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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberDE19745947 B4
Publication typeGrant
Application numberDE1997145947
Publication date11 Dec 2008
Filing date17 Oct 1997
Priority date17 Oct 1996
Also published asDE19745947A1
Publication number1997145947, 97145947, DE 19745947 B4, DE 19745947B4, DE-B4-19745947, DE19745947 B4, DE19745947B4, DE1997145947, DE97145947
InventorsPierre E. Kingwood Collee, John W. Spring Harrell, Michael H. Flower Mound Johnson, Luc Van Kingwood Puymbroeck
ApplicantBaker-Hughes Inc., Houston
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: DPMA, Espacenet
Vorrichtung und Verfahren zum Bohren von Erdformationen Apparatus and method for drilling earth formations translated from German
DE 19745947 B4
Abstract  translated from German
Vorrichtung zum Bohren von Erdformationen, mit einem eine Längsbohrung begrenzenden Bohrkörper, der an seinem oberen Ende mit einem Bohrstrang verbindbar und an seinem unteren Ende mit einer Kernbohrkrone versehen ist, und einer Instrumentenausrüstung, mittels welcher Bohrlochdaten gleichzeitig mit dem Erbohren eines Kerns aufnehmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass von der Instrumentenausrüstung zumindest ein Bereich innerhalb des Rohrkörpers zwischen dessen Außenseite und der Längsbohrung angeordnet ist und von der Instrumentenausrüstung als Bohrlochdaten Erdformationsparameter aufnehmbar sind und die Instrumentenausrüstung wenigstens einen Sensor aufweist zum Erfassen von zumindest einem Formationsmerkmal aus der Gruppe der Merkmale Bohrlochtemperatur, Bohrlochdruck, Formationswiderstand, Formationsgammastrahlung, nukleare Magnetresonanz, Dichte und Porösität. Apparatus for drilling earth formations, comprising a longitudinal bore defining drill body, which is connectable and provided at its upper end to a drill string at its lower end with a coring bit, and a instrumentation, by means of which log data can be received with the Erbohren a core simultaneously characterized in that on the instrumentation, at least one region within the tubular body between the outer side and the longitudinal bore is disposed and the instrumentation earth formation being receivable as wellbore data, and the instrumentation a sensor comprises at least for detecting at least one formation characteristic from the group of characteristics downhole temperature, downhole pressure , formation resistivity, formation of gamma radiation, nuclear magnetic resonance, density and porosity.
Claims(18)  translated from German
  1. Vorrichtung zum Bohren von Erdformationen, mit einem eine Längsbohrung begrenzenden Bohrkörper, der an seinem oberen Ende mit einem Bohrstrang verbindbar und an seinem unteren Ende mit einer Kernbohrkrone versehen ist, und einer Instrumentenausrüstung, mittels welcher Bohrlochdaten gleichzeitig mit dem Erbohren eines Kerns aufnehmbar sind, dadurch gekennzeichnet , dass von der Instrumentenausrüstung zumindest ein Bereich innerhalb des Rohrkörpers zwischen dessen Außenseite und der Längsbohrung angeordnet ist und von der Instrumentenausrüstung als Bohrlochdaten Erdformationsparameter aufnehmbar sind und die Instrumentenausrüstung wenigstens einen Sensor aufweist zum Erfassen von zumindest einem Formationsmerkmal aus der Gruppe der Merkmale Bohrlochtemperatur, Bohrlochdruck, Formationswiderstand, Formationsgammastrahlung, nukleare Magnetresonanz, Dichte und Porösität. Apparatus for drilling earth formations, comprising a longitudinal bore defining drill body, which is connectable and provided at its upper end to a drill string at its lower end with a coring bit, and a instrumentation, by means of which log data can be received with the Erbohren a core simultaneously characterized in that on the instrumentation, at least one region within the tubular body between the outer side and the longitudinal bore is disposed and the instrumentation earth formation being receivable as wellbore data, and the instrumentation a sensor comprises at least for detecting at least one formation characteristic from the group of characteristics downhole temperature, downhole pressure , formation resistivity, formation of gamma radiation, nuclear magnetic resonance, density and porosity.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bereich der Instrumentenausrüstung nahe der Bohrkrone angeordnet ist. Apparatus according to claim 1, characterized in that at least a portion of the instrumentation is placed near the drill bit.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Instrumentenausrüstung im Wesentlichen gleichzeitig zumindest ein Formationsdatenparameter von einem Kernsegment und zumindest ein Formationsdatenparameter von einer Formation außerhalb des Rohrkörpers aufnehmbar ist. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that at least one formation data parameter from a core segment and at least one formation data parameter of a formation outside of the tubular body is simultaneously receivable by means of the instrumentation substantially.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Formationsdatenparameter von einem Kernsegment und ein Formationsdatenparameter von einer Formation außerhalb des Rohrkörpers gleichartig sind. Apparatus according to claim 3, characterized in that at least one formation data parameter from a core segment and a formation data parameters of a formation outside of the tubular body are similar.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Längsbohrung eine aufholbare Innenrohreinheit anbringbar ist, deren unterer Bereich eine Aufnahme für einen von der Kernbohrkrone erbohrten Kern aufweist. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that within the longitudinal bore of a liftable inner tube assembly can be attached, the lower portion has a receptacle for a drilled by the core bit core.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Sender zur Übertragung von Daten an eine von der Instrumentenausrüstung entfernt liegende Stelle. Device according to one of claims 1 to 5, characterized by a transmitter for transmitting data to a remote from the instrumentation site.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender oberhalb des unteren Bereichs der Innenrohreinheit angeordnet ist. Apparatus according to claim 6, characterized in that the transmitter is arranged above the lower portion of the inner tube assembly.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender einen Teil der Innenrohreinheit bildet. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the transmitter forms a part of the inner tube assembly.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender aus einer einen Bohrspülimpulsgeber, einen akustischen Sender und einen elektromagnetischen Sender umfassenden Gruppe ausgewählt ist. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the transmitter of a one Bohrspülimpulsgeber, an acoustic transmitter and an electromagnetic transmitter is selected comprehensive group.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Instrumentenausrüstung eine Richtungsinstrumentierung umfasst, mittels der Daten bezüglich der Position und Ausrichtung der Vorrichtung aufnehmbar sind. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the instrumentation comprises instrumentation a direction, by means of the data relating to the position and orientation of the device can be accommodated.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Instrumentenausrüstung und der untere Bereich der Innenrohreinheit eine zusammenwirkende Gestaltung zur Bereitstellung von Ausrichtungsdaten für den aufgenommenen Kern aufweisen. Device according to one of claims 5 to 10, characterized in that the instrumentation and the lower portion of the inner pipe unit having a cooperating formation to provide orientation data for the absorbed core.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen maschinenlesbaren Speicher zum Speichern von Bohrlochdaten in der Vorrichtung. Device according to one of claims 1 to 11, characterized by a machine-readable memory for storing log data in the apparatus.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen vorrichtungsseitig oberhalb des Rohrkörpers angeordneten Empfänger zum Empfang der vom Sender übertragenen Daten und einen mit dem Empfänger verbundenen zweiten Sender zur Rückübertragung der Daten an die Erdoberfläche. Apparatus according to claim 7, characterized by a device side above the pipe body located receiver for receiving the transmitted data from the transmitter and a second transmitter connected to the receiver for the return transfer of the data to the surface.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Instrumentenausrüstung zumindest eine Sensoreinrichtung zur Ermittlung eines Parameters umfasst, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Emissionen von Formationsgammastrahlen, Formationswiderstand, nukleare magnetische Resonanz, Druck und Temperatur. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the instrumentation comprises at least one sensor device for determining a parameter selected from the following group: Emissions from formation gamma ray, formation resistivity, nuclear magnetic resonance, pressure and temperature.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine Instrumentierung an der Erdoberfläche zur Bohrdatenaufnahme, einen Sender nahe dem Rohrkörper zum Übertragen von Daten von der Instrumentenausrüstung an die Erdoberfläche, einen Empfänger an der Erdoberfläche zum Aufnehmen der Daten vom Sender und einen Computer zum Verarbeiten der empfangenen Daten und von Daten der Oberflächeninstrumentierung. Device according to one of claims 1 to 14, characterized by an instrumentation at the surface to Bohrdatenaufnahme, a transmitter close to the tubular body for transmitting data from the instrumentation to the surface, a receiver at the earth surface for receiving the data from the transmitter and a computer to processing the received data and data of the surface instrumentation.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender oberhalb des Rohrkörpers angeordnet ist. Device according to one of claims 7 to 9 or 13, characterized in that the transmitter is arranged above the tubular body.
  17. Verfahren zum Bohren einer Erdformation, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Bohrlochabschnitt in die Erdformation mit einem Bohrstrang gebohrt wird und gleichzeitig Bohrlochdaten aufgenommen werden, ohne den Bohrstrang aus dem Bohrloch zu entfernen, und dass ein zweiter Bohrlochabschnitt, der von einem Endpunkt des ersten Abschnitts ausgeht, kernbildend gebohrt wird, während gleichzeitig Bohrlochdaten aufgenommen werden. A method of drilling an earth formation, characterized in that a first borehole section is drilled into the earth formation with a drill string and at the same downhole data is recorded without removing the drill string from the borehole, and that a second hole portion extending from an end point of the first section is drilled core-forming, while at the same downhole data is recorded.
  18. Verfahren zum Bohren einer Erdformation, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bohrlochabschnitt in die Erdformation gebohrt wird, während gleichzeitig eine Formatinskernprobe entlang einer Längsachse des Abschnitts von dessen vorauslaufendem Ende erbohrt wird und gleichzeitig zumindest ein Bohrlochparameter von einer Stelle aufgenommen wird, die unmittelbar einer Stelle benachbart ist, an der die Kernprobe von der Formation getrennt wird. A method of drilling an earth formation, characterized in that a borehole section is drilled into the earth formation while at the same time a Formatinskernprobe along a longitudinal axis of the section is drilled from its expected running end and at the same time at least one downhole parameter is taken from a location that is immediately adjacent to a site at which the core sample is separated from the formation.
Description  translated from German
  • [0001] [0001]
    Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bohren von Erdformationen in einer Ausgestaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf Verfahren zum Bohren von Erdformationen. The invention relates to a device for drilling of earth formations in a configuration according to the preamble of claim 1 and to methods for drilling earth formations.
  • [0002] [0002]
    Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Kombinationssystem des Kernbohrens und des normalen Rohrens mittels einer unter Verwendung eines Seilstranges aus dem Bohrstrang herausziehbaren Kernbohrinnenrohreinheit und einer Verschlußeinheit zum Vorwärtsbohren, wobei letztere wahlweise mit Meßeinrichtungen zur Bewertung von Bohrlochparametern ausgestattet ist. In particular, the invention relates to a combination system of core drilling and normal Rohrens means of using a rope strand of the drill string extractable Kernbohrinnenrohreinheit and a shutter unit for forward drilling, the latter being optionally equipped with measuring devices for measurement of downhole parameters. Speziell bietet das System die Möglichkeit, gleichzeitig eine Formation, in der eine Kernbohrung ausgeführt wird, wie auch die aus der Formation erbohrte Kernprobe datenmäßig zu erfassen. Specifically, the system provides the possibility of simultaneously a formation in which a core bore is executed as well as the drilled core sample from the formation to collect data moderately.
  • [0003] [0003]
    Das Kernbohren mit einem Seilstrang ist seit vielen Jahren bekannt. The core drilling using a wire line is known since many years. Das Grundkonzept besteht hierbei darin, ein Kernrohr mit einer Außenrohreinheit zu verwenden, die am Ende des Bohrstrangs angeordnet ist und an ihrem unteren Ende eine Kernbohrkrone aufweist. The basic concept here is to use a core tube with an outer tube unit, which is arranged at the end of the drill string and having at its lower end, a coring bit. Eine Innenrohreinheit zur Aufnahme eines von der Kernbohrkrone erbohrten Kerns ist lösbar in der Außenrohreinheit verriegelt. An inner tube assembly for receiving a drilled from the coring bit core is releasably locked in the outer tube unit. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine Plazierung der Innenrohreinheit in der Außenrohreinheit mittels eines Seilstranges, mittels der Schwerkraft oder einer hydraulischen Strömung und ihre Rückgewinnung aus der Außenrohreinheit mittels des Seilstranges. This configuration allows placement of the inner tube assembly into the outer tube assembly by means of a rope strand by gravity or a hydraulic flow and its recovery from the outer tube unit by means of the cable harness. Beispiele solcher Seilstrang-Kernbohrsysteme sind in den Schriften Examples of such wire line coring systems are in the writings US 3 127 943 US 3,127,943 und and US 5 020 612 US 5,020,612 beschrieben. described.
  • [0004] [0004]
    Ein Problem bei zahlreichen vorbekannten Systemen ist die Notwendigkeit, daß ein spezieller Bohrstrang mit einem vergrößerten Durchmesser verwendet werden muß, um das Einlassen und Zurückholen der Innenrohreinheit zu ermöglichen, die zum Erbohren verhältnismäßig großer Kerne über 5 cm (2'') Durchmesser verwendet wird. A problem with many prior art systems is the need for a special drill string has to be used with an increased diameter in order to allow the admission and retrieve the inner tube assembly, which is used to Erbohren relatively large cores on 5 cm (2 '') diameter.
  • [0005] [0005]
    Obschon Kernbohrsysteme, die kleine bzw. schlanke Kerne von etwa 4,5 cm (1 3/4'') Durchmesser oder weniger erbohren, bekannt sind, versteht sich, daß solche Kerne sehr zerbrechlich sind, so daß die herkömmlichen Kernbohrsysteme in der Länge auf solche Kerne begrenzt sind, die vernünftigerweise, ohne zu zerbrechen, gebohrt werden können. Although coring, the small and slender nuclei of about 4.5 cm (1 3/4 ") in diameter or less erbohren are known, understood that such nuclei are very fragile, so that the conventional coring in length to Such cores are limited, without breaking can be drilled reasonably. Diese Beschränkung scheint in erster Linie der Instabilität des gesamten Kernrohres zuzuschreiben zu sein, die durch seitliche und vertikale Bohrkronenbewegungen im Bohrloch, die Vibrationen erzeugen, hervorgerufen wird. This restriction appears to be attributable to the instability of the entire core tube in the first place, which is caused by lateral and vertical Bohrkronenbewegungen in the borehole, which generate vibrations. Ein Hauptphänomen, das aus solchen Bohrkronenbewegungen und -schwingungen resultiert, ist das sog. Bohrkronenschleudern, obgleich eine Vibration ohne Schleudern ebenfalls schädlich ist. A major phenomenon resulting from such Bohrkronenbewegungen and vibrations, is the so-called. Bohrkronenschleudern, although a vibration without spin is also harmful. Das Phänomen des Bohrkronenschleuderns äußert sich in Bohrkronen mit unausgeglichenen Seitenkräften der Schneidglieder, welche Kräfte dazu führen, daß die Bohrkrone im Bohrloch um einen Mittelpunkt rotiert bzw. schleudert, der von der geometrischen Mitte der Bohrkrone versetzt ist, derart, daß die Krone dazu neigt, rückwärts im Bohrloch zu schleudern. The phenomenon of Bohrkronenschleuderns expressed in bits with unbalanced lateral forces of the cutting members lead the forces that cause the drill bit in the drill hole rotates around a center or flings that is offset from the geometric center of the drill bit so that the crown tends to fling back in the hole. Es wurde beobachtet, daß das Schleuderphänomen durch das Vorhandensein von Kalibrier- bzw. Trimmschneidgliedern an bestimmten Stellen im äußeren Kalibrierbereich der Bohrkrone verstärkt wird, wobei derartige Schneidglieder auch Reibkräfte beim Bohren erzeugen. It has been observed that the spin phenomenon is enhanced by the presence of calibration or trimming cutting members at certain points in the outer gage of the drill bit, wherein such cutting members also generate frictional forces during drilling. Das Schleudern ist ein dynamisches eigenständiges Phänomen und wirkt sich in vielen Fällen im hohen Maße zerstörend auf die Schneidglieder der Bohrkrone aus. Spinning is a dynamic independent phenomenon and affects in many cases highly destructive to the cutting elements of the drill bit from. Das Schleuderphänomen erzeugt dabei eine Spiralgestalt des Bohrloches während des Rohrens, was bei Kernbohrkronen zu einem nicht-zylindrischen, spiraligen Kern führt, der noch empfindlicher gegenüber Brüchen ist und leicht im inneren Kernrohr verklemmt. The spin phenomenon generates a spiral shape of the drill hole during drilling, which results in coring bits to a non-cylindrical spiral core which is more susceptible to breakage and easily jammed in the inner core tube.
  • [0006] [0006]
    Angesichts der verhältnismäßig kleinen Freiräume zwischen dem Kern und dem Pilotschuh, dem Kernfänger und den Innenrohrkomponenten des Innenrohrs führen leichte seitliche und vertikale Bewegungen des Kernrohres leicht zu einem Bruch von Kernen mit kleinem Durchmesser mit einer daraus resultierenden Kernblockierung und Zerstörung der Kernprobe. Given the relatively small clearances between the core and the pilot shoe, the core catcher and the inner tube components of the inner tube lead slight lateral and vertical movements of the core tube easily at a fraction of nuclei with small diameter with a resultant core blocking and destruction of the core sample. Als Folge hiervon werden Kernrohre mit kleinem Durchmesser üblicherweise in ihrer Länge aufgrund der kurzen Kernproben (z. B. etwa 3 bis 4 m (10 bis 13 Fuß)), die ohne Kernbruch, -blockierung und -zerstörung erbohrt werden können, begrenzt. As a result, nuclear small-diameter pipes usually in length due to the short core samples (eg., About 3 to 4 m (10 to 13 feet)) that can be drilled without nibs, blockage and destruction is limited. Es sind Versuche unternommen worden, längere Kerne, von etwa 8 m (26 Fuß) zu schneiden, jedoch haben die verwendeten Geräte aufgrund der oben erwähnten Probleme nicht zum Erfolg geführt. Attempts have been made long cores of about 8 meters (26 feet) to cut, but the devices used have not been successful due to the above-mentioned problems.
  • [0007] [0007]
    Es ist erkannt worden, daß bestimmte Verbesserungen in der Bohrkronenausbildung, einschl., jedoch nicht ausschließlich der sog. schleuderfreien Bohrkronen mit Polykristallin-Diamant-Compakt-(PDC)-Schneidgliedern, eingeleitet durch Amoco und verbessert durch den Anmelder, auf Kernbohrkronen übertragen werden können, um die Sicherheit eines Kernbohrvorgangs und die Qualität der Kerne zu erhöhen. It has been recognized that certain improvements in the Bohrkronenausbildung including. But not limited to the so-called. Spin-free core bits with polycrystalline diamond Compakt- (PDC) -Schneidgliedern initiated by Amoco and improved by the applicant can be transferred to core drilling in order to increase the security of a coring operation and the quality of the cores. Patente, die schleuderfreie Bohrkronen beschreiben, sind beispielsweise die Patents that describe spin-free bits, for example, the US-PSen 4 982 802 U.S. Patents 4,982,802 , . 5 010 789 5010789 , . 5 042 596 5042596 , . 5 099 934 5099934 , . 5 109 935 5109935 , . 5 111 892 5111892 , . 5 119 892 5119892 , . 5 131 478 5131478 , . 5 165 494 5165494 und and 5 178 222 5178222 . , Das SPE-(Society of Petroleum Engineers)-Papier Nr. 24587 von LA Sinor ua der Amoco Production Co. mit dem Titel "Development of an Anti-Whirl-Core Bit" diskutiert Verbesserungen und mögliche Verbesserungen in den Kernbohrmöglichkeiten, die sich angenommenermaßen durch die Verwendung schleuderfreier Kernbohrkronen ergeben. The SPE (Society of Petroleum Engineers) paper no. 24587 LA Sinor, inter alia, Amoco Production Co., titled "Development of in anti-whirl core bit" discussed improvements and possible improvements in the Kernbohrmöglichkeiten which believed to be due to the use of spin-free core drilling result.
  • [0008] [0008]
    Andere Lösungsansätze zu einer Bohrkronenstabilisierung sind von Amoco ua unternommen worden. Other approaches to Bohrkronenstabilisierung have been made by Amoco, among others. Ein Vorschlag besteht darin, den Versuch zu unternehmen, eine Bohrkrone perfekt auszubalancieren, wie es in der One suggestion is to attempt perfect balance a bit, as in the US-PS 4 815 342 US-PS 4,815,342 beschrieben ist. is described. Ein weiterer Lösungsvorschlag besteht darin, die Vorsprünge auf der Bohrkronenfläche in kreisförmigen Nuten mechanisch zu verriegeln, die von den Schneidgliedern auf der Fläche geschnitten werden, wie es in der Another proposed solution is to lock the projections on the Bohrkronenfläche in circular grooves mechanically, which are cut by the cutting members on the surface, as in the US-PS 5 090 492 US-PS 5,090,492 beschrieben ist. is described.
  • [0009] [0009]
    Sämtliche der vorstehenden Entwicklungen bei der Bohrkronenstabilisierung haben sich auf einzelne Elemente des Bohrvorgangs konzentriert, entweder das Bohren eines Bohrloches mit vollem Durchmesser oder auf das Kernbohren. All of the above trends in Bohrkronenstabilisierung have focused on individual elements of the drilling operation, either the full-diameter drilling a borehole or the drilling core.
  • [0010] [0010]
    Vor einigen Jahren wurde von der Eastman Christensen Company, einem Vorgänger des Anmelders, eine Kombination eines Vollbohr- und Kernbohrsystems mit der Wahlmöglichkeit zwischen Vollbohren und Kernbohren entwickelt. Several years ago, a combination of a Vollbohr- and Kernbohrsystems was from Eastman Christensen Company, a predecessor of the applicant, developed with the choice between full drilling and core drilling. Dieses System ermöglichte wechselweise Kernbohr- und Vollbohrvorgänge, ohne den Bohrstrang zu ziehen. This system allowed alternately Coring and Vollbohrvorgänge without pulling the drill string. Bei diesem System waren sowohl die Innenrohreinheit zum Kernbohren als auch eine ersatzweise mittlere Verschlußeinheit mit einem Brechfuß und Schneidgliedern zum Umwandeln der Kernbohrkrone in einen Vollbohrmeißel über einen Seilstrang einsetzbar und aufholbar, die Innenrohreinheit konnte also wieder an die Erdoberfläche zurückbefördert werden. In this system, both the inner tube assembly for core drilling as a substitute middle shutter unit with a Brechfuß and cutters for converting the core bit in a Vollbohrmeißel a strand of rope used and aufholbar, the inner tube assembly could thus be transported back to the surface again. Dieses Kombinationssystem verwendete Kernbohrkronen mit natürlichen Diamanten und war aus mehreren Gründen nur in seltenen Fällen erfolgreich. This combination system used drilling crowns with natural diamonds and was for several reasons rarely successful. Zunächst betrug die maximale Kernlänge, die auf einmal erbohrt werden konnte, nur etwa 4 m (13 Fuß), was ein außerordentlich kurzes Intervall zur Analyse ohne mehrfache Einsätze der Innenrohreinheit bedeutete und eine Kombination mit Sonderlängen von Rohren zum Abwärtsbohren des Mitnehmergestänges zum Drehtisch wie eine Rohrverbindung erforderte. First, the maximum core length that could be drilled at a time, only about 4 m (13 feet), which meant a very short interval for analysis without multiple inserts of the inner tube assembly and a combination with special lengths of pipes for downward drilling the Mitnehmergestänges to the turntable as a Pipe connection required. Zusätzlich brachte das Aufkommen genauerer elektrischer Bohrlochmessungen und Analysetechniken zur Datenaufnahme eine Verringerung des Bedarfs für Kernanalysen. In addition, the advent of more accurate electrical well logging and analysis techniques applied to data recording a decrease in the need for core analyzes. Schließlich akzeptierte die Industrie nicht die Kerne mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser (5 cm), die das System erbrachte, das zum Einsetzen und Rückholen der Innenrohreinheit und der mittleren Verschlußeinheit Standardrohrteile erforderte. Finally, the industry did not accept the cores with relatively small diameter (5 cm), which rendered the system that required for inserting and retrieving the inner tube assembly and the central locking unit standard pipe parts.
  • [0011] [0011]
    In jüngerer Zeit hat jedoch die Entwicklung und die industrielle Akzeptanz von Loch- und Rotationskernbohrtechniken, die dazu führen, daß Kerne von etwa 2,5 cm (1 Zoll) Durchmesser aus dem Bohrloch erbohrt werden können, als auch die vermehrte Anwendung von Bohrlöchern kleinen Durchmessers für Versuchs- bzw. Forschungsbohrungen den früheren Widerstand, auf Kerne kleinen Durchmessers zurückzugreifen behoben. More recently, however, the development and the industrial acceptance of pitting and Rotationskernbohrtechniken that cause that cores of about 2.5 cm (1 inch) diameter of the borehole can be drilled, and the increased use of small diameter boreholes for experimental or research drilling the earlier resistance to resort to small diameter cores fixed. Diese Veränderungen in der industriellen Praxis haben zu einem erneuten Interesse am Kernbohren geführt, jedoch haben bislang die bekannten Kernbohrsysteme keine Möglichkeit für ein System zum Vollbohren und Kernbohren mit kleinem Durchmesser geführt, das ursprüngliche, unbeschädigte Kerne von gewünschter Länge (z. B. etwa 9 m (30 Fuß)) unter Vermeidung von Kernblockierungen schneiden kann und außerdem die Möglichkeit bietet, zwischen den Intervallen des Kernbohrens weiter vollzubohren, ohne den Bohrstrang zu ziehen. These changes in industrial practice have led to a renewed interest in core drilling, but so far the known coring systems have resulted in no way for a system for continuous drilling and core drilling small-diameter, the original, undamaged cores of desired length (eg., About 9 m (30 ft)) can cut, avoiding core blocks and also offers the possibility vollzubohren between the intervals of the core drilling continues without pulling the drill string. Außerdem bietet kein Kernbohrsystem des Standes der Technik die Leistungsmöglichkeiten und Betriebsmerkmale, wie sie mit PDC-Bohrkronen erreicht werden können. In addition, no coring system of the prior art provides the performance capabilities and operating characteristics, how they can be achieved with PDC drill bits.
  • [0012] [0012]
    Ein weiterer Nachteil der bekannten Kernbohrsysteme liegt in der Tendenz, daß das Erbohren des Kerns und die Bewertung der Bohrlochparameter als separate, nur peripher miteinander in Beziehung stehende Vorgänge anstatt miteinander verknüpfte Segmente eines Gesamtprozesses der Formationsbewertung behandelt werden. Another disadvantage of the known Coring is the tendency for the Erbohren of the core and the evaluation of borehole parameters are treated as separate, only peripherally interrelated processes instead of interrelated segments of an overall process of formation evaluation. Obschon die Although the US-PS 4 955 438 US Patent 4,955,438 der Anmelderin das Aufnehmen von Meßwerten der Bohrlochmerkmale während eines Kernbohrvorgangs und das Aufholen solcher Daten von der Kernbohrvorrichtung auf physischem Wege, durch Seilstrang oder Spülungsimpulstelemetrie, beschreibt, ist das Vorhandensein irgendeines derartigen Systems zur Verwendung bei Öl- und Gasforschungsbohrungen nicht bekannt. the notifying the recording of measured values of borehole characteristics while a coring operation and the catching of such data by the coring of physical paths through cable strand or mud pulse telemetry describes, the presence of any such a system for use in oil and gas exploration drilling is not known.
  • [0013] [0013]
    Aus der Schrift From the Scriptures GB 2 293 395 GB 2293395 ist es bekannt, einen Bohrköper so zu gestalten, dass er entweder eine Öffnung zur Aufnahme einer Kernbohrung aufweist oder in die Öff nung ein Verschluss eingesetzt ist, so dass keine Kernbohrung mehr möglich ist. it is known to design a Bohrköper so that it comprises either an opening for receiving a core hole or opening in the Publ a closure is inserted, so that no core drilling is possible. Der Verschluss ist mit Messvorrichtungen versehen, so dass bei normalen Bohrungen Messungen mit dem Bohrkörper vorgenommen werden können. The closure is provided with measuring devices so that during normal drilling measurements with the drill body can be made.
  • [0014] [0014]
    Außerdem ist aus der Schrift Furthermore, from the Scriptures DE 38 13 508 C1 DE 38 13 508 C1 bekannt, einen Bohrkörper zur Aufnahme einer Kernbohrung an seinem Ende mit einer Messvorrichtung zu versehen, um das erbohrte Material zu untersuchen. known to provide a drill body for holding a core bore at its end with a measuring device, to examine the drilled material. Der Bohrkörper ist jedoch ausschließlich für Kernbohrungen verwendbar, und die durchführbaren Messungen führen nur zu eingeschränkt nutzbaren Messergebnissen, da die Messvorrichtung an der Rückseite des Bohrkörpers angebracht ist. The drill body, however, is used only for core drilling, and the measurements can be carried out only lead to restricted-use measurement results, since the measuring device is attached to the back of the drill body.
  • [0015] [0015]
    Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Bohren von Erdformationen zu schaffen, mit der es möglich ist, gleichzeitig mit dem Erbohren eines Kerns Bohrlochdaten aufzunehmen. The invention is primarily based on the object to provide a device for drilling of earth formations with which it is possible to receive simultaneously with the Erbohren a core drill hole data.
  • [0016] [0016]
    Diese Aufgabe wird für eine gattungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 1 nach der Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved for a generic device according to claim 1 of the invention with the characterizing features of claim 1. Hinsichtlich weiterer Ausgestaltungen wird auf die Ansprüche 2 bis 16 verwiesen. With regard to further embodiments, reference is made to the claims 2 to 16.
  • [0017] [0017]
    Im Hinblick auf die gattungsgemäßen Verfahren wird die Aufgabe anhand der kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 17 und 18 gelöst. With regard to the generic method the object is achieved by means of the characterizing features of claims 17 and 18.
  • [0018] [0018]
    Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines einfachen Verfahrens zum Bohren einer Erdformation mit der Möglichkeit der Aufnahme von Bohrlochdaten und löst diese Aufgabe in Verfahrensformen gemäß den Ansprüchen 20 bis 22. The invention also aims to provide a simple method for drilling an earth formation with the possibility of inclusion of well data and solves this problem in process forms according to claims 20 to 22nd
  • [0019] [0019]
    Die Erfindung bietet die Möglichkeit abwechselnd einen Kernbohrvorgang und einen Vollbohrvorgang durchzuführen, ohne den Bohrstrang zu ziehen, wobei langgestreckte Kerne kleinen Durchmessers entnommen werden können. The invention provides the ability alternately perform a coring and Vollbohrvorgang without pulling the drill string, with elongated nuclei of small diameter can be removed. Das Kernrohr nach der Erfindung weist eine Außenrohreinheit mit einer Kernbohrkrone, vorzugsweise PDC-Kernbohrkrone, auf, die am unteren Ende der Außenrohreinheit angebracht ist. The core tube according to the invention comprises an outer tube unit having a core drill bit, preferably PDC coring bit, on which is mounted at the lower end of the outer pipe unit. Unmittelbar oberhalb der Kernbohrkrone befindet sich eine Lageranordnung für das Bohrkronenende im Kernrohr, die wechselweise das Ende einer Innenrohreinheit oder einer mittleren Verschlußeinheit aufnimmt. Immediately above the core bit is a bearing arrangement for the Bohrkronenende in the core tube, which alternately receives the end of an inner tube assembly or an average shutter unit. Eine Rastkupplung ist oben an der Innenseite der Außenrohreinheit angebracht. A quick release connector is mounted on top of the inside of the outer tube assembly. Die Innenrohreinheit weist ein Fangkupplungsglied am oberen Ende auf, darunter eine Verriegelungseinheit für einen Eingriff mit der Rastkupplung des Außenrohrs und eine Lagereinheit unter der Verriegelungseinheit zur Ermöglichung einer Drehung zwischen der Außenrohreinheit und dem Innenrohr. The inner tube assembly has a catch coupling member at the upper end, including a latch assembly for engagement with the latching clutch of the outer tube and a bearing unit of the latch assembly for enabling rotation between the outer tube and the inner tube unit. Das untere Ende der Innenrohreinheit, das mit der Bohrkronenlagereinheit in Eingriff steht, weist einen herkömmlichen Kernfänger auf. The lower end of the inner tube assembly, which is in engagement with the Bohrkronenlagereinheit, comprises a conventional core catcher.
  • [0020] [0020]
    Die nach der Erfindung bevorzugte PDC-Kernbohrkrone hat vorzugsweise eine schleuderfreie Ausgestaltung, obwohl andere stabilisierte Bohrkronenausgestaltungen, wie sie oben besprochen wurden, ebenfalls geeignet sind. The preferred according to the invention PDC coring bit preferably has a spin-free configuration, although other Bohrkronenausgestaltungen stabilized, as discussed above, are also suitable. Die Verwendung einer schleuderfreien Kernbohrkrone im Rahmen der Erfindung führt zu der erwiesenen Fähigkeit, Kerne von zumindest etwa 9 m (30 Fuß) von hoher Qualität und mit stark erhöhter Gewinnungsrate zu schneiden und zu ziehen. The use of a spin-free core bit in the invention leads to the proven ability to cut cores of at least about 9 m (30 ft) of high quality and with greatly increased recovery rate and draw. Außerdem bietet die Verwendung einer PDC-Kernbohrkrone mit wahlweisem mittleren Verschluß eine Eindringungsrate ähnlich der von PDC-Bohrmeißeln und Gewicht-auf-Krone, Drehgeschwindigkeit und hydraulische Strömungsraten ähnlich denen von PDC-Bohrmeißeln. Moreover, using a PDC core bit with selectable mid cap has a penetration rate similar to that of PDC bits and weight-to-crown, rotating speed and hydraulic flow rates similar to those of PDC bits. Somit können große Mengen hochqualitativer Kerne kosteneffektiv gewonnen werden, und die Gesamteindringungs- bzw. Bohrfortschrittsrate während des Bohrvorgangs ist im Vergleich mit einem Bohren ohne Kernentnahme nicht wesentlich reduziert, so daß der Betreiber Vorteile aus Zeit- und Kostenersparungen wie auch aus den durch die hochqualitativen Kerne zur Verfügung stehenden Informationen zieht. Thus, large amounts of high-quality cores can be obtained cost-effective, and the Gesamteindringungs- or Bohrfortschrittsrate during the drilling process is not significantly reduced compared with a drilling without coring, so that the operator benefits from time and Kostenersparungen as well as from the high-quality cores the available information does.
  • [0021] [0021]
    Die Verwendung der Lagereinheit für das Bohrkronenende erbringt eine präzsise Ausrichtung des Innenrohrs zur Aufnahme des im Erbohren befindlichen Kerns sowie einen Sitz für das untere Ende der mittleren Verschlußeinheit, die eine Mehrzahl von Schneidgliedern, vorzugsweise PDC-Schneidgliedern, und Spülungsauslässe für die Spülflüssigkeit enthält. The use of the bearing unit for the Bohrkronenende provides a präzsise orientation of the inner pipe for receiving of the in Erbohren core as well as a seat for the lower end of the central locking unit, which includes a plurality of cutting members, preferably PDC cutting elements, and Spülungsauslässe for the rinsing liquid.
  • [0022] [0022]
    Ein wahlweises, jedoch bedeutsames Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Anordnung eines geeigneten Meßwerkzeugs, wie eines Gammastrahlen- oder Richtungsmeßwerkzeugs, in der mittleren Verschlußeinheit zur Ermöglichung einer Bohrlochdatenaufnahme während eins Vollbohrvorgangs. An optional but important feature of the present invention is the arrangement of a suitable measuring tool, such as a gamma ray or Richtungsmeßwerkzeugs, in the central locking unit to allow a downhole data acquisition during one Vollbohrvorgangs. Die Daten können im Meßwerkzeug während des Rohrens gespeichert und periodisch durch Seilstrangübertragung oder wenn die mittlere Verschlußeinheit zur Oberfläche zurückgeholt wird, aufgenommen werden. The data can be stored in the logging tool during drilling and periodically received by cable strand transfer or if the average closure assembly is retrieved to the surface. Es kann auch ein Bohrspülungsimpuls- oder anderes geeignetes Datenübertragungssystem als Teil der mittleren Verschlußeinheit angebaut werden, um eine Echtzeitübertragung von Daten zu ermöglichen. It can also be a Bohrspülungsimpuls- or other suitable data transfer system can be grown as part of the middle closure unit, to allow a real-time transmission of data. Eine odere mehrere Meßmöglichkeiten können in das Meßwerkzeug bzw. die Instrumentenausrüstung einbezogen sein, wobei solche Möglichkeiten eine Druck- und Temperaturmessung zusätzlich zu den anderen oben erwähnten Messungen umfassen können, ohne hierauf beschränkt zu sein. A odere several Capabilities may be involved in the logging or instrumentation, with such possibilities a pressure and temperature measurement may additionally comprise the other above-mentioned measurements, without being limited thereto. Vorteilhaft ist auch, daß die Meßwerkzeugsensoren und insbesondere die Sensoren zum Erfassen von Formationsmerkmalen unmittelbar angrenzend an das untere bzw. vorauslaufende Ende der mittleren Verschlußeinheit, buchstäblich im Hals der Kernbohrkrone, angeordnet sein können, um eine äußerst enge Nähe zur Bohrkronenstirnfläche und damit zu der gebohrten Formation zu erhalten. It is also advantageous that the Meßwerkzeugsensoren and in particular the sensors for detecting formation characteristics immediately adjacent the lower or leading end of the central locking unit, literally in the throat of the core bit can be arranged extremely close proximity to Bohrkronenstirnfläche and hence the drilled to get up.
  • [0023] [0023]
    Es ist ferner vorgesehen, daß Sensoren zum Messen von Richtungsparametern sowie der oben erwähnten Bohrlochparameter und ferner von anderen Parametern wie etwa (lediglich als Beispiel) des Formationswiderstands und der nuklearen magnetischen Resonanz, wie auch eine Stromversorgung, eine Datenverarbeitungs- und Speichereinheit und eine Bohrlochdatenübertragung oder Telemetriemöglichkeit in eine oder mehrere Kernbohrinnenrohreinheiten, in die Wand des Kernrohrs zwischen dessen Außenseite und der Längsbohrung oder oberhalb des Kernrohres in einem gesonderten Rohrabschnitt oder Gehäuse mit einer axialen Bohrung, die mit der Bohrung des Kernrohres fluchtet, eingebaut werden können. It is further contemplated that sensors for measuring the direction parameters as well as the above-mentioned borehole parameters and also on other parameters such as (merely as an example) of the formation resistivity and nuclear magnetic resonance, as well as a power supply, a data processing and storage unit and a downhole data transmission or telemetry way in one or more Kernbohrinnenrohreinheiten, in the wall of the core barrel between its outside and the longitudinal bore or above the core pipe in a separate pipe section or housing with an axial bore aligned with the bore of the core tube, can be fitted. Sensoren zum Messen von Bohrparametern wie etwa (wiederum lediglich als Beispiel) Drehmoment, Drehgeschwindigkeit, Gewicht auf der Bohrkrone, Vibration und Bohrlochdruck können ebenfalls in eine oder mehrere Komponenten der Vorrichtung, vorzugsweise nahe der Bohrkrone, etwa in der Wand des Kernrohres, eingebaut werden. Sensors for measuring drilling parameters such as (again only as an example), torque, rotational speed, weight on the drill bit, vibration, and well bore pressure can also in one or more components of the device, preferably near the drill bit, such as in the wall of the core tube, to be installed.
  • [0024] [0024]
    Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht ein gleichzeitiges bzw. zumindest gleichlaufendes Messen von Bohrlochparametern der Formation außerhalb des Kernrohres vor, während der gleiche oder ein anderer Bohrlochparameter des im Erbohren befindlichen Kerns bei seinem Eintreten in die Kerninnenrohreinheit gemessen wird. A further aspect of the invention provides a simultaneous, or at least equal to ongoing measurement of borehole parameters of the formation outside of the core tube, while the same or other downhole parameters of the in-Erbohren core is measured at its entry into the core inner pipe unit. ZB können Gammastrahlen-, Widerstands-, Dichte-, Porositäts-, Schall- und/oder Messungen der nuklearen magnetischen Resonanz vorgenommen werden. For example, gamma ray, resistivity, density, porosity, sound and / or measurements can be made of nuclear magnetic resonance. Es ist vorteilhaft, solche Messungen zu Vergleichszwecken mit Blick auf die Eigenschaften vorzunehmen, die von der äußeren Formation dargeboten werden, im Gegensatz zu denjenigen, die von dem Kern unter der kontrollierteren Umgebung des Kernrohrinnenraums und in einem extrem engen Bereich dargeboten werden. It is advantageous to perform such measurements for comparison purposes with a view of the properties that are performed by the external formation, as opposed to those that are presented from the core of the more controlled environment of the core tube interior and an extremely narrow range. Außerdem ist es wünschenswert, solche Kernmessungen unmittelbar nach dem Kerndurchgang durch den Hals der Kernbohrkrone vorzunehmen, wenn sich der Kern in seinem ursprünglichsten Zustand befindet und es am wenigsten wahrscheinlich ist, daß er durch Spülungsflüssigkeit zu sehr verunreinigt ist oder seine physikalische Integrität verloren hat. In addition, it is desirable to make such core measurements immediately after core passage through the neck of the core bit when the core is in its pristine condition and it is least likely that he is very contaminated by flushing fluid to or has lost its physical integrity. Des weiteren ist vorgesehen, daß die Ausrichtung des Kerns bestimmt wird, sowohl in einem absoluten Sinn als auch mit Bezug auf die Umgebungsformation, aus der er ausgeschnitten wird, wobei die Richtungsinstrumentierung der Vorrichtung verwendet wird. Furthermore, it is provided that the orientation of the core is determined, both in an absolute sense as well as with respect to the surrounding formation from which it is cut, the direction of the instrumentation apparatus is used.
  • [0025] [0025]
    Außerdem ist vorgesehen, daß ein Kurzetappen-Funktelemetriesystem verwendet werden kann, um Daten über eine kurze Distanz von einer Stelle in der Kernrohrwand zur Innenrohreinheit oder umgekehrt zu übertragen; It is also envisaged that a short stages radio telemetry system can be used to transmit data over a short distance of a location in the core tube wall to the inner pipe unit, or vice versa; dies für eine anschließende Rückübertragung durch ein Ferntelemetriesystem in einer anderen Komponente der Vorrichtung oder von einer dieser Stellen an ein Ferntelemetriemodul, das in kurzem Abstand oberhalb des Kernrohres im Bohrloch angeordnet ist. this for a subsequent re-transmission by a remote telemetry system in another component of the device or from one of these locations on a remote telemetry module, which is arranged at a short distance above the core tube in the borehole. Die Daten können rückübertragen werden durch Bohrspülungsimpuls, akustische oder elektromagnetische Telemetrie oder durch einen zur Oberfläche laufenden Seilstrang. The data can be transferred back through Bohrspülungsimpuls, acoustic or electromagnetic telemetry or by a running surface rope line. Des weiteren können Daten in einem elektronischen Speicher gespeichert werden, der in der Innenrohreinheit oder der oben erwähnten mittleren Verschlußeinheit angeordnet ist und physisch zur Oberfläche anstatt einer Übertragung in im wesentlichen Echtzeit zurückgeholt werden kann. Furthermore data can be stored in an electronic memory, which is arranged in the inner tube assembly or the above-mentioned middle shutter unit and physically to the surface instead of a transmission in substantially real-time can be retrieved. Selbstverständlich werden Daten vorzugsweise in einer Innenrohreinheit, mittleren Verschlußeinheit, einem Kernrohr oder gesonderten Gehäuse gespeichert, das der Kernbohrvorrichtung zugeordnet ist, selbst bei einer Übertragung zur Oberfläche in Echtzeit, um einen Datenverlust aufgrund schlechter Übertragung oder eines Senderausfalls zu vermeiden. Of course, data medium shutter unit, a core tube or separate housings are preferably used in an inner tube assembly, is stored that is associated with the coring apparatus, even when a transmission to the surface in real time, to avoid data loss due to poor transmission or a transmitter failure.
  • [0026] [0026]
    Der Verfahrensaspekt der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Bohren, bei dem gleichzeitig Richtungs-, Formations- und wahlweise Bohrparameterdaten aufgenommen werden, bevor ein Kernbohrvorgang unternommen wird, um eine Zone oder eine Schicht von potentiellem Interesse, wie etwa eine kohlenwasserstoffproduzierende Zone, zu lokalisieren, bevor die Innenrohreinheit zur Aufnahme des Kernbohrens in Betrieb genommen wird. The method aspect of the invention comprises a method for drilling, be included in the same direction, forming and optionally parameter data before a coring is made to locate a region or a layer of potential interest, such as a hydrocarbon producing zone, before the inner tube assembly is made to accommodate the coring operation. In gleicher Weise ist vorgesehen, daß durch die Aufnahme solcher Daten während des Kernbohrvorgangs dem Bedienungspersonal die Möglichkeit der Feststellung gegeben wird, wann das Kernbohren zu beenden ist, so daß nicht Kernproben in einem Gestein im wesentlichen über eine Zone von potentiellem Interesse hinaus aufgenommen werden. Similarly, it is provided that is given by the inclusion of such data during the coring operation the operator the possibility of determining when the core drilling is to be terminated, so that no core samples are received in a rock substantially over a zone of potential interest beyond. Bei der Praktizierung dieses Aspektes der Erfindung ist es natürlich wünschenswert, die aufgenommenen Daten an die Oberfläche auf Echtzeitbasis zu übertragen, insbesondere wenn in einer potentiellen Produktionszone gebohrt wird. In the practice of this aspect of the invention, it is of course desirable to transmit the recorded data to the surface in real time basis, in particular when drilling in a potential production zone.
  • [0027] [0027]
    Beim Kernbohren kann es ausreichen, die Daten für jeden kerngebohrten Abschnitt beziehungsweise für jedes kerngebohrte Intervall zu dem Zeitpunkt zu entnehmen, an dem die Innenrohreinheit mit der darin enthaltenen Kernprobe zur Oberfläche geholt wird; During core drilling, it may be sufficient to extract the data for each core drilled section or for each core drilled interval to the time at which the inner tube assembly is retrieved with the core sample contained therein to the surface; jedoch ist es offensichtlich vorzuziehen, den Beendigungspunkt der Zone von Interesse so genau wie möglich zu lokalisieren, was bedeutet, daß eine Echtzeitdatenübertragung auch in dieser Situation vorteilhaft sein kann. However, it is obviously preferable to locate the termination point of the zone of interest as accurately as possible, which means that a real-time data transmission can also be advantageous in this situation.
  • [0028] [0028]
    Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung schematisch veranschaulicht sind. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description in conjunction with the drawing in which several embodiments of a drilling apparatus according to the invention are illustrated schematically. In der Zeichnung zeigen: In the drawings:
  • [0029] [0029]
    1 1 einen Längsschnitt durch ein Kernrohr nach der Erfindung, a longitudinal section through a core tube according to the invention,
  • [0030] [0030]
    2 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch das untere Ende des Kernrohres nach der Erfindung, wobei sich ein Innenrohreinheit in ihrer Stellung zum Kernbohren befindet, an enlarged longitudinal section through the lower end of the core tube according to the invention with an inner tube assembly is in its position for core drilling,
  • [0031] [0031]
    3 3 einen vergrößerten Längsschnitt durch das untere Ende des Kernrohres nach der Erfindung, wobei sich eine mittlere Verschlußeinrichtung in ihrer Stellung zum Ausbohren befindet, an enlarged longitudinal section through the lower end of the core tube according to the invention, with a mean closure means is in its position for drilling,
  • [0032] [0032]
    4 4 eine Ansicht der Bohrkrone unter Veranschaulichung der Schneidgliedplazierung mit Blick nach unten durch die Bohrkronenfläche, a view of the drill bit illustrating the cutter placement with views down through the Bohrkronenfläche,
  • [0033] [0033]
    5 5 einen vergrößerten Vertikalschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Innenmaßschneideinrichtung einer Bohrkrone mit schwachem Eindringungswinkel und einer damit zusammenwirkenden Kernschuheinrichtung, an enlarged vertical sectional view of an embodiment of a Innenmaßschneideinrichtung a bit weak Eindringungswinkel and a cooperating core shoe means,
  • [0034] [0034]
    6 6 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Kernbohrvorrichtung mit einer Innenrohreinheit in einer Ausgestaltung zum gleichzeitigen Kernbohren und Aufzeichnen von Bohrlochparametern und Übertragen der erhaltenen Bohrlochdaten zur Erdoberfläche, a longitudinal section through a preferred embodiment of a coring device with an inner tube assembly in one embodiment for simultaneously recording core drilling and downhole parameters and transmitting the obtained data to the wellbore surface,
  • [0035] [0035]
    7 7 bis to 9 9 je ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kernbohrvorrichtung in Darstellungen entsprechend Each further embodiment of a coring in representations corresponding 6 6 und and
  • [0036] [0036]
    10 10 eine Darstellung des unteren Endes einer bevorzugten mit Instrumenten versehenen mittleren Verschlußeinrichtung nach der Erfindung im Längsschnitt. a representation of the lower end a preferred instrumented central locking device according to the invention in longitudinal section.
  • [0037] [0037]
    Wie sich zunächst aus As is apparent from first 1 1 ergibt, ragt ein Kernrohr results, projects a core tube 10 10 nach unten in ein Bohrloch down into a wellbore 12 12 von einer Schwerstange of a drill collar 14 14 am unteren Ende eines sich zur Oberfläche erstreckenden Bohrstrangs. at the lower end of a drill string extending to the surface.
  • [0038] [0038]
    Das Kernrohr The core tube 10 10 umfaßt eine Außenrohreinheit includes an outer tube unit 16 16 mit einem Außenrohr having an outer tube 18 18 , an dessen oberem Ende sich eine Gewindemuffenverbindung , At the upper end of a threaded socket connection 20 20 zur Befestigung des Kernrohres for attachment of the core tube 10 10 an einem Gewindebolzen to a threaded stud 22 22 der Schwerstange the drill collar 14 14 befindet. is located. Am unteren Ende des Außenrohres At the lower end of the outer tube 18 18 ist eine PDC-Kernbohrkrone is a PDC core bit 24 24 in einer schleudersicheren oder dgl. stabilisierten Ausführung, wie oben beschrieben, befestigt. in a spin-safe or the like. stabilized version, as described above, attached. PDC-Schneidglieder PDC cutters 26 26 auf der Kernbohrkrone on the core bit 24 24 schneiden die Formation beim Drehen des Bohrstranges, wobei auch ein Kern cutting the formation during rotation of the drill string, wherein a core 28 28 aus der gebohrten Formation ausgeschnitten wird. is excised from the formation being drilled. Der Kern The core 28 28 erstreckt sich nach oben in den Hals extends upward into the neck 30 30 der Kernbohrkrone the core bit 24 24 beim Vortrieb der Bohrkrone in die Formation. during the advance of the drill bit into the formation. Ggf. If necessary, kann die Bohrkrone can the drill bit 24 24 eine Ausführung mit schwachem Eindringprofil entsprechend der A version with low penetration profile in accordance with the US-PS 4 981 183 US Patent 4,981,183 des Anmelders aufweisen. have the applicant. Auf der Innenseite des Außenrohres On the inside of the outer tube 18 18 befinden sich eine Rastkupplung There are a snap coupling 32 32 und darunter eine Mehrzahl axial beabstandeter Gruppen von Tragrippen and including a plurality of axially spaced sets of support ribs 34 34 , die sich in Umfangsrichtung um die Innenseite des Außenrohrs Extending circumferentially around the inside of the outer tube 18 18 herumerstrecken. herumerstrecken. Im Inneren der Kernbohrkrone Inside the core bit 24 24 befindet sich eine Drehlagereinheit There is a rotary bearing unit 36 36 für das Bohrkronenende. for the Bohrkronenende. Strömungsmittelkanäle Fluid channels 38 38 erstrecken sich vom Bohrkroneninneren zur Bohrkronenstirnfläche. extend from Bohrkroneninneren to Bohrkronenstirnfläche.
  • [0039] [0039]
    Eine Innenrohreinheit An inner tube assembly 40 40 ist im Kernrohr is in the core tube 10 10 so gezeigt, wie es bei einem Kernbohrvorgang der Fall ist. as shown, as is the case with a coring. Die Innenrohreinheit The inner tube assembly 40 40 umfaßt an ihrem unteren Ende ein in der Lagereinheit comprises at its lower end into the bearing unit 36 36 aufgenommenes Innenrohr recorded inner tube 42 42 . , Das Innenrohr The inner tube 42 42 erstreckt sich aufwärts innerhalb des Außenrohrs extends upwardly within the outer tube 18 18 durch die Gruppen von Tragrippen by the groups of support ribs 34 34 , die eine Abstützung gegen ein Verbiegen des Innenrohrs Which support against buckling of the inner tube 42 42 bieten. offer. Am oberen Ende des Innenrohrs At the upper end of the inner tube 42 42 befindet sich eine Innenrohrlagereinheit There is an inner tube bearing unit 44 44 , die eine Drehung des oberen und unteren Bereichs der Innenrohr , The rotation of the upper and lower portion of the inner tube 40 40 zueinander ermöglicht und damit, in Verbindung mit der Lagereinheit enables each other and thus, in conjunction with the bearing unit 36 36 für das innere Bohrkronenende, die Möglichkeit schafft, daß sich die Außenrohreinheit for the inner Bohrkronenende, creates the possibility that the outer tube unit 16 16 dreht, während die Innenrohreinheit rotates, while the inner tube assembly 40 40 stationär bleibt. remains stationary. Oberhalb der Lagereinheit Above the storage unit 44 44 steht eine Verriegelungseinheit is a locking unit 46 46 in lösbarem Eingriff mit der Rastkupplung releasably engaged with the locking clutch 32 32 auf der Innenseite des Außenrohrs on the inside of the outer tube 18 18 . , Am oberen Ende der Innenrohreinheit At the upper end of the inner tube assembly 40 40 ist eine Fangkupplung is a catch coupling 50 50 für einen wahl weisen Eingriff der Innenrohreinheit mit einer Seilfangglocke und dessen Lösen angeordnet. for selective engagement arranged the inner tube assembly with a rope overshot and its dissolution.
  • [0040] [0040]
    Es sei nun auf die Referring now to the 2 2 und and 3 3 verwiesen, in denen die bereits oben anhand der referred to, in which the already above with reference to 1 1 beschriebenen Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. described components are provided with the same reference numerals.
  • [0041] [0041]
    Wie aus As from 2 2 ersichtlich ist, umfaßt die Drehlagereinheit is evident includes the rotary bearing unit 36 36 für das Bohrkronenende ein Außengehäuse for the Bohrkronenende an outer housing 60 60 , Lagerkörper , Bearing body 62 62 und ein Innengehäuse and an inner housing 64 64 , das in bezug auf das Außengehäuse , Which with respect to the outer housing 60 60 aufgrund der Lagerkörper due to the bearing body 62 62 frei rotiert. rotates freely. Rippen Ribs 66 66 mit Schrägschultern with sloping shoulders 68 68 an ihren unteren Enden erstrecken sich radial nach innen vom Innengehäuse at their lower ends extend radially inwardly from the inner casing 64 64 . , Die Rippen The ribs 66 66 und die Schultern and shoulders 68 68 stützen das untere Ende der Innenrohreinheit support the lower end of the inner tube assembly 40 40 seitlich und axial ab. laterally and axially from. Der Raum zwischen den Rippen The space between the ribs 66 66 ermöglicht es, daß Bohrspülung in den Hals allows that drilling fluid in the neck 30 30 der Bohrkrone the drill bit 24 24 und um die Bohrkrone and to the drill bit 28 28 herum beim Kernbohren strömt. flows around the core drilling. Falls diese Strömung nicht gewünscht ist, kann eine Bohrkrone mit schwachem Eindringprofil und damit zusammenwirkendem Schuh nach der oa If this flow is not desired, a drill bit with a weak penetration profile and thus co-operating shoe according to the above US-PS 4 981 183 US Patent 4,981,183 , und wie in And as shown in 5 5 gezeigt, verwendet werden, um den Bohrspülungskontakt mit dem Kern zu minimieren. shown, may be used to minimize the Bohrspülungskontakt with the core. Am unteren Ende des Innenrohrs At the lower end of the inner tube 42 42 kann entweder ein keilförmiger Kernfänger Either a wedge-shaped core catcher 70 70 , wie auf der linken Seite der As shown on the left side of the 2 2 gezeigt, oder ein korbförmiger Kernfänger shown, or a basket-shaped core catcher 72 72 , wie auf der rechten Seite der As shown on the right side of the 2 2 gezeigt, (jeweils in an sich bekannter Ausführung) verwendet werden. shown to be used (each in a known per se version). Die PDC-Schneidglieder The PDC cutters 26 26 sind in are in 2 2 fortgelassen, sie sind jedoch, wie in omitted, but they are, as in 1 1 gezeigt, auf der Kernbohrkrone shown on the coring bit 24 24 in der Weise angeordnet, daß ein Kern mit einer solchen Bemessung ausgeschnitten wird, daß er sich nach oben in den Hals arranged in such a way that a core is cut with such design that it is up to the neck 30 30 der Kernbohrkrone the core bit 24 24 und in die Bohrung and into the bore 74 74 des Innenrohrs of the inner tube 42 42 hineinbewegt. moved into it.
  • [0042] [0042]
    Es sei nun auf Referring now to 3 3 Bezug genommen, in der anstelle der Innenrohreinheit Reference is made, in the place of the inner tube assembly 40 40 eine mittlere Verschlußeinheit an average shutter unit 80 80 in der Außenrohreinheit in the outer tube unit 16 16 gezeigt ist. is shown. Die mittlere Verschlußeinheit The average shutter unit 80 80 umfaßt an ihrem oberen Ende eine Verriegelungseinheit (nicht gezeigt), ähnlich derjenigen der Innenrohreinheit comprises at its upper end a locking unit (not shown), similar to that of the inner tube assembly 40 40 , für einen Eingriff mit der Rastkupplung For engagement with the locking clutch 32 32 des Außenrohrs the outer tube 18 18 sowie eine Fangkupplung and a clutch catch 50 50 zum Anbringen und Rückholen der mittleren Verschlußeinheit for mounting and retrieving the middle shutter unit 80 80 . , Die Verschlußeinheit The shutter unit 80 80 weist kein Drehlager auf, da ihre Drehung in bezug auf die Außenrohreinheit has no rotary bearing, since their rotation with respect to the outer tube unit 16 16 nicht erforderlich bzw. gewünscht ist. are not required or desired. Ein Bohrkronenverschlußstück A Bohrkronenverschlußstück 82 82 ist am unteren Ende der Verschlußeinheit is at the lower end of the shutter unit 80 80 angeordnet und von der Lagereinheit arranged and from the storage unit 36 36 in der gleichen Weise wie die Innenrohreinheit in the same manner as the inner tube assembly 40 40 abgestützt. supported. Das Bohrkronenverschlußstück The Bohrkronenverschlußstück 82 82 umfaßt einen Stopfen comprises a plug 84 84 mit sich durch diesen erstreckenden Kanälen with extending therethrough channels 86 86 zur Hindurchführung von Bohrspülung zur Stopfenfläche for passage of drilling fluid to the stopper surface 88 88 , auf der PDC-Schneidglieder On the PDC cutters 90 90 ange ordnet sind. attached are arranged. Der Stopfen The plug 84 84 hat eine solche Größe, daß er von den Rippen has such a size that it ribs of the 66 66 mit den Schultern shoulders 68 68 des Innengehäuse of the inner housing 64 64 der Lagereinheit the storage unit 36 36 aufgenommen sowie seitlich und axial abgestützt ist. is received and supported laterally and axially. Die Räume zwischen den Rippen The spaces between the ribs 66 66 ermöglichen das Einströmen der Bohrspülung in die Kanäle allow the inflow of drilling fluid into the channels 86 86 , wie dies As 3 3 zeigt. shows.
  • [0043] [0043]
    Wenn die Absicht besteht, mit der Vorrichtung einen Kernbohrvorgang auszuführen, wird die Innenrohreinheit If the intention is to perform with the device a coring, the inner tube assembly is 40 40 an einem Seil in den Bohrstrang gelassen und in der Außenrohreinheit left on a rope into the drill string and in the outer tube unit 16 16 verriegelt. locked. Bohrspülung wird dann nach unten in den Bohrstrang und in den Ringraum The drilling fluid is then down into the drill string and into the annulus 100 100 zwischen der Innenrohreinheit between the inner tube assembly 40 40 und der Außenrohreinheit and the outer tube unit 16 16 zum Zirkulieren gebracht, wo er von der Stirnfläche der Kernbohrkrone made to circulate, where it from the end face of the core drilling bit 24 24 durch übliche Spülungskanäle und -düsen (nicht gezeigt) austritt, um die Schneidglieder zu säubern und zu kühlen und auch die Stirnfläche der Bohrkrone zu reinigen, während der Bohrstrang rotiert und die Formation bzw. der Kern geschnitten wird. by conventional flushing channels and nozzles (not shown) exits to clean the cutters and to clean and cool the end face of the drill bit while the drill string rotates, and the formation or of the core is cut. Wenn die maximale Kernlänge erreicht ist, wird die Innenrohreinheit aus dem Bohrloch mit einem Seil mit einem Fanggerät an seinem Ende für einen Eingriff mit der Rastkupplung If the maximum core length is reached, the inner tube assembly from the well with a rope with a gear at its end for engagement with the locking clutch 50 50 gezogen, und eine andere Innenrohreinheit wird in den Bohrstrang gefahren, sofern ein weiteres Kernbohren beabsichtigt ist. pulled, and another inner tube assembly is moved into the drill string, provided that a further drilling core is intended.
  • [0044] [0044]
    Falls anstelle eines Kernbohrens ein Ausbohren beabsichtigt ist, wird die mittlere Verschlußeinheit If instead of a core drilling, a drilling is intended, the average shutter unit 80 80 in das Bohrloch am Seil über ein Fanggerät eingelassen, das mit der Kupplung inserted into the hole on the rope on a gear with the clutch 50 50 am oberen Ende der Einheit in Eingriff kommt. engages the upper end of the unit. Die Verschlußeinheit The shutter unit 80 80 kommt dann im Außenrohr then comes in the outer tube 18 18 zur Verriegelung, woraufhin Bohrspülung nach unten im Bohrstrang in den Ringraum to lock, then drilling fluid down the drill string into the annulus 100 100 zwischen der Verschlußeinheit between the shutter unit 80 80 und dem Außenrohr and the outer tube 18 18 und durch die Kanäle and through the channels 86 86 im Stopfen in the plug 84 84 zur Stopfenfläche to the stopper surface 88 88 gepumpt wird, um die PDC-Schneidglieder is pumped to PDC cutter members 90 90 zu kühlen und zu säubern sowie Bohrklein während des Drehens des Kernbohrrohres to cool and clean as well as cuttings during rotation of Kernbohrrohres 10 10 und des Fortschreitens des Ausbohrens zu entfernen. and remove the progression of Ausbohrens.
  • [0045] [0045]
    Falls gewünscht, kann die Verschlußeinheit If desired, the closure unit 80 80 mit einem Druckrohr bzw. -gehäuse with a pressure tube and Enclosures 110 110 versehen sein, in dem ein Aufzeichnungswerkzeug be provided in which a recording tool 12 12 wie ein Gammastrahlenwerkzeug oder ein Richtungswerkzeug zur Erfassung des Bohrlochweges zwecks Meßdurchführung beim Bohren untergebracht sein kann. may be housed as a gamma ray tool or a tool for detecting the direction of the well path in order Meßdurchführung during drilling. Dabei kann ferner eine Datenübertragungseinheit In this case, may further include a data transmission unit 114 114 im Druckgehäuse in the pressure housing 110 110 angeordnet sein, wobei diese eine elektronische Übertragungseinheit oder eine Spülungsimpulseinheit (in welchem Fall ein Teil davon selbstverständlich zum Druckgehäuse be arranged, said an electronic transmission unit or a mud pulse unit (in which case a part of it, of course, to the pressure housing 110 110 außen liegen würde) zur Echtzeitübertragung von Aufzeichnungsdaten an die Oberfläche über Draht bzw. Seil oder Spülungsimpuls umfassen kann. would be on the outside) may include real-time transmission of recording data to the surface via wire or rope or mud pulse. Statt dessen können die Da ten periodisch mittels Seil, oder wenn die Verschlußeinheit Instead, the Da th periodically using rope, or when the shutter unit 80 80 aus dem Loch gezogen wird, aufgeholt werden. is pulled out of the hole to be made up.
  • [0046] [0046]
    Es versteht sich ferner, daß Druck- und Temperatursensoren im Druckgehäuse It is further understood that pressure and temperature sensors in the pressure housing 110 110 enthalten sein können. may be included. Erstere sind besonders erwünscht, um den dynamischen Druckverlust und damit die Strömungsrate zur Bestimmung derjenigen Strömungsraten zu messen, die zum Kernbohren geeignet sind, wenn die zentrale Verschlußeinheit The former is particularly desirable to measure the dynamic pressure loss and thus the flow rate for determining flow rates of those that are suitable for core drilling, when the central locking unit 80 80 durch die Innenrohreinheit through the inner tube assembly 40 40 ersetzt ist. is replaced. Durch Berechnung oder Messung des hydrostatischen Drucks im Bohrlochringraum und Messung des Gesamtdrucks nahe der Bohrkrone vom Druckgehäuse By calculation or measurement of the hydrostatic pressure in the well annulus and measuring the total pressure near the drill bit from the pressure housing 110 110 können der dynamische Druckverlust und damit die Strömungsraten bestimmt werden, um eine Kernerosion bzw. -auswaschung zu reduzieren oder vorzugsweise auszuschalten. can the dynamic pressure loss and thus the flow rates are determined in order to reduce a core erosion or -auswaschung or preferably off.
  • [0047] [0047]
    Eine Temperaturmessung ist besonders erwünscht und vorteilhaft, wenn ein Gelkernbohrvorgang durchgeführt wird, wobei ein nicht-invasives Gel zum Einkapseln der Kernprobe in das Innenrohr A temperature measurement is particularly desirable and advantageous when a Gelkernbohrvorgang is performed wherein a non-invasive gel for encapsulating the core sample into the inner tube 42 42 vorplaziert wird, bevor es in den Bohrstrang gelassen wird. is vorplaziert before allowing it into the drill string. Die temperaturempfindliche Beschaffenheit derartiger Gele und ihre Fähigkeit, die Viskosität zu erhöhen und sich sogar erheblich zu verfestigen bei einem Temperaturabfall in einem verhältnismäßig engen Bereich macht die Möglichkeit, die kernrohrtiefe Temperatur zu messen, zu einer außerordentlich erwünschten Maßnahme, um so die Formulierung bzw. Wahl eines Gels zu ermöglichen, das in der gewünschten Tiefe viskos wird und nicht vorzeitig. The temperature sensitive nature of such gels and their ability to increase the viscosity and even substantially solidify at a temperature fall in a relatively narrow range makes the possibility to measure the core barrel deep temperature to an extremely desired action, so as the formulation or Option to allow a gel which is viscous at the desired depth and not prematurely. Eine ausführlichere Erläuterung der Formulierung und Verwendung nicht-invasiver Gele zur Kernprobeneinkapselung ist in der z. Zt. anhängigen US-Patentanmeldung Serial No. A more detailed explanation of the formulation and use of non-invasive gels Kernprobeneinkapselung is in the currently pending U.S. Patent Application Serial No. 08/051,093 vom 21.4.1993 des Anmelders enthalten. 08 / 051,093, 21.4.1993 contain the applicant. Die Beschreibung dieser Anmeldung wird durch den gegebenen Hinweis in die vorliegende Beschreibung einbezogen. The description of this application is incorporated by reference given in the present specification.
  • [0048] [0048]
    Es sein nun auf There have now to 4 4 Bezug genommen, in der ein Beispiel einer schleuderfreien Kernbohrkrone Referred to, in which an example of a spin-free core bit 24 24 mit Blick nach unten durch die Bohrkronenstirnfläche Looking Down by the Bohrkronenstirnfläche 200 200 veranschaulicht ist, wie sie im Bohrloch ausgerichtet zu sein pflegt. is illustrated, as is wont to be oriented in the borehole. Die Plazierungen der PDC-Schneidglieder The placements of PDC cutters 26 26 sind schematisch auf der Bohrkronenstirnfläche are shown schematically on the Bohrkronenstirnfläche 200 200 gezeigt. shown. Einige Schneidglieder Some cutters 26 26 erstrecken sich radial nach innen vom inneren Kalibrierbereich extending radially inwardly from the inner calibration 200 200 , der den Hals That the neck 30 30 der Kernbohrkrone the core bit 24 24 bildet, wodurch ein Kern von kleinerem Durchmesser als dem des Halses forms, whereby a core of smaller diameter than that of the neck 30 30 geschnitten werden kann. can be cut. Kanäle Channels 204 204 sind über den inneren Kalibrierbereich are the internal calibration 202 202 plaziert, damit die Bohrspülungsflüssigkeit, falls gewünscht, an der Außenseite des Kerns vorbeiströmen kann. placed so that the Bohrspülungsflüssigkeit, if desired, can flow past the outside of the core. Weitere Spülungskanäle More flushing channels 220 220 erstrecken sich durch die Bohrkronenstirnfläche extend through the Bohrkronenstirnfläche 200 200 . , Obgleich schleuderfreie Bohrkronen derzeit allgemein bekannt sind, sollte festgehalten werden, daß Flügel Although spin-free bits are now generally known, it should be noted that wing 206 206 und and 208 208 der Kernbohrkrone the core bit 24 24 von Schneidgliedern am äußeren Kalibrierbereich of cutters on the outer gage 210 210 freigehalten sind und daß Kalibrierstege are kept and that Kalibrierstege 212 212 und and 214 214 an den Flügeln on the wings 206 206 und and 208 208 als Stützflächen für die Kernbohrkrone as support surfaces for the core bit 24 24 verwendet werden, um an der Wand des Bohrlochs zu laufen. be used to run on the wall of the borehole. Die ausgewählte Größe, Plazierung und Ausrichtung der Schneidglieder The selected size, placement and orientation of the cutting members 26 26 auf der Bohrkronenstirnfläche on the Bohrkronenstirnfläche 200 200 führt zu einem kumulativen gerichteten Seitenkraftvektor mit einer Orientierung in einer Richtung senkrecht zur Bohrkronenachse und zwischen den Flügeln leads to a cumulative directed lateral force vector having an orientation in a direction perpendicular to the bit axis and between the wings 206 206 und and 208 208 mit der Wirkung, daß die Kalibrierstege with the effect that the Kalibrierstege 212 212 und and 214 214 im wesentlichen konstant gegen die bzw. an der Bohrlochwand laufen und so Vibrationen und die Tendenz eines Bohrkronenschleuderns unterbinden. essentially constant run against or on the borehole wall and thus prevent vibration and the tendency of a Bohrkronenschleuderns.
  • [0049] [0049]
    5 5 zeigt eine Schneidgliedanordnung für den inneren Kalibrierbereich an einer Kernbohrkrone shows a cutter assembly for the internal calibration of a core bit 248 248 mit flachem Eindringprofil im Zusammenwirken mit einem Kernschuh with shallow penetration profile in cooperation with a core shoe 246 246 , wie er in der oben erwähnten As in the above-mentioned US-PS 4,981,183 US-PS 4,981,183 veranschaulicht ist. is illustrated. Die Kernbohrkrone The core bit 248 248 kann eine Vielfalt von Formen aufweisen, hat jedoch vorzugsweise ein parabolisches Grundprofil, wie allgemein bei may have a variety of shapes, but has preferably a parabolic basic profile, as generally at 251 251 angegeben. specified. Statt dessen können andere Profile mit Vorteil verwendet werden. Instead, other profiles can be used with advantage. Beispielsweise können im allgemeinen flache Seiten verwendet werden, die der Bohrkrone eine konische Grundform vermitteln. For example, flat sides can be used that provide the drill bit has a conical basic shape in general. Der Rumpfteil The body part 256 256 der Kernbohrkrone the core bit 248 248 weist eine Mehrzahl von Kanälen includes a plurality of channels 252 252 auf, die eine Strömungsverbindung zwischen dem Ringraum on which a flow connection between the annular space 100 100 im Kernrohr in the core tube 10 10 und Auslaßöffnungen and outlet 240 240 in der Stirnfläche der Kernbohrkrone in the end face of the core drilling bit 248 248 bilden. make up. Eine Mehrzahl von Schneidgliedern A plurality of cutters 26 26 , vorzugsweise PDC-Schneidgliedern, ist vorzugsweise entlang dem Profil der Kernbohrkrone , Preferably PDC cutters, is preferably along the profile of the core bit 248 248 verteilt. distributed.
  • [0050] [0050]
    Der Rumpfteil The body part 256 256 weist vorzugsweise eine untere Bohrung preferably has a lower bore 257 257 auf. on. Zumindest ein Innenmaßschneidglied At least a Innenmaßschneidglied 226 226 , und vorzugsweise zwei oder drei solcher in Umfangsrichtung beabstandeter Schneidglieder , And preferably two or three such circumferentially spaced cutting members 226 226 erstrecken sich nach innen von der die untere Bohrung extend inwardly from the lower bore 257 257 der Kernbohrkrone the core bit 248 248 begrenzenden Fläche, um ein Innenmaß zu schneiden, dh den Außendurchmesser eines Kerns limiting surface in order to cut an inside dimension, ie the outer diameter of a core 28 28 . , Jedes einzelne Maßschneidglied Each Maßschneidglied 226 226 ist vorzugsweise mit einer Abflachung is preferably provided with a flattened portion 264 264 am Kalibriermaß ausgebildet, das kleiner ist als die Bohrung formed on the calibration measure that is smaller than the bore 257 257 . , Somit kann sich ein ringförmiger Schürzen- bzw. Pilotabschnitt Thus, an annular section for apron or pilot 262 262 des Kernbohrschuhs the Kernbohrschuhs 246 246 nach unten in eine solche Position erstrecken, daß seine Spitze extend down into such a position that its tip 266 266 unmittelbar am oberen Rand directly at the top 268 268 der Schneidglieder the cutting members 226 226 in dem Ringraum angrenzt, der von den Schneidgliedern adjacent in the ring space defined by the cutting members 226 226 zwischen den verschiedenen von den Abflachungen between the different of the flats 246 246 und der unteren Bohrung and the lower bore 257 257 begrenzten Durchmessern gebildet ist. formed limited diameters. Die Kernbohrkrone The core bit 248 248 weist an ihrer inneren Oberfläche über der unteren Bohrung has on its inner surface above the lower bore 257 257 eine Anlage a system 258 258 auf, die von der Stützfläche on that of the support surface 260 260 kontaktiert wird und dadurch eine Einschnürung und idealerweise im wesentlichen eine Flüssigkeitsdichtung zwischen der rotierenden Bohrkrone und dem stationären Kernrohr bildet. is contacted and characterized ideally substantially forms a constriction and a liquid seal between the rotating drill bit and the stationary core tube. Mit dieser Ausgestaltung wird die Kernaußenseite präzise geschnitten und der Kern With this configuration, the core outside is precise cut and the core 28 28 tritt in den Kernbohrschuh enters the Kernbohrschuh 246 246 unmittelbar beim Verlassen der oberen Ränder der Schneidgliedabflachungen immediately on leaving the upper edges of the Schneidgliedabflachungen 246 246 ein. a. Das bevorzugte Profil The preferred profile 251 251 in Verbindung mit der Ausrichtung und Anordnung der Ausgänge der Kanäle in conjunction with the orientation and arrangement of the outputs of the channels 252 252 abseits des inneren Kalibrierbereichs der Kernbohrkrone off the internal calibration range of the core bit 248 248 fördert eine verbesserte Spülung des Bohrkleins und minimiert das Einwirken der Spülflüssigkeit auf den Kern, wodurch sowohl die mechanische als auch die chemische Unversehrtheit der Kernprobe erhöht wird. promotes an improved flushing of the cuttings and minimizes the action of the flushing fluid to the core, whereby both the mechanical and the chemical integrity of the core sample is increased. Es versteht sich für den Fachmann, daß die Ausgestaltung gemäß It is understood by those skilled in the art that the embodiment according to 2 2 zu einer Konstruktion mit flachem Eindringprofil dadurch abgewandelt werden kann, daß der innere Kalibrierbereich der Kernbohrkrone to a design with shallow penetration profile can be modified thereby, that the inner gage of the coring bit 24 24 anders gestaltet und ein verlängerter Schuh mit einem Pilotbereich verwendet wird, wie es in designed differently and an elongated shoe having a pilot portion is used as shown in 5 5 gezeigt ist. is shown. Das Innengehäuse The inner housing 64 64 der Lagereinheit the storage unit 36 36 kann mit in der Weise angeordneten und ausgerichteten Kanälen ausgeführt sein, daß das Spülmedium zu Kanälen geführt wird, die die Spülflüssigkeit zur Bohrkronenstirnfläche anstatt zum Hals bzw. inneren Kalibrierbereich leiten. may be designed with arranged in the manner and aligned channels that the flushing medium is led to channels that conduct the flushing liquid to Bohrkronenstirnfläche instead of to the neck and inner gage. Selbstverständlich würden die Kanäle Of course, the channels would 204 204 am inneren Kalibrierbereich, wie in the internal calibration, as in 4 4 gezeigt, entfallen. shown omitted.
  • [0051] [0051]
    6 6 veranschaulicht eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Kernbohrvorrichtung illustrates a first preferred embodiment of a coring 300 300 mit der Fähigkeit, verschiedene Daten, die sich auf verschiedene Bohrlochparameter beziehen (Bohrlochdaten) während des Kernbohrvorgangs zu gewinnen. with the ability to use different data on various downhole parameters are (well data) during the coring operation to win. Die Vorrichtung The device 300 300 umfaßt ein Kernrohr comprises a core tube 302 302 mit einer an dessen unterem Ende angebrachten Kernbohrkrone with an attached core bit at its lower end 304 304 und eine Innenrohreinheit and an inner tube assembly 306 306 , die in der Längsbohrung That in the longitudinal bore 308 308 des Kernrohres of the core tube 302 302 fluchtend mit dem Hals flush with the neck 310 310 der Kernbohrkrone angeordnet ist. the core bit is arranged. Wie ausgeführt, ist es vorzuziehen, daß die Kernbohrkrone As stated, it is preferable that the core drill bit 304 304 von einer PDC-Kernbohrkrone gebildet ist, und zwar in besonders bevorzugter Weise von einer stabilisierten Kernbohrkrone. is formed by a PDC core bit, in a particularly preferred manner of a stabilized core bit. Die Kernbohrvorrichtung The coring 300 300 ist in einem Bohrloch von einer Schwerstange is in a well of a drill collar 312 312 durch eine typische API-Gewindeverbindung by a typical API threaded connection 314 314 nach unten weisend abgestützt. downward pointing supported.
  • [0052] [0052]
    Das Kernrohr The core tube 302 302 weist eine Rastkupplung has a latching coupling 320 320 oben an seiner Innenseite auf, mit der die Verriegelungseinheit top on its inside, with which the locking unit 322 322 der Innenrohreinheit lösbar in Eingriff gebracht werden kann, um die Innenrohreinheit the inner tube assembly can be releasably engaged to the inner pipe unit 306 306 über eine Fangkupplung a clutch catch 324 324 oder dgl. Fangteil zurückzuholen, das von einem Rückholmechanismus wie etwa einer Fang glocke or the like. Catch retrieve part, the bell of a return mechanism such as a catch 326 326 oder dgl. Fanggerät am Ende eines Seils or the like. gear at the end of a rope 328 328 zu erfassen ist. to be detected. Der Hauptteil der Innenrohreinheit The main part of the inner tube assembly 306 306 ist drehbar nach unten weisend von dem oberen verriegelten Teil durch eine an sich bekannte Drehlagereinheit is rotatably facing down from the upper part locked by a known rotary bearing unit 330 330 abgestützt. supported. Ggf. If necessary, kann auch eine Lagereinheit (nicht gezeigt) am Bohrkronenende, wie oben beschrieben, zur Stabilisierung des unteren Endes der Innenrohreinheit may also include a storage unit (not shown) on Bohrkronenende, as described above, to stabilize the lower end of the inner tube assembly 306 306 verwendet werden. be used. Die Lagereinheit The storage unit 330 330 und die wahlweise anwendbare Lagereinheit am Bohrkronenende ermöglichen eine Drehung des Kernrohres and the choice of applicable bearing unit on Bohrkronenende allow rotation of the core tube 302 302 um die Innenrohreinheit the inner tube assembly 306 306 unterhalb der Lagereinheit below the bearing unit 330 330 , um einen Kern aus Formationsmaterial ohne dessen rotationsbedingte Beanspruchung zu schneiden, wie es dem Fachmann allgemein bekannt ist. To cut a core of formation material without the rotation-related stress, as it is generally known to those skilled.
  • [0053] [0053]
    Das Kernbohrrohr The core barrel 332 332 mit offener Mündung with open mouth 333 333 an seinem unteren Ende ist so positioniert, daß ein durch den Bohrkronenhals at its lower end is positioned so that one by the Bohrkronenhals 310 310 hindurchgehender Formationskern aufgenommen wird. through continuous core formation is recorded. Eine Instrumentenausströmung in Form eines Instrumenten- und Datenübertragungsmoduls A Instrumentenausströmung in the form of an instrument and data transmission module 334 334 ist oberhalb des Kernrohrs is above the core tube 332 332 und unterhalb der Lagereinheit and below the bearing unit 330 330 angeordnet, wobei der Modul arranged, the module 334 334 ein Druckgehäuse aufweist, in dem eine elektronische Instrumentierung zur Gewinnung von Bohrlochdaten und zumindest ein Teil der Datenübertragungseinrichtung enthalten sein können. comprises a pressure housing in which an electronic instrumentation for obtaining downhole data and at least a portion of the data transmission device may be included.
  • [0054] [0054]
    Lediglich als Beispiel kann der Modul Merely by way of example, the module 334 334 eine Instrumentierung instrumentation 336 336 zur Bestimmung der Bohrlochposition und -ausrichtung (Azimuth, Neigung usw.), im nachfolgenden allgemein als Richtungsinstrumentierung bezeichnet, sowie eine Instrumentierung to determine the hole position and orientation (azimuth, inclination, etc.), in the following commonly referred to as direction instrumentation, instrumentation 338 338 zur Gewinnung von Daten bezüglich der Formationsbeschaffenheit umfassen, wie etwa (lediglich als Beispiel) Bohrlochtemperatur, Bohrlochdruck, Formationswiderstand, Formationsgammastrahlung, nukleare Magnetresonanz, Dichte und Porosität, im nachfolgenden als Formationsbewertungsinstrumentierung bezeichnet. include for obtaining data regarding formation characteristics, such as (merely as an example) as referred to as formation evaluation instrumentation borehole temperature, borehole pressure, formation resistivity, formation gamma radiation, nuclear magnetic resonance, density, and porosity in the following. Die genannten Instrumentierungen sind typischerweise mit zumindest einer gewissen Prozessormöglichkeit sowie mit einem elektronischen maschinenlesbaren Speicher, beide mit The instrumentation above are typically provided with at least a certain possibility processor and an electronic machine-readable storage, both with 340 340 bezeichnet, zum Speichern der erhaltenen Daten ausgerüstet und stehen in Verbindung mit einer Datenübertragungseinrichtung denotes equipped for storing the data received and associated with a data transmission device 342 342 zum Übertragen von Echtzeitdaten an die Erdoberfläche. for transmitting real-time data to the surface.
  • [0055] [0055]
    In der Vorrichtung In the apparatus 300 300 kann die Datenübertragungseinrichtung , the data transmission device 342 342 eine Spülungsimpuls-Telemetrieeinheit, eine akustische Telemetrieeinheit oder auch einen Kurzetappen-Funksender zum Übertragen von Daten an einen anderen Datenfernsender a mud pulse telemetry unit, an acoustic telemetry unit or a short stages radio transmitter for transmitting data to another remote data transmitter 344 344 oberhab der Kernbohrvorrichtung oberhab the coring 300 300 für eine Rückübertragung zur Erdoberfläche umfassen, wobei die Fernsendeeinrichtungen Bohrspülungsimpuls-, akustische und elektromagnetische Telemetrie umfassen. include for return transmission to the earth's surface, wherein the remote end devices Bohrspülungsimpuls- include acoustic and electromagnetic telemetry. Schließlich kann die Datenübertragungseinrichtung Finally, the data transmission device 342 342 einen Transmitter zum Senden von Daten an die Erdoberfläche über die Seilverbindung a transmitter for transmitting data to the surface via the cable connection 328 328 durch eine Naßverbindung oder eine andere physikalische oder elektromagnetische Verbindung, wie dem Fachmann bekannt, umfassen. by a Naßverbindung or other physical or electromagnetic link as is well known in the art, include.
  • [0056] [0056]
    Es ist offensichtlich notwendig, daß eine gewisse Form einer Stromversorgung It is obviously necessary that some form of power supply 346 346 in der Innenrohreinheit angebracht ist, um die Bohrlochdateninstrumentierung und die Datenübertragungseinrichtung mit Strom zu versorgen, und diese kann durch von Batterien (ggf. in wiederaufladbarer Ausführung) sowie von einer Bohrspülungsturbine, oder einer Kombination hiervon, wie im Stand der Technik bekannt, gebildet sein. be mounted in the inner tube assembly to supply the borehole data instrumentation and the data transmission device with power, and this can by batteries (possibly in rechargeable version) as well as a Bohrspülungsturbine, such formulations or a combination, as is known in the art, are formed. Statt dessen kann der Strom durch den Seilstrang Instead, the current can through the cable strand 328 328 zugeführt werden, jedoch ist eine solche Ausbildung weniger bevorzugt, da sie das ständige Vorhandensein des Seilstrangs are fed, however, such a design is less preferred because the permanent presence of the rope strand 328 328 im Bohrstrang während des Kernbohrens verlangt. required in the drill string during core drilling.
  • [0057] [0057]
    Es versteht sich für den Fachmann, daß die Richtungsinstrumentierung ebenso wie zur Verwendung zum Steuern des Bohrlochverlaufes auch zum Entwickeln und Erhalten einer Aufzeichnung der Ausrichtung des Kerns während seines Schneidens benutzt werden kann (und wünschenswerterweise benutzt wird), so daß die Kerndaten mit den Daten in Beziehung gesetzt werden können, die aus der die Kernbohrvorrichtung It is understood by those skilled in the art that the direction of instrumentation can also be such as to be used also used to control the wellbore path to develop and maintain a record of the orientation of the core during its cutting (and desirably is used), so that the core data with the data in relationship can be set from the coring 300 300 umgebenden Formation gewonnen werden, aus der die Kernprobe ausgeschnitten wird. surrounding formation are obtained, from which the core sample is cut.
  • [0058] [0058]
    7 7 veranschaulicht eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer Kernbohrvorrichtung illustrates a second preferred embodiment of a coring 300a 300a , bei der die zuvor mit Bezug auf Wherein the previously with reference to 6 6 beschriebenen Bauteile und Merkmale mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. described components and features are designated by the same reference numerals. Demgemäß werden nur bedeutsame Unterschiede zwischen den beiden Kernbohrvorrichtungen bei der Beschreibung der Vorrichtung Accordingly, only significant differences between the two Kernbohrvorrichtungen in the description of the device 300a 300a angeführt. led. In der Vorrichtung In the apparatus 300a 300a ist die Formationsbewertungsinstierung is the Formationsbewertungsinstierung 338 338 in der Wand des Kernrohrs in the wall of the core tube 302 302 untergebracht und kann eine Reihe von in Umfangsrichtung um das Rohr housed and may include a series of circumferentially around the pipe 302 302 verteilten Druckgehäusen oder ein ununterbrochenes ringförmiges Druckgehäuse umfassen. distributed pressure housings or a continuous annular pressure housing cover. Wie durch nach innen und außen von der Instrumentierung Such as by inwardly and outwardly of the instrumentation 338 338 gerichtete Pfeile gezeigt, erleichtert eine solche Ausgestaltung das gleichzeitige Aufnehmen von Formationsbewertungsdaten von der Umgebungsformation und von einem Kern shown directional arrows, facilitates such a configuration, the simultaneous recording of formation evaluation data from the surrounding formation and a core 350 350 , wenn er in die Mündung When, in the mouth 333 333 des Kernbohrrohres the Kernbohrrohres 332 332 eintritt und sich in diesem realtiv nach oben bewegt (aufgrund der Vorwärts- bzw. Abwärtsbewegung der Kernbohreinheit). occurs and in this realtiv moved up (due to the forward and backward movement of the core drilling). Beliebige oder sämtliche der oben erwähnten Arten von Formationsbewertungs instrumentierungen können verwendet werden, wobei sich versteht, daß Gammastrahlenemission, Porosität, Dichte, Widerstand, nukleare Magnetresonanz und Schallmessungen als besonders geeignet in bezug auf die Eigenschaften des Kerns Instrumentation any or all of the above mentioned types of formation evaluation may be used, it being understood that gamma ray emission, porosity, density, resistivity, nuclear magnetic resonance and noise measurements to be particularly suitable with regard to the properties of the core 350 350 gelten. . apply Das Kernrohr The core tube 302 302 und die Wand und deren Äußeres können demgemäß als transparent für einfallende und (in einigen Fällen) ausgehende Felder, Wellen, subatomare Partikel und andere bei der Vornahme solcher Messungen verwendete Signale gestaltet werden. and the wall and their appearance can be designed to be transparent to incident and (in some cases) outgoing fields, waves, subatomic particles and other used in making such measurements signals accordingly. Es versteht sich, daß die verschiedenen Stellen, die für Sensoren zum Messen der verschiedenen Bohrlochparameter dargestellt und beschrieben sind, je nach der logischen Stelle für die jeweils am besten zu erhaltenden Daten variiert werden können und somit sich die Einheiten entsprechend ändern. It is understood that the various locations that are shown and described for sensors for measuring different downhole parameters, depending on the logical site for the respectively best data to be obtained can be varied and thus change the units accordingly.
  • [0059] [0059]
    Wie oben angeführt, ist es in hohem Maße wünschenswert, wenn nicht sogar wesentlich, die Ausrichtung des Kerns (Azimuth, Winkel in bezug auf die Vertikale) sowohl in einem absoluten Sinn als auch für eine Korrelation mit der meßuntersuchten Umgebungsformation zu bestimmen. As stated above, it is highly desirable, if not essential, the orientation of the core (azimuth angle with respect to the vertical) to determine both in an absolute sense as well as for a correlation with the meßuntersuchten surrounding formation. Andere Abweichungen der Vorrichtung Other variations of the device 300a 300a von der Vorrichtung from the device 300 300 umfassen die Anordnung eines Prozessors oder von Prozessoren und eines elektrischen Speichers include the arrangement of a processor or processors and an electric memory 340a 340a sowie eine Stromquelle and a power source 346 346 im Kernrohr in the core tube 302 302 und die Verwendung des Telemetriefunksenders and the use of the telemetry radio transmitter 354 354 um Übertragen von Daten an einen Empfänger for transmitting data to a receiver 356 356 in der Innenrohreinheit in the inner tube assembly 306 306 zur Rückübertragung zur Oberfläche über die Datenübertragungs- bzw. Telemetrievorrichtung to transfer back to the surface via the data transmission and telemetry device 342 342 , die ein Spülungsimpulsgeber oder eine andere oben angegebene Systemart sein kann. Which may be a pulse lavage or any other above mentioned type of system. Des weiteren ist in der Innenrohreinheit Further, in the inner tube assembly 306 306 eine weitere Stromquelle a further current source 346 346 zur Stromversorgung nicht nur der Datenübertragungseinrichtung for the power supply not only the data transmission device 342 342 , sondern auch der zusätzlichen Prozessoren und des Speichers But also the additional processors and memory 340b 340b sowie der Richtungselemente and the directional elements 336 336 untergebracht. accommodated. Somit können sowohl Formations- als auch Richtungsdaten zur Oberfläche in Echtzeit gesendet werden, und die einen oder beide Daten können, wie gewünscht, im Speicher Thus, both mation and direction data to the surface in real time can be sent, and one or both of data can, as desired, in the memory 340b 340b für eine periodische Entnahme mit der Innenrohreinheit for periodic removal of the inner tube assembly 306 306 zur Abgabe an der Oberfläche gespeichert werden. are stored for delivery to the surface. Es ist ferner zu bemerken, daß die Anordnung der Formationsbewertungsinstrumentierung It is further to be noted that the arrangement of the formation evaluation instrumentation 338 338 unmittelbar an der Kernbohrkrone directly to the core bit 304 304 eine äußerst vorteilhafte Stelle für die Bohrungsparameterinstrumente an extremely advantageous location for drilling parameter instruments 360 360 ist, um solche Merkmale wie Drehmoment, Rotationsgeschwindigkeit, Gewicht auf der Bohrkrone, Vibration und Druck sowie Richtungsparameter, wie oben erläutert, zu überwachen, wobei die letzteren für eine Gesamtsteuerung des Bohrlochweges wie auch zum genauen Ermitteln der Stelle und Ausrichtung potentieller Zonen oder Schichten von Interesse von Vorteil sind. is to on the drill bit, vibration and pressure, and the direction parameter, as explained above monitor such features as torque, rotational speed, weight,, the latter for overall control of the wellbore path as well as for accurately determining the location and orientation of potential zones or layers of are beneficial interest. Wie gezeigt, kann die Richtungsinstrumentierung As shown, the direction Instrumentation 336 336 wahlweise im Kernrohr either in the core tube 302 302 untergebracht sein, anstatt von der Innenrohreinheit be accommodated, instead of the inner tube assembly 306 306 abgestützt zu werden. to be supported.
  • [0060] [0060]
    8 8 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform shows a third preferred embodiment 300b 300b einer Kernbohrvorrichtung nach der Erfindung. a coring device according to the invention. Wie bei der Ausführungsform As with the embodiment 300a 300a sind die zuvor beschriebenen Merkmale und Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und nur die Unterschiede zwischen der Vorrichtung are the above-described features and components with the same reference numerals, and only the differences between the device 300b 300b und den früher beschriebenen werden im einzelnen behandelt. and the previously described are treated in detail. Wie gezeigt, umfaßt die Vorrichtung As shown, the apparatus comprises 300b 300b einen Instrumentenrohrabschnitt an instrument pipe section 370 370 oberhalb der Kernrohres above the core tube 302 302 , der eine oder mehrere Einrichtungen der Richtungs-, Formationsbewertungs- und Bohrparameterinstrumentierungen That one or more means of directional, Formationsbewertungs- and Bohrparameterinstrumentierungen 336 336 , . 338 338 und and 360 360 darbietet. presents. Der Rohrabschnitt The pipe section 370 370 kann ein modifiziertes Reservoirnavigationswerkzeug umfassen, das von der INTEQ-Betriebseinheit des Anmelders erhältlich ist. may comprise a modified reservoir navigation tool, which is available from the INTEQ operation unit of the applicant. Der Rohrabschnitt The pipe section 370 370 enthält eine Stromquelle contains a power source 346 346 sowie eine Datenverarbeitungs- und Speicherelektronik and an electronic data processing and storage 340a 340a . , Daten aus dem Rohrabschnitt Data from the pipe section 370 370 werden über eine Kurzetappen-Sender/Empfänger-Kombination be a short stages transmitter / receiver combination 354 354 und and 356 356 an eine Datenübertragungseinheit a data transmission unit 342 342 in der Innenrohreinheit in the inner tube assembly 306 306 übertragen, die ebenfalls eine Stromquelle transferred, which is also a power source 346 346 und vorzugsweise zumindest einen Speicher and preferably at least a memory 340b 340b enthält, falls die Verarbeitungsfähigkeit nicht andersweitig in der aufholbaren Einheit verlangt wird. includes, where the processing capability is not otherwise shared demands made up for in the unit. Ferner kann, wie gezeigt, die Richtungsinstrumentierung Further, as shown, the direction Instrumentation 336 336 in der Innenrohreinheit in the inner tube assembly 306 306 anstatt im Rohrabschnitt rather than in the pipe section 370 370 enthalten sein, und eine zusätzliche Stromquelle be included, and an additional current source 346 346 kann die Richtungsinstrumentierung , the direction Instrumentation 336 336 speisen. dine. Eine Übertragungsverbindung A communication link 362 362 , die von der Richtungsinstrumentierung , The direction of the Instrumentation 336 336 und dem Speicher and the reservoir 340b 340b ausgeht, kann eine festverdrahtete Verbindung umfassen, die eine Schleifringkupplung verwendet, um die Lagereinheit starting, may comprise a hard-wired connection which utilizes a slip ring coupling to the bearing unit 360 360 zu durchqueren, oder eine elektromagnetische Kurzetappen-Funkverbindung. to cross, or an electromagnetic short stages wireless connection. Eine weitere Wahlmöglichkeit besteht darin, eine Telemetrieeinheit A further option is to provide a telemetry unit 342 342 im Rohrabschnitt in the pipe section 370 370 zu verwenden und zur Oberfläche von dieser Daten von den Instrumenten in der Innnenrohreinheit to use and to the surface of these data from the instruments in the Innnenrohreinheit 306 306 übertragen, die in Kurzetappen-Verbindung mit dem Rohrabschnitt transmitted in the short-stages connection with the pipe section 370 370 in einer Anordnung umgekehrt zu der gezeigten stehen. in an array are reversed to that shown.
  • [0061] [0061]
    9 9 beschreibt eine vierte bevorzugte Ausführungsform describes a fourth preferred embodiment 300c 300c der Kernbohrvorrichtung nach der Erfindung. The coring device according to the invention. Wie bei den früheren Figuren werden die Merkmale und Elemente, wenn möglich, mit schon verwendeten Bezugszeichen bezeichnet, und nur bedeutsame Unterschiede in der Vorrichtung nach As with the earlier Figures, the features and elements, if possible, referred to with reference numerals already used, and only significant differences in the apparatus of 9 9 werden im einzelnen beschrieben. be described in detail. Die Vorrichtung The device 300c 300c verwendet einen Telemetrierohrabschnitt using a telemetry pipe section 380 380 oberhalb des Kernrohres above the core tube 302 302 , wobei im Rohrabschnitt Wherein the pipe section 380 380 vorzugsweise eine akus tische oder elektromagnetische Telemetrie- oder Datenübertragungseinrichtung preferably an acoustically tables or electromagnetic telemetry or data transmission device 342 342 untergebracht ist. is housed. Die Formationsbewertungsinstrumentierung The formation evaluation instrumentation 338 338 und die Bohrparameterinstrumentierung and the Bohrparameterinstrumentierung 360 360 sind im Kernrohr are in the core tube 302 302 untergebracht und, wie bei der Ausführungsform gemäß housed and, according to the embodiment 7 7 , kann die Formationsbewertungsinstrumentierung die Fähigkeit haben, eine Einblicksmessung einer Kernprobe , Formation evaluation instrumentation may have the ability to provide insight measurement of a core sample 350 350 vorzunehmen, wenn sie sich in das Kernrohr be made if they are in the core tube 332 332 bewegt. moved. Eine festverdrahtete Telemetrieverbindung A hard-wired telemetry 382 382 kann verwendet werden, um Daten von den kernrohrabgestützten Instrumenten an den Telemetrierohrabschnitt can be used to transfer data from the instruments to the telemetry kernrohrabgestützten pipe section 380 380 über Kupplungen zwischen dem Kernrohr und dem Rohrabschnitt via couplings between the core pipe and the pipe section 380 380 zu übertragen, wie es an sich bekannt ist, oder es kann eine Kurzetappen-Funkeinrichtung verwendet werden. transfer, as it is known per se, or it may be a short stages radio device may be used. In gleicher Weise kann die Richtungsinstrumentierung In the same way, the direction Instrumentation 336 336 , (wahlweise entweder in der Innenrohreinheit (Optionally either in the inner tube assembly 306 306 oder im Kernrohr or in the core tube 302 302 untergebracht) in Kurzetappen an den Telemetrierohrabschnitt housed) in short stages to the telemetry pipe section 380 380 Übertragungen ausführen, wobei eine solche Einrichtung vorzugsweise bei einer festverdrahteten Verbindung zwischen der Innenrohreinheit Perform transfers, such a device preferably at a hardwired connection between the inner tube assembly 306 306 und dem Kernrohr and the core barrel 302 302 oder dem Telemetrierohrabschnitt or the telemetry pipe section 380 380 erfolgt. carried out.
  • [0062] [0062]
    Es versteht sich, daß, wie oben mit Bezug auf It is understood that, as above with respect to 3 3 beschrieben, ein zentraler Stopfen zum Bohren des vollen Bohrlochdurchmessers gegen die Innenrohreinheit describes a central plug for drilling the full borehole diameter against the inner tube assembly 306 306 ausgetauscht werden kann, bis das zu kernende Intervall erreicht ist. can be replaced until the end to core interval is reached. Ferner kann ein solcher zentraler Stopfen mit einer Datenübertragungseinrichtung, einem elektronischen Speicher und einem Kurzetappenempfänger verwendet werden, um Daten zur Oberfläche von der Formationsbewertungsinstrumentierung Furthermore, such a plug with a central data transmission device, an electronic memory and a short-stage receiver may be used to transmit data to the surface of the formation evaluation instrumentation 338 338 , der Bohrparameterinstrumentierung Which Bohrparameterinstrumentierung 360 360 oder selbst von der im Kernrohr or even of the core tube 302 302 enthaltenen Richtungsinstrumentierung direction instrumentation included 336 336 , wie oben bei den Ausführungsformen nach den As described above in the embodiments of the 6 6 bis to 9 9 beschrieben, zu übertragen. described transfer. Somit kann durch Echtzeitbewertung der Formationseigenschaften beim Bohren des Bohrloches eine geeignete Stelle für den Beginn des Kernbohrens in einer potentiellen Zone oder Schicht von Interesse virtuell unmittelbar und mit verhältnismäßig großer Präzision im Vergleich zu den vorbekannten Techniken identifiziert werden. Thus, an appropriate location for the start of core drilling in a potential zone or layer of interest can be identified virtually immediately and with relatively high precision in comparison to the prior techniques through real-time evaluation of formation characteristics during drilling of the borehole. An einem solchen Punkt wird der zentrale Stopfen zurückgeholt und eine Innenrohreinheit At such point, the central plug is retrieved and an inner tube assembly 306 306 in das Kernrohr in the core tube 302 302 an seinem Platz eingesetzt. used in its place. In gleicher Weise, und mit einer entsprechenden Formationsbewertungsinstrumentierung während des Kernbohrvorgangs, kann eine verhältnismäßig präzise Beendigung des Intervalls bzw. der Zone von Interesse bestimmt werden. In the same way, and with a corresponding formation evaluation instrumentation during the coring operation, a relatively precise termination of the interval or the zone of interest can be determined. An einem solchen Punkt kann das Kernbohren beendet, der letzte Kern herausgeholt und ein mittlerer Stopfen wieder in das Kernrohr eingesetzt werden, um ohne Kernentnahme vorwärts zu bohren. At such point, the coring can be terminated, taken out of the last core and a medium stoppers are re-inserted into the core tube, to drill forward without coring. Auf diese Weise kann eine Mehrzahl von Zonen von Interesse lokalisiert und unter Kernbildung gebohrt werden, während die Intervalle zwischen den Zonen von Interesse lediglich gemessen und ohne eine Kernentnahme gebohrt werden. In this way a plurality of zones can be located and drilled under interest of nucleation, while the intervals between the areas of interest only measured and drilled without a core removal.
  • [0063] [0063]
    Wie in How to 10 10 gezeigt, kann es wünschenswert sein, die Kernbohrvorrichtung nach der Erfindung in einer Ausführung shown, it may be desirable for the coring device according to the invention in an embodiment 400 400 , hier mit einem zentralen Stopfen Here with a central plug 402 402 an seinem Platz gezeigt, so zu gestalten, daß die Formationsbewertungsinstrumentierung shown in its place, must be such that the formation evaluation instrumentation 338 338 innerhalb des eigentlichen Halses within the actual neck 310 310 der Bohrkrone the drill bit 304 304 selbst und unmittelbar angrenzend an die vorauslaufende Fläche itself and immediately adjacent to the leading end surface 404 404 des Stopfens the plug 402 402 , in dem Schneidglieder In which cutting members 406 406 angeordnet sind, vorgesehen ist. are arranged, is provided. Eine derartige Sensornähe zur Formation vor der Kernbohrvorrichtung kann eine Umgestaltung der inneren Spülungskanäle Such a sensor close to the lineup before coring, a transformation of the inner flushing channels 408 408 der Kernbohrkrone the core bit 304 304 , wie gezeigt, erfordern, da es evtl. nicht mehr möglich ist (vgl. den zentralen Stopfen As shown, requiring as it may no longer be possible (see. The center plug 80 80 und den Kanal and the channel 86 86 nach after 3 3 ), derartige Kanäle durch das Ende des zentralen Stopfens zu führen. ), Such channels to guide you through the end of the central plug. Die Kanäle The channels 408 408 sind nur bei einem zentralen Stopfen are only at a central plug 402 402 in Betrieb, der durch eine entsprechende Gestaltung der Innenrohreinheit abgesperrt ist, um so eine Verunreinigung des Kerns zu vermeiden. in operation, which is shut off by an appropriate design of the inner tube assembly, so as to avoid contamination of the core. Selbstverständlich kann, wie oben ausgeführt, die Richtungs- und/oder Bohrparameterinstrumentierung auch in einen zentralen Stopfen wie etwa die Verschlußeinrichtung Of course, as stated above, the direction and / or also in a central Bohrparameterinstrumentierung stopper such as the closure means 80 80 oder or 402 402 einbezogen sein. be included.
  • [0064] [0064]
    Obschon Kurzetappen- und Ferntelemetriesysteme oben mit Blick auf einen einzigen Sender und Empfänger aus Gründen der Einfachheit beschrieben worden sind, versteht sich ohne weiteres, daß eine Zweiwegübertragung in vielen Fällen wünschenswert sein kann, wie etwa, um die Instrumentierung zu aktivieren oder zu entaktivieren, die Instrumentierung auf eine andere Betriebsart umzuschalten oder die Instrumentierung für Kalibrierungs- oder Testzwecke zu befragen. Although Kurzetappen- and remote telemetry systems have been described above with a view of a single transmitter and receiver for the sake of simplicity, will be readily appreciated that a two-way in many cases may be desirable, such as to enable the instrumentation or to deactivate the toggle instrumentation to a different mode or to question the instrumentation for calibration or testing purposes. Obschon ferner die oben beschriebene Instrumentierung sämtlich im Bohrloch als Teil der erfindungsgemäßen Kernbohrvorrichtung angeordnet ist, ist für den Fachmann offensichtlich, daß eine Oberflächeninstrumentierung auf oder unter der Bohrplattform vorgenommen werden kann, um bohrungsbezogene Parameter zu überwachen, die mit den aus der Bohrlochinstrumentierung empfangenen Daten in Beziehung gesetzt und in Verbindung mit diesen verwendet werden können. Although Further, the instrumentation described above is all disposed in the wellbore as part of the coring according to the invention, be apparent to those skilled in the art that a surface of instrumentation can be done on or below the rig to monitor drilling-related parameters in the received data from the downhole instrumentation relationship can be set and used in conjunction with them. Somit kann eine Oberflächeninstrumentierung Thus, a surface instrumentation 500 500 , wie in As shown in 6 6 gezeigt, in Verbindung mit einem Computer shown in conjunction with a computer 502 502 und mit Daten verwendet werden, die aus dem Bohrloch durch einen Empfänger are used, and with data from the wellbore by a receiver 504 504 empfangen werden, um dem Bedienungspersonal Daten durch ein Display be received by the operator through a data display 506 506 darzubieten. to present. Das Display kann ein digitales oder graphisches Display in transienter Form (wie auf einem Videoschirm) oder permanenter Form (Papier, Film, elektronischer Speicher einschl. magnetischer oder optischer Speicher usw.) sein und ggf. über Landleitungen, Radiotelemetrie oder Satellitenverbindung an einen anderen Ort zur weiteren Bewertung wieder übertragen werden. The display, a digital or graphic display in transient form (such as on a video screen) or permanent form (paper, film, electronic memory incl. Magnetic or optical storage etc) and possibly via land lines, radio telemetry or satellite link to another site be transferred back for further review.
  • [0065] [0065]
    Da Seilstränge bzw. -leitungen, Fanggeräte, Rastkupplungen und Verriegelungseinrichtungen, Kernfänger, Lagereinheiten und andere Kernrohrkomponenten in einer großen Konstruktionsvielfalt im Stand der Technik bekannt sind, sind diese Elemente nicht im einzelnen beschrieben worden. Since cable strands or lines, fishing gear, catch couplings and locking systems, core catcher, storage units and other core tube components in a wide variety of construction are known in the art, these elements have not been described in detail. In gleicher Weise können verschiene Bypassventileinheiten verschiedener Konstruktionen mit Kernrohren nach der Erfindung verwendet werden, um abwechselnd Bohrspülung durch oder um die Innenrohreinheiten zu leiten und die Verdrängung der Spülung durch den Kern zu ermöglichen. In the same way bypass valve control various units of different constructions may be used with core tubes of the present invention to alternately conduct drilling fluid through or around the inner tube units and to allow the displacement of the mud through the core. Da jedoch derartige Einrichtungen ihrerseits in jeder Beziehung herkömmlicher Art sind, die dem Fachmann grundsätzlich bekannt sind, sind sie hier ebenfalls weder dargestellt noch bechrieben. However, since such devices are themselves in all respects conventional type, which are known to those skilled in principle, they are also here neither illustrated nor bechrieben. Schließlich sind die verschiedenen Arten der Richtungs- und Bohr- sowie Formationsparameterinstrumentierung, die vorstehend erwähnt sind, im Stand der Technik bekannt, ebenso wie die zugehörigen Datenübertragungs- und dgl. Elektronikeinrichtungen (Prozessoren, Speicher, Stromquellen usw.), für die daher ebenfalls keine detaillierte Beschreibung erforderlich ist. Finally, electronic devices are different types of directional drilling and formation parameters, and instrumentation that are mentioned above, known in the art, as are the associated data transmission and the like. (Processors, memory, power sources, etc.) for which, therefore, also no detailed description is required.
  • [0066] [0066]
    Obgleich die Erfindung anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist sie nicht auf diese beschränkt, und zahlreiche Veränderungen der dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen können durchgeführt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er durch die Ansprüche defininiert ist. Although the invention with reference to certain preferred embodiments have been described, it is not limited to this, and numerous modifications of the embodiments shown and described may be made without departing from the scope of the invention as it is defininiert by the claims.
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Cooperative ClassificationE21B47/124, E21B25/08, E21B10/64, E21B47/12, E21B25/16, E21B41/0085, E21B47/065, E21B25/02, E21B47/06, E21B47/122, E21B47/011, E21B47/14, E21B47/18, E21B47/00
European ClassificationE21B47/01P, E21B47/00, E21B41/00R, E21B47/12S, E21B47/06B, E21B47/12M, E21B25/02, E21B47/06, E21B25/16, E21B25/08, E21B47/14, E21B47/12, E21B47/18, E21B10/64
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