/ Aktorik. Sie kann als Verstärker und Signalkonditionierer für die zu übertragenden Daten dienen. Die Elektronik enthält hierzu einen Mikrocontroller.

[0032] In einer vorteilhaften Ausführungsvariante weist jedes Gestänge einen Neigungssensor auf zur Erfassung des Lagezustands des jeweiligen Bohrgestänges auf. So kann mittels des Neigungssensors festgestellt werden, ob sich das entsprechende Bohrgestänge in einer horizontalen Lage, beispielsweise am Lagerplatz lagernd, oder in einer vertikalen Lage, z.B. im Falle seiner Verwendung, befindet. Als Neigungssensor kann beispielsweise ein einfacher Quecksilberschalter, alternativ ein Gyrosensor oder ein oder mehrere Beschleunigungssensoren verwendet werden. Der Neigungssensor kann ebenfalls in etwa der axialen Mitte eines Bohrgestänges angeordnet werden.

[0033] Der Neigungssensor kann als Schalter für die Energiezufuhr eingesetzt werden. Vorzugsweise ist er hierzu mit der Energieversorgung verbunden und dazu eingerichtet, die Energieversorgung für die Elektronik und für das oder die Kommunikationseinheiten bei einem Übergang des Bohrgestänges von einem horizontalen Lagezustand zu einem vertikalen Lagezustand einzuschalten und bei einem Übergang des Bohrgestänges von einem vertikalen Lagezustand zu einem horizontalen Lagezustand auszuschalten. Dies bedeutet, dass bei etwa horizontaler Lage der Gestänge, wie z.B. auf einem Lagerplatz oder beim Transport, die Energieversorgung ausgeschaltet ist bzw. wird, und bei etwa senkrechter Betriebsweise oder bei Verlassen der horizontalen Lage den Ruhestatus der Energieversorgung für den Mikrokontroller und die Funkmodule einschaltet.

[0034] Für Horizontalbohrungen oder Schrägbohrungen können geeignete Kompensationsmaßnahmen, wie z.B. Magnetschalter in jedem Bohrgestänge vorgesehen werden, um die Energieversorgung trotz im wesentlichen horizontalem Lagezustand des entsprechenden Bohrgestänges einzuschalten und die Elektronik zu aktivieren, oder um die Logik der Neigungsschalter zu ändern.

[0035] Vorzugsweise kann die Energieversorgung wiederaufladbar sein. Hierzu können die Batterien durch aufladbare Akkus gebildet sein. Im Falle einer fest installierten Energieversorgung kann das Laden grundsätzlich im im Bohrgestänge montierten Zustand erfolgen, wobei das Bohrgestänge mitsamt seiner montierten Energieversorgung über Ladekabel an eine Ladestation angeschlossen wird. Unter Berücksichtigung der Abmessungen und des Gewichts eines Bohrgestänges und des Einsatzes an einer Baustelle ist es jedoch von Vorteil, die Energieversorgung entnehmbar am oder im Gestängerohr vorzusehen, insbesondere steckbar auszuführen. Auf diese Weise kann sie von dem Gestängerohr einfach und schnell entnommen werden, um sie auf- oder nachzuladen. Auch ein Entladen zwecks Regeneration ist möglich. Nach dem Ladeprozess kann die Energieversorgung dann wieder an die entsprechende Aufnahme am Gestängerohr angesteckt werden. Hierzu weist die Aufnahme elektrische Steckkontakte auf, über die die Energieversorgung mit der Elektronik und/ oder mit den Kommunikationseinheiten verbindbar ist bzw. verbunden wird.

[0036] Der Ladevorgang kann an einem örtlich stationären Ladeplatz oder mit einem mobilen Ladegerät erfolgen, welches auf Basis eines im Stand der Technik bekannten Verfahrens der drahtlosen Energieübertragung arbeitet, wie z.B. 'Drahtlose Energieübertragung mittels eng gekoppelter magnetischer Resonanzen' oder 'Rückkanalige Nachrichtenübermittlung mittels Empfangsantennen-Impedanzmodulation'.

[0037] Gemäß einer anderen Ausführungsvariante kann zusätzlich oder alternativ zur Ladung der Energieversorgung an einer Ladestation das Gestängerohr Mittel zur automatischen Wiederaufladung der Energieversorgung während des Betriebs des Bohrgestänges aufweisen. Eine Entnahme der Energieversorgung zwecks Aufladung kann dadurch weitegehend vermieden werden. Ein derartiges Mittel kann beispielsweise eine Turbine sein, die einen elektrischen Generator antreibt und von dem in das Innere des Bohrgestänges druckbeaufschlagt eingebrachte Medium, z.B. Spülwasser, eine Suspension oder Zement, oder von dem Spülschlamm angetrieben wird, der außen zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwand an die Erdoberfläche strömt. Ein alternatives Mittel ist ein Seebeck-Element, das eine Spannung aus einem Temperaturunterschied zwischen dem in das Bohrgestänge eingeführte Medium und dem Spülschlamm erzeugt, die zur Aufladung der Energieversorgung verwendet werden kann.

[0038] Bevorzugt weist die Energieversorgung zumindest ein optisches und/ oder akustisches Mittel zur Anzeige des Ladezustands, der Restkapazität und/ oder noch zur Verfügung stehenden Versorgungsdauer auf. Eine derartige Ladezustandsanzeige dient der Ladekontrolle. Dabei kann sowohl der Ist-Ladezustand zur Anzeige gebracht werden, wie auch eine Vorhersage über den Kapazitätszustand der wiederaufladbaren speichernden Energieversorgung.

[0039] Das Gestängerohr eines jeden Bohrgestänges kann mindestens eine Ausnehmung zur geschützten Aufnahme der Energieversorgung, der Elektronik und/ oder einer der Kommunikationseinheiten aufweisen. In dieser Ausnehmung ist die aufgenommene Energieversorgung, Elektronik und/ oder Kommunikationseinheiten von den das Bohrgestänge umgebenden Medien isoliert. Die Ausnehmung kann außenseitig an dem Gestängerohr vorgesehen sein, wobei sie in diesem Fall durch eine stählerne Tasche gebildet ist. Alternativ kann sich die Ausnehmung in das Innere des Gestängerohrs erstrecken, so dass an seiner Mantelfläche keine hervorstehenden Teile vorhanden sind. Die genaue Anordnung der Ausnehmung über die Gestängelänge kann den Zugänglichkeiten angepasst sein.

[0040] In der Ausnehmung liegen dann Steckkontakte zur elektrischen Steckkontaktierung der Energieversorgung, der Elektronik und/ oder einer der Kommunikationseinheiten. Auch können über die Steckkontakte Sensoren und/ oder Aktoren mit der Energieversorgung und/ oder der Elektronik verbunden sein bzw. werden.

[0041] Sofern eine Kommunikationseinheit in einer Ausnehmung des Gestängerohrs eingesetzt ist, wird sie durch das Gestängerohr, respektive durch die die Ausnehmung begrenzende Wandung geschützt. Alternativ kann eine Kommunikationseinheit eines Bohrgestänges jedoch auch ein robustes, insbesondere metallisches Gehäuse aufweisen, mit dem sie außen am Gestängerohr montiert ist. Die Kommunikationseinheit ist dadurch leichter Zugänglich.

[0042] Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Gehäuse einer Kommunikationseinheit eine durch ein nichtmetallisches Material, beispielsweise Kunststoff oder Keramik, verschlossene Öffnung auf, die in Richtung des äußeren Randes des Endes gerichtet ist, an dem die entsprechende Kommunikationseinheit angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Kommunikationseinheit zum einen vor den Materialien im Bohrloch geschützt ist, zum anderen ein weitestgehend ungehinderter Empfang und/ oder weitestgehend ungehinderte Abstrahlung von Funksignalen durch die Öffnung hindurch möglich ist. Dabei liegt unmittelbar an oder sogar in der Öffnung eine Antenne des Funkmoduls zur Abstrahlung und/ oder zum Empfang von Funksignalen. Ein vollständig metallisches Gehäuse würde dagegen den Empfang und die Aussendung von Funksignalen verhindern.

[0043] Sofern eine Kommunikationseinheit in einer Ausnehmung des Gestängerohr eines Bohrgestänges einliegt, kann auch diese eine durch ein nichtmetallisches Material, beispielsweise Kunststoff oder Keramik, verschlossene Öffnung aufweisen, die in Richtung des äußeren Randes des Endes gerichtet ist, an dem die entsprechende Kommunikationseinheit angeordnet ist.

[0044] Vorzugsweise bilden die Energieversorgung und die Elektronik baulich eine Einheit. Die Elektronik kann dadurch kompakt ausgeführt werden und muss nicht separat mit der Energieversorgung verkabelt werden. Die Handhabung der Bohrgestänge erleichtert sich dadurch und der Aufwand für die Vorbereitung der Bohrgestänge reduziert sich.

[0045] Des Weiteren kann ein Bohrgestänge für jede Kommunikationseinheit eine Elektronik aufweisen, wobei Kommunikationseinheit und Elektronik jeweils baulich eine Einheit bilden können. In gleicher Weise kann ein Bohrgestänge für jede Kommunikationseinheit eine Energieversorgung aufweisen, wobei Kommunikationseinheit und Energieversorgung baulich eine Einheit bilden.

[0046] Auch dies vereinfacht die Handhabung, reduziert die Komponentenanzahl und erleichtert dadurch die Bestückung der Bohrgestänge. In einer besonders bevorzugten Ausführung können eine Kommunikationseinheit, eine Elektronik und eine Energieversorgung gemeinsam eine bauliche Einheit bilden, so dass abgesehen von dem den Bohrkopf aufnehmenden Bohrgestänge bei jedem Bohrgestänge nur zwei Komponenten anzuordnen und über die elektrische Leitung zu verbinden sind.

[0047] Das erste Bohrgestänge bildet ein erstes Ende des Bohrstrangs und weist in der Nähe des Bohrkopfs die Sensorik für die zu messenden und zur Oberfläche zu übertragender Messwerte und Parameter auf. Es ist aus einem hohlzylinderförmigen Gestängerohr gebildet, das ein oberes Ende und ein unteres Ende aufweist, mit zumindest einer zwischen dem oberen und dem unteren Ende liegenden elektrischen Leitung, die zu den beiden Enden geführt ist, wobei das untere Ende eine Aufnahme für einen Bohrkopf aufweist und das oberen Ende mit dem unteren Ende eines anderen Bohrgestänges oder mit einem Bohrantrieb drehfest verbindbar ist, wobei eine Sensorik und/ oder Aktorik, von der oder zu der Daten übertragbar sind, am unteren Ende angeordnet ist/ sind, eine Kommunikationseinheit am oberen Ende angeordnet ist, zumindest eine Elektronik mit einem Mikrocontroller, und zumindest eine Energieversorgung für die Kommunikationseinheiten und die Elektronik vorhanden sind, wobei die Kommunikationseinheit und die Sensorik und/ oder Aktorik über die elektrische Leitung miteinander verbunden sind und die Elektronik datentechnisch zwischen der Sensorik und/ oder Aktorik und der Kommunikationseinheit liegt, und die Kommunikationseinheit ein Funkmodul ist, wobei die Kommunikationseinheit dazu eingerichtet ist, Daten an eine unmittelbar benachbarte Kommunikationseinrichtung des nächsten Bohrstrangs oder des Bohrantriebs zu übertragen und/ oder von dieser Daten zu empfangen. Die Sensorik ist folglich über die ein- oder mehrpaarige elektrische Leitung mit der Elektronik des ersten Bohrgestänges verbunden und übertragt die Messwerte als elektrische Signale analog oder digital über diese Leitung.

[0048] An dem dem unteren Ende gegenüberliegenden oberen Ende des ersten Bohrgestänges befindet sich eine als Funkmodul ausgeführte Kommunikationseinheit, die einen Sender (Transmitter) oder eine kombinierte Sender-/Empfängereinheit (Transceiver) bildet. Auch das erste Bohrgestänge kann in seiner axialen Mitte eine wiederaufladbare speichernde Energieversorgung und einen Neigungssensor als Energieschalter für die Elektronik und das Funkmodul besitzen. Das erste Bohrgestänge unterscheidet sich gegenüber dem oder den zweiten Bohrgestängen in der Sensorik und/oder Aktorik, die in Bohrkopfnähe anstelle einer Kommunikationseinheit angeordnet ist.

[0049] Das zweite bzw. jedes zweite Bohrgestänge bildet ein Zwischenbohrgestänge, das zwischen das erste, den Bohrkopf umfassenden Bohrgestänge und dem Bohrantrieb montiert wird. Hierzu wird es an dem dem ersten Ende des Bohrstrangs gegenüberliegenden Ende oberflächenseitig positioniert und an dem ersten Bohrgestänge und dem Antrieb montiert. Es bildet ein Bohrgestänge für einen Bohrstrang für Erdbohrungen zum Aufbau des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems, mit einem hohlzylinderförmigen Gestängerohr, das ein oberes Ende und ein unteres Ende aufweist, und mit zumindest einer zwischen dem oberen und dem unteren Ende liegenden elektrischen Leitung, die zu den beiden Enden geführt ist, wobei das untere Ende mit dem oberen Ende eines anderen Bohrgestänges drehfest verbindbar und das oberen Ende mit dem unteren Ende eines anderen Bohrgestänges oder mit einem Bohrantrieb drehfest verbindbar ist, wobei an beiden Enden zumindest eine Kommunikationseinheit angeordnet, zumindest eine Elektronik mit einem Mikrocontroller, und zumindest eine Energieversorgung für die Kommunikationseinheiten und die Elektronik vorhanden sind, wobei die Kommunikationseinheiten über die elektrische Leitung miteinander verbunden sind und die Elektronik datentechnisch zwischen den Kommunikationseinheiten liegt, und die Kommunikationseinheiten Funkmodule sind, wobei jede der Kommunikationseinheiten dazu eingerichtet ist, Daten an eine unmittelbar benachbarte Kommunikationseinrichtung des nächsten Bohrstrangs oder des Bohrantriebs zu übertragen und/ oder von dieser Daten zu empfangen.

[0050] Gemäß einer Ausführungsvariante weist das bzw. ein zweites Bohrgestänge an seinem relativ bezogen auf seine vertikale Anordnung unteren Ende einen Empfänger (Receiver) oder eine kombinierte Sender-/Empfängereinheit (Transceiver) auf, eine ebenfalls ein- oder mehrpaarige elektrische Leitung über das Gestänge, und beispielhaft in der axialen Mitte eine wiederaufladbare speichernde Energieversorgung und einen Neigungssensor als Schalter für die Elektronik und die Funkmodule auf. An dem bezogen auf seine vertikale Anordnung oberen Ende, weist das zweite Bohrgestänge mindestens ein Funksender (Transmitter) oder eine kombinierte Sender-/ Empfängereinheit (Transceiver) für die bidirektionale Datenübertragung auf, wobei der Transmitter bzw. Transceiver über eine Funkstrecke mit der Kommunikationseinheit des Bohrantriebs, der mit dieser verbundenen Elektronik sowie dem mit der Elektronik verbundenen Oberflächenrechner der Bohrstelle in Datenverbindung steht und erstrangig die Sensordaten aus der Bohrkopfumgebung unidirektional überträgt.

[0051] Sollen auch Aktoren längs des Bohrstrangs innerhalb des Bohrlochs aktiviert werden, ist das erfindungsgemäße Kommunikationssystem bidirektional auszulegen, so dass Steuerdaten an die Aktoren übertragen werden können. Dadurch lassen sich auch Sensoren dynamisch parametrieren, wobei Parameterdaten an die Sensoren übertragen werden können.

[0052] Der Bohrstrang bzw. das aus verdrahteten Bohrgestängen und Funkstrecken an den Gestängeverbindungen bestehende Kommunikationssystem umfasst gemäß der vorherigen Erläuterung nur zwei verschiedene Bohrgestängegrundtypen, nämlich das erste Bohrgestänge, das ein Bohrkopfgestänge bildet, und das zweite bzw. die zweiten Bohrgestänge, die Zwischenbohrgestänge bilden. Das erste Bohrgestänge ist durch seine Aufnahme des Bohrkopfes, eine Sensorik und/ oder Aktorik in der Nähe des Bohrkopfes und einem Funkmodul an nur einem Ende gekennzeichnet, wohingegen das zweite bzw. jedes zweite Bohrgestänge an beiden Enden jeweils mindestens ein Funkmodul besitzt.

[0053] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Kommunikationssystems werden Sensoren und/ oder Aktuatoren auch in anderen Gestängen des Bohrstrangs eingesetzt. Diese Gestänge liefern zusätzliche Informationen dieser Sensoren oder nehmen Informationen für ihre Aktuatoren zusätzlich auf. Mit den Zusatzinformationen können mehr bzw. robustere Informationen des Gesamtbohrstrangs ermittel bzw. bestimmt werden.

[0054] Wie zuvor beschrieben, besteht ein Grundgedanke des erfindungsgemäßen Kommunikationssystems darin, dass die Funkverbindung zwischen den Bohrgestängen ausnahmslos nur über die vergleichsweise kurze Strecke, d.h. über die Länge einer Gestängeverbindung von einem n-ten Gestänge zu einem (n+1)-ten Gestänge erfolgt. Die Funkverbindung besteht folglich nicht über die gesamte Länge eines oder gar mehrere Bohrgestänge. Dies bedeutet, dass die Bohrlochumgebung, insbesondere die Beschaffenheit der Bodenformation oder der Einsatz von Bohrschlamm oder Suspension oder Zement für die Bodenverfestigung, die bei den oben vorgestellten Bohrverfahren die Güte der Nachrichtenübertragung entscheidend beeinflussen kann/ können, bei dem erfindungsgemäßen Kommunikationssystem mit drahtloser Datenübertragung ohne bedeutenden Einfluss ist.

[0055] Die Funkmodule können auf konstante Feldgrößen und Feldparameter eingestellt werden. Hinsichtlich dieser Einstellung es keine Unterschiedsmerkmale bezogen auf die Gestängetypen.

[0056] Auf Grund der mechanischen Gegebenheiten an den Bohrgestängeenden, insbesondere hinsichtlich der dort vorhanden Verbindungsmittel wie Schraubverschlüsse, sind die Kommunikationseinheiten bevorzugt jeweils in einem Abstand von 15 cm bis 20 cm vom äußeren Rand eines Gestängeendes zu montieren, woraus sich ergibt, dass eine Funkstrecke von lediglich 30 cm bis 40 cm vorliegt. Die Kommunikationseinheiten können daher für eine Nahfeldkommunikation derart eingerichtet sein, dass ihre Senderreichweiten weniger als 1m, insbesondere nur zwischen 30 und 50cm betragen. Diese vorteilhafte Ausführung führt zu berechenbaren Übertragungsleistungen zwischen den Funkmodulen, was auch eine Berechenbarkeit der Energiebilanz der wiederaufladbaren speichernden Energieversorgungen zulässt.

[0057] Der Einsatz eines aus solchen Bohrgestängen gebildeten Bohrstrangs kann unabhängig von den Umweltbedingungen geplant werden. Bei der Arbeitsweise mit solchen Gestängen sind über die Anwendung der Nachrichtenübertragungs-/Funktechnik vom Bohrstellenpersonal keine speziellen Kenntnisse erforderlich und keine besonderen Restriktionen zu beachten.

[0058] Erfindungsgemäß ist jedem Bohrgestänge eine eindeutige Kennung zugeordnet, über die es identifizierbar ist. Dies ermöglicht zum einen eine Vereinfachung der Logistik bei der Verwaltung der Bohrgestänge. Zum anderen bietet die Kennung die Möglichkeit, jeden datentechnisch vernetzten oder zu vernetzenden Bohrstrang in einem Netzwerk eindeutig zu identifizieren und zu adressieren. Erfindungsgemäß kann daher jedes Bohrgestänge einen Knoten in einem ad-hoc Netzwerk bildet, das am Bohrloch aus den einzelnen Bohrgestängen aufgebaut wird. Datentechnisch bilden in diesem Fall die Elektronik mitsamt der an ihr angeschlossenen Kommunikationseinheit oder -einheiten einen Netzwerkknoten.

[0059] Ein ad-hoc Netzwerk ist eine einfache Wireless Local Area Network (WLAN)-Vernetzungsvariante, welche eine direkte Peer-to-Peer Kommunikation ohne Access Point (Basisstation) als Informationsvermittler ermöglicht, und sich gut für kleine und/ oder zeitlich begrenzte Netzwerke eignet. Die Kommunikationseinheiten des Kommunikationssystems können daher dazu eingerichtet sein, die Daten über WLAN zu übertragen. Im ad-hoc Betriebszustand kommunizieren die Funknetzwerkknoten ohne zentralen WLAN-Zugangspunkt direkt miteinander, um auf einfache Weise Daten oder Ordner auszutauschen. Ad-hoc Netzwerke arbeiten auf der Grundlage des Beaconing-Mechanismus (Funkfeuer-Mechanismus), bei dem jeder Netzwerkknoten (Node) in regelmäßigen Abständen ein Beacon (Funksignal) sendet. Damit kennt jeder Knoten seine Nachbarn, die er direkt erreichen kann. Alle Knoten nutzen beim Senden dieselbe Frequenz. Die gesamte Netzstruktur entsteht dynamisch durch Selbstorganisation und Selbstverwaltung, das Netzwerkmanagement ist auf die Knoten verteilt. Es gibt keine Zentralverwaltung, die die Netzstruktur und das Routing, d.h. die Leitwegzuteilung festlegt. In jedem Netzwerkknoten sind die Tabellen für die Leitwegzuteilung gespeichert. Jeder Knoten besitzt einen Routeranteil (Leitweg-Anteil).

[0060] Aufgrund der Mobilität der Knoten ist die Netzstruktur zeitvariant. Der Eintritt in ein ad-hoc Netzwerk erfolgt durch Interaktion mit anderen Teilnehmern. Die Funkknoten arbeiten im ad-hoc Zustand und sind nach dem internationalen Standard IEEE 802.11 ad-hoc konfiguriert. Damit alle Knoten miteinander kommunizieren können, muss die Kanalnummer und der einzustellende Service Set Identifier (SSID) (Identifikation) jedes Knotens identisch sein. Daten, Informationen oder Signale werden von Netzknoten zu Netzknoten weitergereicht, bis sie ihren Empfänger erreicht haben, wodurch sich die Datenlast vorteilhafter verteilt, als in Netzen mit zentraler Anlaufstelle. Mit Verfahren für die Leitwegzuteilung passt sich das Ad-hoc-Netzwerk ständig an, wenn sich Netzwerkknoten bewegen, hinzukommen oder ausfallen. Bei Ausfall eines Netzknotens versucht das Netzwerk den Zielknoten unter Umgehung des ausgefallenen Knotens zu erreichen.

[0061] Die Kennung kann beispielsweise in der Elektronik und/ oder in einer oder mehreren der Kommunikationseinheiten gespeichert und von der antriebsseitigen Kommunikationseinheit abgefragt werden, sobald ein Bohrgestänge an den Bohrantrieb montiert wird und die Kommunikationseinheit des Bohrantriebs mit der am oberen Ende des Bohrgestänges angeordneten Kommunikationseinheit in Funkverbindung tritt. Dies setzt voraus, dass zumindest die Funkverbindung, vorzugsweise auch die Elektronik des Bohrgestänges bereits von der Energieversorgung zumindest mit einem Ruhestrom gespeist wird, d.h. die Energieversorgung angeschaltet ist. Dies kann über den zuvor genannten Neigungssensor automatisch erfolgen.

[0062] Die Auslösung der Kennungsabfrage kann automatisch erfolgen, beispielsweise über einen mechanischen Schalter am Bohrantrieb, der bei der Montage des Bohrgestänges betätigt wird. Alternativ kann der Bohrantrieb einen Näherungssensor aufweisen, der auslöst und die Kennungsabfrage initiiert, sobald ein Bohrgestänge in seinen Erfassungsbereich gelangt. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt jedes Bohrgestänge einen RFID-Transponder, insbesondere einen passiven RFID-Transponder, in dem die zuvor genannte oder eine andere eindeutige Kennung gespeichert ist. Der Bohrantrieb kann dann einen Näherungssensor mit einer RFID-Leseeinheit aufweisen, der mit der antriebsseitigen Elektronik verbunden und dazu eingerichtet ist, bei Annäherung eines Bohrgestänges dessen RFID-Transponder zur Aussendung der Kennung zu aktivieren.

[0063] Die von der RFID-Leseeinheit oder von dem antriebsseitigen Funkmodul erhaltene Kennung kann dann der Elektronik des Bohrkopfes und von dieser dem Oberflächenrechner zugeleitet werden, der die Kennung (ID) des 'neuen' Gestänges in das ad-hoc Netzwerk einpflegt.

[0064] Wird einem bestehendem Bohrstrang ein weiteres Bohrgestänge der oben beschrieben Art von einem Lagerplatz hinzugefügt, wird durch die Lageänderung des Bohrgestänges von horizontaler in vertikaler Lage der Neigungssensor die Energieversorgung einschalten und die Elektronik und die Kommunikationseinheiten, die sich zuvor in einem Ruhezustand (Sleep-Modus) befunden haben, aktivieren.

[0065] Alternativ kann der der RFID-Transponder ein aktiver RFID-Transponder sein, der mit der Energieversorgung verbunden und dazu eingerichtet ist, die Energieversorgung einzuschalten und/ oder die Elektronik und Kommunikationseinheiten zu aktivieren, wenn er ein Aktivierungssignal empfängt von der RFID-Leseeinheit erhält. Das entsprechende Rohrgestänge geht dann von dem Ruhezustand in einen aktivierten Zustand über.

[0066] Bezogen auf das jeweilige Bohrgestänge wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, drei Betriebszustände zu unterscheiden:

• einen ersten Betriebszustand (Modus REST), in dem die Bohrgestänge als Stapelware auf einem Lagerplatz in horizontaler Lage lagern,
• einen zweiten Betriebszustand (Modus READY), in den die Gestänge übergehen, wenn sie von dem Stapel entnommen, transportiert und vertikal aufgerichtet werden, und
• einen dritten Betriebszustand (Modus SET), in den die Bohrgestänge übergehen, wenn sie zwischen dem bestehendem Bohrstrang und der Mitnehmerstange des Bohrantriebs montiert werden.

[0067] Im Modus REST werden gewartete und vorbereitete, mit jeweils zumindest einer Energieversorgung bestückte Bohrgestänge als Stapelware auf einem Lagerplatz in Baustellennähe horizontal auf Abruf gelagert. Die verdrahteten Gestänge (WDP) sind mit Funkmodulen bestückt, die Elektronik ist ebenfalls im Gestänge untergebracht, befindet sich jedoch im ausgeschalteten Zustand, d.h. im sogenannten 'Null'-Strom-Status (Zero Current Mode).

[0068] Zum Übergang in den Modus READY wird ein vorbereitetes Gestänge dem Stapel entnommen, zum nahen Bohrplatz transportiert und aufgerichtet. Der Neigungsschalter, der auch im REST Modus mit Ruhestrom versorgt wird, schaltet die Energieversorgung für die Elektronik ein, wenn das Gestänge von der horizontalen in die vertikale Lage versetzt wird. Sowohl die horizontale wie auch die vertikale Lage können mit einem Toleranzfeld in der Elektronik so definiert sein, dass auch das Schrägbohren im Rahmen der Schalthandlung des Neigungssensors möglich ist. Das Schalten bewirkt ein Freischalten der Elektronik im Sinne des Aktivierens einer Logik und des Fließens eines minimalen Ruhestroms in die Elektronik. Die Gestängeelektronik befindet sich elektrisch in einem Ruhestatus, der auch als Sleep-Modus bezeichnet werden kann, in dem sie sich in einer Wartestellung befindet.

[0069] Im Modus SET wird das vorbereitete, sich im Ruhestatus befindliche 'neue' Gestänge auf das inzwischen von dem Bohrantrieb befreite oberste Gestänge des Bohrstrangs transportiert und mit seinem unteren Ende aufgesetzt und mit diesem mechanisch fest verschraubt. Danach wird die Mitnehmerstange des Bohrantriebs der Bohreinrichtung auf das obere Ende des 'neuen' Gestänges gesetzt und ebenfalls mit diesem mechanisch fest verschraubt. Dabei wird der im Kopf der Mitnehmerstange angeordnete Näherungssensor aktiviert, der seinen RFID-Leser veranlasst, die Kennung (ID) des ihm gegenüberliegenden RFID-Transponders am oberen Ende des 'neuen' Gestänges abzufragen. Mittels dieser Prozedur und nach Kenntnis der das neue Gestänge kennzeichnenden Kennung und Stammdaten, werden diese von der antriebsseitigen Elektronik an den Oberflächenrechner übermittelt. Dies kann über eine Funkverbindung erfolgen. Der Oberflächenrechner nimmt seinerseits eine Synchronisation aller Daten derart vor, dass das neue Gestänge einen neuen Knoten innerhalb des Bohrstrang-Ad-hoc-Netzwerks bildet. Mit dieser dargestellten Prozedur werden Bohrgestänge vollautomatisch und selbstorganisiert und dem aufzubauenden ad-hoc Netzwerk angemeldet und dort integriert, so dass jedes Bohrgestänge innerhalb des Netzwerks einen individuell ansprechbaren Netzknoten bildet.

[0070] Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand konkreter Ausführungsbeispiele und der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: Stapel vorbereiteter Bohrstrang-Gestänge, Modus REST

Fig. 2: Gestänge dem Stapel entnehmen, aufrichten, transportieren, Modus READY

Fig. 3: Gestänge zwischen Bohrstrang und Mitnehmerstange montieren, Modus SET

Fig. 4: Wirkprinzip der Bohrstrang/Gestänge-Gesamtanordnung

Fig. 5: Bohrgestänge als Knoten im Bohrstrang-Ad-hoc-Netzwerk.

[0071] Gleiche und gleichwirkende Bestandteile der Ausführungsbeispiele sind in den Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

[0072] Fig. 1 zeigt einen Stapel 1 vorbereiteter Bohrgestänge 10 im Modus REST für einen Bohrstrang. Die einzelnen Bohrgestänge 10 bestehen aus einem Gestängerohr 11 mit der Wandstärke 12, haben ein oberes Ende 13 und ein unteres Ende 14, und sind in axialer Richtung ein- oder mehrpaarig verdrahtet (WDP), so dass zwei elektrische Leitungen 21 , 22 gebildet sind. Bohrgestänge 10 haben in der axialen Rohrmitte eine Elektronik 15 mit einem Mikrokontroller und einer schaltbaren elektrischen Energieversorgung, die mindestens ein Paar der beiden paarigen Leitungen 21, 22 stromversorgt, wobei die Elektronik 15 und die Energieversorgung baulich eine Einheit bilden.

[0073] An seinen Enden 13, 14 ist ein Bohrgestänge jeweils mit einem funkgesteuerten, handelsüblichen Sender (Transmitter) und/oder Empfänger (Receiver) oder Sender-/Empfängereinheit (Transceiver) 17,19 ausgestattet, die jeweils über eine Antenne 18, 20 verfügen, und die ebenfalls über die vorgenannte Energieversorgung gespeist werden.

[0074] Die Energieversorgung ist wiederaufladbare und fest installiert oder portabel gestaltet. Die Entnahme der steckbaren Energieversorgung dient dem Auf- und/oder Nachladen derselben und wird nach dem Ladeprozess wieder der Versorgungsaufnahme des Gestänges zugefügt. Die Unterbringung der Energieversorgung erfolgt geschützt in stählernen Taschen des Gestänges, wobei elektrische Verbindungen zu Sensoren, Aktoren, Sendern und/oder Empfängern in den Taschen vorliegen. Etwa in Rohrmitte befindet sich ein Neigungssensor 16, der die Energieversorgung lageabhängig schaltet. Der Neigungssensor 16 wird selbst in horizontaler Lage ruhestromversorgt.

[0075] Die für den Bohr- oder Fräsprozeß vorbereiteten Bohrgestänge 10 liegen auf dem Stapel 1 abrufbereit im Modus REST. Aus Sicht der Informationsverarbeitung bildet ein jedes Bohrgestänge 10 mit mikrokontrollergesteuerten Elektronik 15 und Funkmodulen 17, 19 einen Knoten eines Netzwerks.

[0076] Fig. 2 zeigt rechts die Bohrgestängelagerstelle 1, an der die Bohrgestänge 10 horizontal gestapelt werden. Auf Abruf wird ein Gestänge 3 dem Stapel 1 entnommen und aufgerichtet. Der Neigungssensor 16 schaltet die Energieversorgung ein und versorgt so die Elektronik 15 und die Funkmodule 17,19 mit Ruhestrom. Der Gestängezustand geht dadurch in den Modus READY über. Das Gestänge 4 wird zur Bohrstelle transportiert. Der Neigungssensor 16 dient folglich als Schalter für die Energiezufuhr der Elektronik 15 und der Funkmodule 17, 19, wobei bei etwa horizontaler Lage der Gestänge 10 die Energieversorgung ausgeschaltet ist und bei etwa senkrechter Betriebsweise oder schon bei Verlassen der horizontalen Lage den Ruhestatus der Energieversorgung für die Elektronik 15 und die Funkmodule 17,19 eingeschaltet ist.

[0077] Gemäß Fig. 3 folgt ein weiterer Arbeitsschritt, in dem das dem Stapel 1 entnommene (n+1)-te Gestänge 6 zwischen dem obersten n-ten Gestänge 5 des Bohrstrangs und die Klemm-Spannbacke 70 eines Bohrantriebs 7 montiert wird. Im Modus SET wird das vorbereitete, sich im Ruhestatus befindliche 'neue' (n+1)-te Gestänge 6 auf das inzwischen von Klemm-Spannbacke 70 und der Mitnehmerstange 74 befreite oberste, n-te Gestänge 5 des Bohrstrangs transportiert und mit seinem ersten unteren Ende 14 aufgesetzt und mit dessen oberem Ende 13 mechanisch fest verschraubt. Im Folgenden wird die Mitnehmerstange 74 des Antriebs 7 der Bohreirichtung auf das zweite obere Ende 13 des 'neuen' Gestänges 6 gesetzt und über die Klemm-Spannbacke 70 ebenfalls mit diesem mechanisch fest verschraubt.

[0078] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird beim Aufsetzen der Mitnehmerstange 74 des Antriebs 7 auf das zweite obere Ende 13 des 'neuen' Gestänges 6 im Kopf der Mitnehmerstange 74 ein Näherungssensor 71 aktiviert, der einen Hochfrequenz-Kennzeichnungs-(RFID)-Leser über eine Sender-/Empfängereinheit (Transceiver) 72 veranlasst, die Kennung (ID) des ihm gegenüberliegenden Sender/-Empfängereinheit (Transceivers) 17 des zweiten oberen Endes 13 des Gestänges 6 abzufragen. Mittels dieser Prozedur wird die Kennung von der im Bohrantrieb 7 angeordneten Elektronik 73, die ebenfalls einen Mikrokontroller aufweist, an den in direkter Funkverbindung mit dem Antrieb 7 stehenden Oberflächenrechner 100 gesendet, der wiederum eine Synchronisation aller Daten derart vornimmt, dass das neue Gestänge 6 einen neuen Knoten innerhalb des Bohrstrang-Ad-hoc-Netzwerks bildet.

[0079] Fig. 4 zeigt das Wirkprinzip der Bohrstrang-Gestänge-Gesamtanordnung. Auf der rechten Seite ist die Lagerstelle 1 für konfektionierte Bohrgestänge 10 im Modus REST gezeigt, während die linke Seite Gestänge 5, 6, 8, 9 eines Bohrstrangs vom Bohrlochboden bis zur Oberfläche 75, mit Antrieb 7 und Oberflächenrechner 100 zeigt. Die Gestänge 5, 6, 9,10 sind hier als 'Standard'-Gestänge dargestellt, das Gestänge 8 ist das erste Gestänge des Bohrstrangs und befindet sich am Bohrlochboden. Das Bohrgestänge 8, 80 verfügt über eine Aufnahme für einen Bohrkopf und in dessen Nähe eine Sensorik 81 mit diverse Messeinrichtungen, insbesondere Sensoren, wie Inklinometer, Deflektometer, Pendellotmeter oder Neigungssensor für die lotgerechte Bohrung, und gegebenenfalls einen Aktor oder mehrere Aktoren 81.

[0080] Die Gestänge-Kopfenden 13 ,14 werden je mit einem funkgesteuerten handelsüblichen Sender (Transmitter) und/oder Empfänger (Receiver) oder Sender-/Empfängereinheiten (Transceiver) 17 ,19 ausgestattet, die über die wiederaufladbare speichernde Energieversorgung gespeist werden, und so angeordnet sind, dass sich in unidirektionaler Senderichtung vom Bohrlochboden zur Oberfläche 75 am oberen Ende 13 des n-ten Gestänges 5 ein Sender 17 und am unteren Ende 14 des sich anschließenden (n+1)-ten Gestänges 6 ein Empfänger 19 befindet. Für den unidirektionalen Betrieb gilt dann für die Senderichtung von der Oberfläche 75 zum Bohrlochboden, dass sich am unteren Ende 14 des (n+1)-ten Gestänges 6 ein Sender 19 und am oberen Ende 13 des sich anschließenden n-ten Gestänges ein Empfänger 17 befindet. Erfolgt die Einrichtung der Datenübertragung nur in einer unidirektionalen Richtung, haben die Gestänge 10 am oberen Ende 13 und unteren Ende 14 keine gleiche Ausstattung und sind richtungsorientiert zu lagern. Sind die Gestänge 10 für eine bidirektionale Datenübertragung ausgelegt und an den Enden mit kombinierten Sender-/Empfängereinheiten (Transceivern) 17,19 bestückt, entfällt die lagegerechte Richtungsorientierung.

[0081] Die Datenübertragung erfolgt uni- oder bidirektional beispielhaft beginnend an den Sensor-Einrichtungen 81 des Bohrgestänges 80, wird stets bei allen WDP-Gestängen 10 über die Verdrahtung von einem Ende 14 des Gestänges zum anderen Ende 13 geführt und an den Bohrgestänge-Verbindungen, die meist als Verschraubungen ausgeführt sind, über mindestens einen Sender (Transmitter) und/oder Empfänger (Receiver) oder kombinierte Sender-/ Empfängereinheit (Transceiver) 17 ,19 von einem Bohrgestänge zum nächsten Bohrgestänge über sehr kurze Distanz sicher übertragen. Sich auf die Güte der drahtlosen Übertragung negativ auswirkende Umfeldeinflüsse entfallen. Die drahtlose Nachrichtenübertragung beschränkt sich auf den Übertragungsweg von einem Ende 13 eines Gestänge n bis zum Ende 14 des benachbarten Gestänges n+1 auf ca. 30 cm bis 40 cm bei stets gleicher Anordnung und stets gleichem Umfeld.

[0082] Elektroniken 15 und Funkmodule 17,19 eines Bohrgestänges 10 sind Bestandteil eines Ad-hoc-Netzwerks. Der Antrieb 7 ist ebenfalls mit einer Elektronik 73 mit Mikrokontroller und einem Funkmodul 72 als zweites, oberes Ende des Bohrstrangs ausgerüstet und tauscht Informationen mit dem benachbarten, mit dem Bohr-/Fräsfortschritt wechselnden (n+t)-ten Bohrgestänge 6 aus. Die Kommunikation zwischen dem Bohrantrieb 7 und dem Oberflächenrechner 100 ,101 erfolgt über eine Funkstrecke, wobei die Leitung 102 ein Funkmodul 103 mit Antenne 104, mit dem Oberflächenrechner 100, 101 dauerhaft verbindet. Der Oberflächenrechner 100, 101 hat die gesamte Bohrstellenorganisation und -verwaltung inne, ebenso wie die Bohrstrang-Messdatenerfassung und -auswertung sowie die Gestängeverwaltung und Netzwerkorganisation.

[0083] Fig. 5 zeigt die Bohrgestänge 10 als Knoten im Bohrstrang-Ad-hoc Netzwerk am Beispiel eines Bohrstrangs mit drei Bohrgestängen 5, 6, 8. Die Bohrinformationen, die aus den Messdaten der Sensorik 81 des Gestänges 8 während des Betriebs erfasst werden, werden über die Bohrgestänge-Leitung 21 dem Sender (Transmitter) 17 des untersten Bohrgestänges 80 (n-1) zugeführt und übertragen an den Empfänger (Receiver) 19 des darüber liegenden Bohrgestänges 5 (n), und weiterhin zum oberen Gestänge 6 (n+1) und über den das Funkmodul 72 und die Elektronik 73 im Antrieb 7 zum Oberflächenrechner 100 ,101. Alle Teilnehmer dieser Informationskette sind Knoten im Bohrstrang-Ad-hoc-Netzwerk, welches aus den ständigen Teilnehmern "Oberflächenrechner 100" und "Antrieb 7" besteht sowie den sich ändernden Teilnehmern "Bohrgestänge" 8 , 5 , 6 , die nach dem oben beschriebenen Verfahren im Selbstlern- und -verwaltungsprozess Knoten des Ad-hoc-Netzwerks geworden sind. Die Bohrstrang-Netzwerkverwaltung ist ebenso ein Software-Bestandteil des Oberflächenrechners.

[0084] Das erfindungsgemäße Kommunikationssystem besitzt eine Kommunikationsleistung bezüglich Datenrate und Datenqualität, die unabhängig von der Bohrlochtiefe ist. Ein Einsatz ist auch bei schwierigsten Bodenbeschaffenheiten und im Wasser möglich. Ferner funktioniert die Kommunikation bei 1000m tiefen Bohrlöchern genauso gut wie bei 10m Tiefe.

Bezugszeichenliste

[0085] 

1

Bohrgestänge, gestapelt, Modus REST

3

Bohrgestänge, entnommen, aufgerichtet, Modus READY

4

Bohrgestänge, transportiert, Modus READY

5

Bohrgestänge n, Knoten n

6

Bohrgestänge n+1, Modus SET, Knoten n+1

7

Bohrantrieb mit Aufnahme

8

Bohrgestänge, Knoten

9

Bohrgestänge n-1, Knoten n-1

10

Bohrgestänge, datentechnisch konfektioniert (WDP)

11

Gestängerohr

12

Wandstärke

13

Oberes Ende

14

Unteres Ende

15

Elektronik und Energieversorgung, Knoten

16

Neigungssensor

17

obere Kommunikationseinheit

18

Funkantenne 1

19

untere Kommunikationseinheit

20

Funkantenne 2

21, 22

elektrische Leitung, ein-/mehrpaarig

70

Klemm-Spannbacke

71

Näherungssensor, mit RFID-Leser

72

Kommunikationseinheit,

73

Elektronik, Knoten Antrieb

74

Mitnehmerstange

75

Erdoberfläche

80

Bohrgestänge mit Bohrkopf-, -kronen-Aufnahme

81

Aktorik, Sensorik,

100

Oberflächenrechner

101

Bohrstellenrechner, Knoten Rechner

102

Verkabelung

103

Kommunikationseinheit

104

Funkantenne

Ansprüche

1. Kommunikationssystem zur Übertragung von Informationen über Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) eines Bohrstrangs für Erdbohrungen, umfassend ein erstes Bohrgestänge (8, 80), ein oder mehrere zweite Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 9, 10) und einen Bohrantrieb (7), wobei das erste Bohrgestänge (8, 80) und das oder die zweite(n) Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 9, 10) jeweils aus einem hohlzylinderförmigen Gestängerohr (11) mit zumindest einer sich in axialer Richtung erstreckenden Leitung (21, 22) und mit einem oberen Ende (13) und einem unteren Ende (14) gebildet ist/sind, das untere Ende (14) des ersten Bohrgestänges (8, 80) eine Aufnahme für einen Bohrkopf aufweist, jedes der zweiten Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 9, 10) mit seinem unteren Ende (14) mit dem oberen Ende (13) des ersten Bohrgestänges (8, 80) oder eines anderen zweiten Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 9, 10) drehfest verbunden und mit seinem oberen Ende (13) mit dem unteren Ende (14) eines weiteren zweiten Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 9, 10) oder mit dem Bohrantrieb (7) drehfest verbunden ist, wobei das Kommunikationssystem weiterhin umfasst:

- eine Sensorik (81) und/ oder Aktorik (81), von der oder zu der Mess-, Parametrier-, Status- und/ oder Steuerdaten zu übertragen sind und die am unteren Ende (14) des ersten Bohrgestänges (8, 80) und/ oder am Bohrkopf angeordnet ist/ sind,

- eine erste Kommunikationseinheit (72) und eine antriebsseitige Elektronik (73), die beide am oder im Bohrantrieb (7) angeordnet und miteinander verbunden sind,

- einen Oberflächenrechner (100, 101) zur Überwachung der Erdbohrung, der mit der antriebsseitigen Elektronik (73) in Kommunikationsverbindung steht und die Daten der Sensorik (81) und/ oder Aktorik (81) empfängt oder bereitstellt,

- weitere Kommunikationseinheiten (17, 19), von denen zumindest eine an dem oberen Ende (13) des ersten Bohrgestänges (8, 80) und zumindest jeweils eine an den beiden Enden (13, 14) des oder der zweiten Bohrgestänge(s) (3, 4, 5, 6, 9, 10) angeordnet sind,

- zumindest eine Elektronik (15) mit einem Mikrocontroller jeweils in den Bohrgestängen (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80), und

- zumindest eine Energieversorgung für die Kommunikationseinheiten (17, 19) und die Elektronik (15) jeweils in den Bohrgestängen (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10,80),

wobei die Sensorik (81) und/ oder Aktorik (81) und die Kommunikationseinheit (17) des ersten Bohrgestänges (8, 80) über dessen elektrische Leitung (21, 22) miteinander verbunden sind und die Elektronik (15) des ersten Bohrgestänges (8, 80) datentechnisch zwischen der Sensorik (81) und/ oder Aktorik (81) und der Kommunikationseinheit (17) des ersten Bohrgestänges (8, 80) liegt, und die Kommunikationseinheiten (17, 19) eines jeden zweiten Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 9, 10) über dessen elektrische Leitung (21, 22) miteinander verbunden sind, wobei die Elektronik (15) des jeweiligen zweiten Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 9, 10) datentechnisch zwischen den Kommunikationseinheiten (17, 19) liegt, und wobei die Kommunikationseinheiten (17, 19, 72) Funkmodule sind, und jede der Kommunikationseinheiten (17, 19, 72) dazu eingerichtet ist, die Daten an die unmittelbar benachbarte Kommunikationseinheit (17, 19) des nächsten Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) oder des Bohrantriebs (7) zu übertragen und/ oder von dieser Daten zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) eine eindeutige Kennung zugeordnet ist, über die es identifizierbar ist und die in der Elektronik (15) und/ oder in einer oder mehreren der Kommunikationseinheiten (17, 19) gespeichert und von der antriebsseitigen Kommunikationseinheit (72) abfragbar ist.

2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) einen Knoten in einem ad-hoc Netzwerk bildet.

3. Kommunikationssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) einen RFID-Transponder aufweist, in dem die Kennung gespeichert ist.

4. Kommunikationssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrantrieb (7) einen Näherungssensor mit einer RFID-Leseeinheit aufweist, der mit der antriebsseitigen Elektronik (73) verbunden und dazu eingerichtet ist, bei Annäherung eines Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) dessen RFID-Transponder zur Aussendung der Kennung zu aktivieren.

5. Kommunikationssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Transponder ein aktiver RFID-Transponder ist, der mit der Energieversorgung verbunden und dazu eingerichtet ist, die Energieversorgung einzuschalten, wenn er ein Aktivierungssignal empfängt.

6. Kommunikationssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheiten (17, 19) dazu eingerichtet sind, die Daten über WLAN zu übertragen.

7. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 9, 10) für einen Bohrstrang für Erdbohrungen zum Aufbau eines Kommunikationssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem hohlzylinderförmigen Gestängerohr (11), das ein oberes Ende (13) und ein unteres Ende (14) aufweist, und mit zumindest einer zwischen dem oberen und dem unteren Ende (13, 14) liegenden elektrischen Leitung (21, 22), die zu den beiden Enden (13, 14) geführt ist, wobei das untere Ende (14) mit dem oberen Ende (13) eines anderen Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) drehfest verbindbar und das oberen Ende (13) mit dem unteren Ende (14) eines anderen Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 9, 10) oder mit einem Bohrantrieb (7) drehfest verbindbar ist, wobei an beiden Enden (13, 14) zumindest eine Kommunikationseinheit (17, 19) angeordnet, zumindest eine Elektronik (15) mit einem Mikrocontroller, und zumindest eine Energieversorgung für die Kommunikationseinheiten (17, 19) und die Elektronik (15) vorhanden sind, wobei die Kommunikationseinheiten (17, 19) über die elektrische Leitung (21, 22) miteinander verbunden sind und die Elektronik (15) datentechnisch zwischen den Kommunikationseinheiten liegt,
und die Kommunikationseinheiten (17, 19) Funkmodule sind, wobei jede der Kommunikationseinheiten (17, 19) dazu eingerichtet ist, Daten an eine unmittelbar benachbarte Kommunikationseinrichtung (17, 19) des nächsten Bohrstrangs (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) oder des Bohrantriebs (7) zu übertragen und/ oder von dieser Daten zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) eine eindeutige Kennung zugeordnet ist, über die es identifizierbar ist und die in der Elektronik (15) und/ oder in einer oder mehreren der Kommunikationseinheiten (17, 19) gespeichert und von der antriebsseitigen Kommunikationseinheit (72) abfragbar ist.

8. Bohrgestänge (8, 80) für einen Bohrstrang für Erdbohrungen zum Aufbau eines Kommunikationssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem hohlzylinderförmigen Gestängerohr (11), das ein oberes Ende (13) und ein unteres Ende (14) aufweist, und mit zumindest einer zwischen dem oberen und dem unteren Ende (13, 14) liegenden elektrischen Leitung (21, 22), die zu den beiden Enden (13, 14) geführt ist, wobei das untere Ende (14) eine Aufnahme für einen Bohrkopf aufweist und das oberen Ende (13) mit dem unteren Ende (14) eines anderen Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 9, 10) oder mit einem Bohrantrieb (7) drehfest verbindbar ist, wobei eine Sensorik (81) und/ oder Aktorik (81), von der oder zu der Daten übertragbar sind, am unteren Ende (14) angeordnet ist/ sind, eine Kommunikationseinheit (17) am oberen Ende (13) angeordnet ist, zumindest eine Elektronik (15) mit einem Mikrocontroller, und zumindest eine Energieversorgung für die Kommunikationseinheiten (17, 19) und die Elektronik (15) vorhanden sind, wobei die Kommunikationseinheit (17) und die Sensorik (81) und/ oder Aktorik (81) über die elektrische Leitung (21, 22) miteinander verbunden sind und die Elektronik (15) datentechnisch zwischen der Sensorik (81) und/ oder Aktorik (81) und der Kommunikationseinheit (17) liegt, und die Kommunikationseinheit (17) ein Funkmodul ist, wobei die Kommunikationseinheit (17) dazu eingerichtet ist, Daten an eine unmittelbar benachbarte Kommunikationseinrichtung (19) des nächsten Bohrstrangs (3, 4, 5, 6, 9, 10) oder des Bohrantriebs (7) zu übertragen und/ oder von dieser Daten zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) eine eindeutige Kennung zugeordnet ist, über die es identifizierbar ist und die in der Elektronik (15) und/ oder in einer oder mehreren der Kommunikationseinheiten (17, 19) gespeichert und von der antriebsseitigen Kommunikationseinheit (72) abfragbar ist.

9. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheiten (17, 19) kombinierte Sende-/ Empfangseinrichtungen (Transceiver) sind.

10. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gestängerohr (11) ein Neigungssensor (16) zur Erfassung des Lagezustands des Bohrgestänges (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) angeordnet ist.

11. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung entnehmbar am oder im Gestängerohr (11), insbesondere steckbar befestigt ist.

12. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestängerohr (11) mindestens eine Ausnehmung, insbesondere eine taschenförmige Ausnehmung, zur geschützten Aufnahme der Energieversorgung, der Elektronik (15) und/ oder einer der Kommunikationseinheiten (17, 19) aufweist.

13. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausnehmung Steckkontakte zur elektrischen Steckkontaktierung mit der Energieversorgung, der Elektronik (15) und/ oder einer Kommunikationseinheiten (17, 19) liegen.

14. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es für jede Kommunikationseinheit (17, 19) eine Elektronik (15) aufweist, wobei Kommunikationseinheit (17, 19) und Elektronik (15) baulich eine Einheit bilden.

15. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (17) oder die Kommunikationseinheiten (17, 19) ein Gehäuse aufweist/ aufweisen, mit dem sie außen am Gestängerohr (11) montiert ist/ sind.

16. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Gehäuse eine durch ein nichtmetallisches Material verschlossene Öffnung aufweist/ aufweisen, die in Richtung des äußeren Randes des Endes (13, 14) gerichtet ist, an dem die entsprechende Kommunikationseinheit (17, 19) angeordnet ist.

17. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche, 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung eine durch ein nichtmetallisches Material verschlossene Öffnung aufweist, die in Richtung des äußeren Randes des Endes (13, 14) gerichtet ist, an dem die entsprechende Kommunikationseinheit (17, 19) angeordnet ist.

18. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest einen mit der Elektronik (15) verbundenen Sensor, insbesondere einen Drucksensor und/ oder einen Temperatursensor aufweist.

19. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest einen mit der Elektronik (15) verbundenen Aktor, insbesondere ein Ventil, einen Motor und/ oder eine Pumpe aufweist.

20. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (17) oder die Kommunikationseinheit (17, 19) in einem Abstand zwischen 15 cm und 20 cm vor dem Rand des Endes/ der Enden (13, 14) des Gestängerohrs (11) angeordnet ist/ sind.

21. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (17) oder die Kommunikationseinheit (17, 19) für eine Nahfeldkommunikation derart eingerichtet ist/ sind, dass ihre Senderreichweite(n) weniger als 1m, insbesondere zwischen 30 und 50cm beträgt/ betragen.

22. Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) nach einem der vorherigen Ansprüche 7 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitung (21, 22) ein- oder mehrpaarig ist.

23. Bohrstrang zur Durchführung von Erdbohrungen, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem ersten Bohrgestänge (8, 80) nach einem der Ansprüche 8 bis 22 und zumindest einem zweiten Bohrgestänge (3, 4, 5, 6, 9, 10) nach einem der Ansprüche 7 bis 22 besteht.

Claims

1. Communication system for transmitting information via drilling rod linkages (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) of a drilling string for earth drillings, comprising a first drilling rod linkage (8, 80), one or more second drilling rod linkages (3, 4, 5, 6, 9, 10) and a drill drive (7), wherein the first drilling rod linkage (8, 80) and the second drilling rod linkage or linkages (3, 4, 5, 6, 9, 10) is/are formed in each case from a hollow-cylindrical drill pipe (11) having at least one line (21, 22) extending in the axial direction and having an upper end (13) and a lower end (14), the lower end (14) of the first drilling rod linkage (8, 80) has a receptacle for a drill head, each of the second drilling rod linkages (3, 4, 5, 6, 9, 10) is connected in a rotationally fixed manner with its lower end (14) to the upper end (13) of the first drilling rod linkage (8, 80) or of another second drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 9, 10) and is connected in a rotationally fixed manner with its upper end (13) to the lower end (14) of a further second drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 9, 10) or to the drill drive (7), wherein the communication system furthermore comprises:

- sensors (81) and/or actuators (81) from which or to which measurement, parameterizing, status and/or control data are to be transmitted and which are arranged at the lower end (14) of the first drilling rod linkage (8, 80) and/or at the drill head,

- a first communication unit (72) and an electronics unit (73) at the drive end, both of which are arranged at or in the drill drive (7) and are connected to one another,

- a surface computer (100, 101) for monitoring the earth drilling, which is communicatively connected to the electronics unit (73) at the drive end and receives or provides the data of the sensors (81) and/or actuators (81),

- further communication units (17, 19), at least one of which is arranged at the upper end (13) of the first drilling rod linkage (8, 80) and at least in each case one is arranged at the two ends (13, 14) of the second drilling rod linkage or linkages (3, 4, 5, 6, 9, 10),

- at least one electronics unit (15) with a microcontroller in each case in the drilling rod linkages (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80), and

- at least one power supply for the communication units (17, 19) and the electronics unit (15) in each case in the drilling rod linkages (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80),

wherein the sensors (81) and/or actuators (81) and the communication unit (17) of the first drilling rod linkage (8, 80) are connected to one another via its electrical line (21, 22) and the electronics unit (15) of the first drilling rod linkage (8, 80) is located between the sensors (81) and/or actuators (81) and the communication unit (17) of the first drilling rod linkage (8, 80) with respect to data, and the communication units (17, 19) of each second drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 9, 10) are connected to one another via its electrical line (21, 22), wherein the electronics unit (15) of the respective second drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 9, 10) is located between the communication units (17, 19) with respect to data, and wherein the communication units (17, 19, 72) are radio modules and each of the communication units (17, 19, 72) is arranged for transmitting the data to the immediately adjacent communication unit (17, 19) of the next drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) or of the drill drive (7) and/or for receiving data from this unit, characterized in that an unambiguous identifier is allocated to each drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) via which it is identifiable and which is stored in the electronics unit (15) and/or in one or more of the communication units (17, 19) and can be queried by the communication unit (72) at the drive end.

2. Communication system as claimed in claim 1, characterized in that each drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) forms a node in an ad-hoc network.

3. Communication system as claimed in one of the preceding claims,
characterized in that each drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) has an RFID transponder in which the identifier is stored.

4. Communication system as claimed in claim 3, characterized in that the drill drive (7) has a proximity sensor with an RFID reader which is connected to the electronics unit (73) at the drive end and is arranged, on approaching a drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80), for activating its RFID transponder for sending out the identifier.

5. Communication system as claimed in claim 3 or 4, characterized in that the RFID transponder is an active RFID transponder which is connected to the power supply and is arranged for switching on the power supply when it receives an activation signal.

6. Communication system as claimed in one of the preceding claims,
characterized in that the communication units (17, 19) are arranged for transmitting the data by WLAN.

7. Drilling rod linkage (3, 4, 5, 6 ,9, 10) for a drilling string for earth drillings for establishing a communication system as claimed in one of claims 1 to 6, having a hollow-cylindrical drill pipe (11) which has an upper end (13) and a lower end (14) and has at least one electrical line (21, 22) located between the upper and the lower end (13, 14), which is conducted to the two ends (13, 14), wherein the lower end (14) can be connected in a rotationally fixed manner to the upper end (13) of another drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) and the upper end (13) can be connected in a rotationally fixed manner to the lower end (14) of another drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 9, 10) or to a drill drive (7), wherein at both ends (13, 14), at least one communication unit (17, 19) is arranged, at least one electronics unit (15) with a microcontroller and at least one power supply for the communication units (17, 19) and the electronics unit (15) are present, wherein the communication units (17, 19) are connected to one another via the electrical line (21, 22) and the electronics unit (15) is located between the communication units with respect to data, and the communication units (17, 19) are radio modules, wherein each of the communication units (17, 19) is arranged for transmitting data to an immediately adjacent communication device (17, 19) of the next drilling string (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) or of the drill drive (7) and/or for receiving data from this device characterized in that an unambiguous identifier is allocated to the drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) via which it is identifiable and which is stored in the electronics unit (15) and/or in one or more of the communication units (17, 19) and can be queried by the communication unit (72) at the drive end.

8. Drilling rod linkage (8, 80) for a drilling string for earth drillings for establishing a communication system as claimed in one of claims 1 to 8, having a hollow-cylindrical drill pipe (11) which has an upper end (13) and a lower end (14), and having at least one electrical line (21, 22) located between the upper and the lower end (13, 14) which is conducted to the two ends (13, 14), wherein the lower end (14) has a receptacle for a drill head and the upper end (13) can be connected in a rotationally fixed manner to the lower end (14) of another drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 9, 10) or to a drill drive (7), wherein sensors (81) and/or actuators (81), from which or to which data can be transmitted, are arranged at the lower end (14) and a communication unit (17) is arranged at the upper end (13), at least one electronics unit (15) having a microcontroller and at least one power supply for the communication units (17, 19) and the electronics unit (15) are present, wherein the communication unit (17) and the sensors (81) and/or actuators (81) are connected to one another via the electrical line (21, 22) and the electronics unit (15) is located between the sensors (81) and/or actuators (81) and the communication unit (17) with respect to data, and the communication unit (17) is a radio module, wherein the communication unit (17) is arranged for transmitting data to an immediately adjacent communication device (19) of the next drilling string (3, 4, 5, 6, 9, 10) or of the drill drive (7) and/or for receiving data from this device,
characterized in that an unambiguous identifier is allocated to the drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) via which it is identifiable and which is stored in the electronics unit (15) and/or in one or more of the communication units (17, 19) and can be queried by the communication unit (72) at the drive end.

9. Drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) as claimed in claim 7 or 8,
characterized in that the communication units (17, 19) are combined transceivers.

10. Drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) as claimed in one of the preceding claims 7 to 9, characterized in that an inclination sensor (16) for detecting the attitude of the drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) is arranged in the drill pipe (11).

11. Drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) as claimed in one of the preceding claims 7 to 10, characterized in that the power supply is attached removably at or in the drill pipe (11), particularly pluggably.

12. Drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) as claimed in one of the preceding claims 7 to 11, characterized in that the drill pipe (11) has at least one recess, especially a pocket-shaped recess, for the protected accommodation of the power supply, the electronics unit (15) and/or one of the communication units (17, 19).

13. Drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) as claimed in claim 12,
characterized in that plug-in contacts are located in the recess for establishing electrical plug-in contact with the power supply, the electronics unit (15) and/or one of the communication units (17, 19).

14. Drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) as claimed in one of the preceding claims 7 to 13, characterized in that it has one electronics unit (15) for each communication unit (17, 19), wherein communication unit (17, 19) and electronics unit (15) form one unit constructionally.

15. Drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) as claimed in one of the preceding claims 7 to 14, characterized in that the communication unit (17) or the communication units (17, 19) has/have a housing by means of which it/they is/are mounted on the outside of the drill pipe (11).

16. Drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) as claimed in claim 15,
characterized in that the housing or housings has/have an opening, closed by a non-metallic material, which is oriented in the direction of the outer edge of the end (13, 14) at which the corresponding communication unit (17, 19) is arranged.

17. Drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) as claimed in one of the preceding claims 12 to 26, characterized in that the recess has an opening closed by a non-metallic material, which is oriented in the direction of the outer edge of the end (13, 14) at which the corresponding communication unit (17, 19) is arranged.

18. Drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) as claimed in one of the preceding claims 7 to 17, characterized in that it has at least one sensor connected to the electronics unit (15), especially a pressure sensor and/or a temperature sensor.

19. Drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) as claimed in one of the preceding claims 9 to 18, characterized in that it has at least one actuator connected to the electronics unit (15), especially a valve, a motor and/or a pump.

20. Drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) as claimed in one of the preceding claims 7 to 19, characterized in that the communication unit (17) or the communication unit (17, 19) is/are arranged at a distance of between 15 cm and 20 cm before the edge of the end/the ends (13, 14) of the drill pipe (11).

21. Drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) as claimed in one of the preceding claims 7 to 20, characterized in that the communication unit (17) or the communication unit (17, 19) is/are arranged for near-field communication in such a manner that its transmitter range(s) is/are less than 1 m, particularly between 30 and 50 cm.

22. Drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) as claimed in one of the preceding claims 7 to 21, characterized in that the electrical line (21, 22) is single- or multi-paired.

23. Drilling string for performing earth drillings, characterized in that it consists of a first drilling rod linkage (8, 80) as claimed in one of claims 8 to 22 and at least one second drilling rod linkage (3, 4, 5, 6, 9, 10) as claimed in one of claims 7 to 22.

Revendications

1. Système de communication pour la transmission d'informations par l'intermédiaire de liaisons de tige de forage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) d'un train de tiges de forage pour des forages en terre, comprenant une première liaison de tige de forage (8, 80), une ou plusieurs deuxièmes liaisons de tige de forage (3, 4, 5, 6, 9, 10) et un entraînement de foreuse (7), dans laquelle la première liaison de tige de forage (8, 80) et la ou les deuxièmes liaisons de tige de forage (3, 4, 5, 6, 9, 10) sont formées dans chaque cas à partir d'un tube de forage cylindrique creux (11) ayant au moins une ligne (21, 22) s'étendant dans la direction axiale et ayant une extrémité supérieure (13) et une extrémité inférieure (14), l'extrémité inférieure (14) de la première tringlerie de tige de forage (8, 80) comporte un réceptacle pour une tête de forage, chacune des deuxièmes tringleries de tige de forage (3, 4, 5, 6, 9, 10) est reliée de manière fixe en rotation avec son extrémité inférieure (14) à l'extrémité supérieure (13) de la première tringlerie de tige de forage (8), 80) ou d'une autre seconde tringlerie de tige de forage (3, 4, 5, 6, 9, 10) et est reliée de manière fixe en rotation avec son extrémité supérieure (13) à l'extrémité inférieure (14) d'une autre seconde tringlerie de tige de forage (3, 4, 5, 6, 9, 10) ou à l'entraînement de forage (7), dans lequel le système de communication comprend en outre :

- des capteurs (81) et/ou actionneurs (81) à partir desquels ou auxquels des données de mesure, de paramétrage, d'état et/ou de commande doivent être transmises et qui sont disposés à l'extrémité inférieure (14) de la première bielle de perçage (8, 80) et/ou à la tête de perçage,

- une première unité de communication (72) et une unité électronique (73) à l'extrémité d'entraînement, qui sont toutes deux disposées sur ou dans l'entraînement de perçage (7) et sont reliées l'une à l'autre,

- un ordinateur de surface (100, 101) pour surveiller le forage de la terre, qui est relié de manière communicative à l'unité électronique (73) du côté entraînement et reçoit ou fournit les données des capteurs (81) et/ou des actionneurs (81),

- d'autres unités de communication (17, 19), dont au moins l'une est disposée à l'extrémité supérieure (13) de la première bielle de perçage (8, 80) et au moins l'une est disposée aux deux extrémités (13, 14) de la deuxième bielle de perçage (3, 4, 5, 6, 9, 10),

- au moins une unité électronique (15) avec un microcontrôleur dans les tringleries des tiges de forage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80), et

- au moins une alimentation pour les unités de communication (17, 19) et l'unité électronique (15) dans les tiges de forage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80), dans laquelle les capteurs (81) et/ou actionneurs (81) et l'unité de communication (17) de la première liaison de tige de forage (8, 80) sont reliés entre eux par sa ligne électrique (21, 22) et l'unité électronique (15) de la première liaison de tige de forage (8, 80) est située entre les capteurs (81) et/ou actionneurs (81) et l'unité de communication (17) de la première liaison de tige de forage (8), 80) en ce qui concerne les données, et les unités de communication (17, 19) de chaque seconde tige de forage (3, 4, 5, 6, 9, 10) sont reliées entre elles par sa ligne électrique (21, 22), l'unité électronique (15) de la seconde tringlerie de perçage respective (3, 4, 5, 6, 9, 10) étant située entre les unités de communication (17), 19) en ce qui concerne les données, et dans lequel les unités de communication (17, 19, 72) sont des modules radio et chacune des unités de communication (17, 19, 72) est agencée pour transmettre les données à l'unité de communication immédiatement adjacente (17, 19) de la liaison de tige de forage suivante (3, 4, 5, 6, 6, 8, 9, 10, 80) ou de l'entraînement de forage (7) et/ou pour recevoir des données de cette unité,
caractérisé en ce qu'un identificateur univoque est attribué à chaque liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) par laquelle il est identifiable et qui est stocké dans l'unité électronique (15) et/ou dans une ou plusieurs des unités de communication (17, 19) et peut être interrogé par l'unité de communication (72) à l'extrémité d'entraînement.

2. Système de communication selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) forme un noeud dans un réseau ad hoc.

3. Système de communication tel que revendiqué dans l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6, 6, 8, 9, 10, 80) possède un transpondeur RFID dans lequel l'identificateur est stocké.

4. Système de communication selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'entraînement de perçage (7) comporte un capteur de proximité avec un lecteur RFID qui est relié à l'unité électronique (73) du côté de l'entraînement et qui est disposé, à l'approche d'une tringlerie de perçage (3, 4, 5, 6, 8, 8, 9, 10, 80), pour activer son transpondeur RFID pour l'envoi de l'identifiant.

5. Système de communication selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le transpondeur RFID est un transpondeur RFID actif qui est connecté à l'alimentation électrique et est agencé pour mettre en marche l'alimentation électrique lorsqu'il reçoit un signal d'activation.

6. Système de communication tel que revendiqué dans l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les unités de communication (17, 19) sont agencées pour transmettre les données par WLAN.

7. Liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6 ,9, 10) pour un train de tiges de forage pour des forages de terre pour établir un système de communication selon l'une des revendications 1 à 6, comportant un tube de forage cylindrique creux (11) qui présente une extrémité supérieure (13) et une extrémité inférieure (14) et au moins une ligne électrique (21), 22) situé entre l'extrémité supérieure et l'extrémité inférieure (13, 14), qui est conduit aux deux extrémités (13, 14), dans lequel l'extrémité inférieure (14) peut être reliée de manière fixe en rotation à l'extrémité supérieure (13) d'une autre tringlerie de tige de forage (3), 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) et l'extrémité supérieure (13) peuvent être reliées de manière fixe en rotation à l'extrémité inférieure (14) d'une autre bielle de perçage (3, 4, 5, 6, 9, 10) ou à un entraînement de perçage (7), au moins une unité de communication (17, 19) étant disposée aux deux extrémités (13, 14), au moins une unité électronique (15) avec un microcontrôleur et au moins une alimentation pour les unités de communication (17), 19) et l'unité électronique (15) sont présents, dans lequel les unités de communication (17, 19) sont reliées entre elles par la ligne électrique (21, 22) et l'unité électronique (15) est située entre les unités de communication en ce qui concerne les données, et les unités de communication (17, 19) sont des modules radio, dans lequel chacune des unités de communication (17, 19) est agencée pour transmettre des données à un dispositif de communication (17) immédiatement adjacent, 19) du train de tiges de forage suivant (3, 4, 5, 6, 6, 8, 9, 10, 80) ou de l'entraînement de forage (7) et/ou pour recevoir des données de ce dispositif, caractérisé en ce qu'un identificateur non ambigu est attribué à la liaison de tiges de forage (3, 4, 5, 6, 6, 8, 9, 10, 80) par laquelle il est identifiable et qui est stocké dans l'unité électronique (15) et/ou dans une ou plusieurs des unités de communication (17, 19) et peut être interrogé par l'unité de communication (72) à l'extrémité d'entraînement.

8. Liaison de tige de forage (8, 80) pour un train de tiges de forage pour des forages de terre pour établir un système de communication selon l'une des revendications 1 à 8, ayant un tube de forage cylindrique creux (11) qui a une extrémité supérieure (13) et une extrémité inférieure (14), et ayant au moins une ligne électrique (21, 22) située entre l'extrémité supérieure et l'extrémité inférieure (13, 14) qui est conduite aux deux extrémités (13, 14), dans laquelle l'extrémité inférieure (14) comporte un réceptacle pour une tête de forage et l'extrémité supérieure (13) peut être reliée de manière fixe en rotation à l'extrémité inférieure (14) d'une autre tringlerie de tige de forage (3, 4, 5, 6, 9, 10) ou à un entraînement de forage (7), des capteurs (81) et/ou des actionneurs (81), à partir de laquelle ou à laquelle des données peuvent être transmises, sont disposées à l'extrémité inférieure (14) et une unité de communication (17) est disposée à l'extrémité supérieure (13), au moins une unité électronique (15) comportant un microcontrôleur et au moins une alimentation pour les unités de communication (17, 19) et l'unité électronique (15) sont présents, dans laquelle l'unité de communication (17) et les capteurs (81) et/ou actionneurs (81) sont reliés entre eux par la ligne électrique (21, 22) et l'unité électronique (15) est située entre les capteurs (81) et/ou actionneurs (81) et l'unité de communication (17) en ce qui concerne les données, et l'unité de communication (17) est un module radio, dans lequel l'unité de communication (17) est disposée pour transmettre des données à un dispositif de communication (19) immédiatement adjacent du train de forage suivant (3), 4, 5, 6, 9, 10) ou de l'entraînement de perçage (7) et/ou pour recevoir des données de ce dispositif, caractérisé en ce qu'un identificateur univoque est attribué à la liaison de perçage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) par laquelle elle est identifiable et qui est stockée dans l'unité électronique (15) et/ou dans une ou plusieurs des unités de communication (17, 19) et peut être interrogée par l'unité de communication (72) à l'extrémité d'entraînement.

9. Liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6, 6, 8, 9, 10, 80) selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que les unités de communication (17, 19) sont des émetteurs-récepteurs combinés.

10. Liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 80) selon l'une des revendications précédentes 7 à 9, caractérisée en ce qu'un capteur d'inclinaison (16) pour détecter l'attitude de la liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6, 6, 8, 8, 9, 10, 80) est disposé dans le tube de forage (11).

11. Liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6, 6, 8, 9, 10, 80) telle que revendiquée dans l'une des revendications précédentes 7 à 10, caractérisée en ce que l'alimentation électrique est fixée de manière amovible sur ou dans la tige de forage (11), en particulier de manière enfichable.

12. Liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6, 6, 8, 9, 10, 80) selon l'une des revendications précédentes 7 à 11, caractérisée en ce que la tige de perçage (11) présente au moins un évidement, en particulier un évidement en forme de poche, pour le logement protégé de l'alimentation électrique, de l'unité électronique (15) et/ou de l'une des unités de communication (17, 19).

13. Liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6, 6, 8, 9, 10, 80) selon la revendication 12, caractérisée en ce que des contacts enfichables sont situés dans l'évidement pour établir une fiche électrique en contact avec l'alimentation, l'unité électronique (15) et/ou l'une des unités de communication (17, 19).

14. Liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6, 6, 8, 9, 10, 80) selon l'une des revendications précédentes 7 à 13, caractérisée en ce qu'elle comporte une unité électronique (15) pour chaque unité de communication (17, 19), dans laquelle l'unité de communication (17, 19) et l'unité électronique (15) forment une unité de construction.

15. Liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6, 6, 8, 9, 10, 80) telle que revendiquée dans l'une des revendications précédentes 7 à 14, caractérisée en ce que l'unité de communication (17) ou les unités de communication (17, 19) a/ont un boîtier au moyen duquel elle/ils sont montés à l'extérieur de la tige de forage (11).

16. Liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6, 6, 8, 9, 10, 80) selon la revendication 15, caractérisée en ce que le ou les boîtiers ont une ouverture, fermée par un matériau non métallique, qui est orientée dans la direction du bord extérieur de l'extrémité (13, 14) à laquelle est disposée l'unité de communication correspondante (17, 19).

17. Liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6, 6, 8, 9, 10, 80) selon l'une des revendications précédentes 12 à 26, caractérisée en ce que l'évidement présente une ouverture fermée par un matériau non métallique, qui est orienté dans la direction du bord extérieur de l'extrémité (13, 14) à laquelle est disposée l'unité de communication correspondante (17, 19).

18. Liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6, 6, 8, 9, 10, 80) selon l'une des revendications précédentes 7 à 17, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un capteur relié à l'unité électronique (15), en particulier un capteur de pression et/ou un capteur de température.

19. Liaison de tige de perçage (3, 4, 5, 6, 6, 8, 9, 10, 80) selon l'une des revendications précédentes 9 à 18, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un actionneur relié à l'unité électronique (15), en particulier une vanne, un moteur et/ou une pompe.

20. Liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6, 6, 8, 9, 10, 80) selon l'une des revendications précédentes 7 à 19, caractérisée en ce que l'unité de communication (17) ou l'unité de communication (17, 19) est disposée à une distance comprise entre 15 cm et 20 cm avant le bord de l'extrémité/les extrémités (13, 14) du tube de forage (11).

21. Liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6, 6, 8, 9, 10, 80) telle que revendiquée dans l'une des revendications précédentes 7 à 20, caractérisée en ce que l'unité de communication (17) ou l'unité de communication (17, 19) est agencée pour une communication en champ proche de telle manière que sa (ses) portée(s) d'émission est (sont) inférieure à 1 m, en particulier entre 30 et 50 cm.

22. Liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6, 6, 8, 9, 10, 80) selon l'une des revendications précédentes (7 à 21), caractérisée en ce que la ligne électrique (21, 22) est à une ou plusieurs paires.

23. Tige de forage pour effectuer des forages de terre, caractérisée en ce qu'elle consiste en une première liaison de tige de forage (8, 80) telle que revendiquée dans l'une des revendications 8 à 22 et au moins une seconde liaison de tige de forage (3, 4, 5, 6, 9, 10) telle que revendiquée dans l'une des revendications 7 à 22.

Zeichnung