DE3813508C1 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kernbohrwerkzeug in
einer Ausbildung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1,
wie es beispielsweise aus der US-PS 11 34 203 bekannt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kernbohrwerk
zeug gattungsgemäßer Art zu schaffen, mit dem neben Ge
steinsproben auch Daten aus dem Bohrloch lieferbar sind,
mit deren Hilfe die Effizienz des Kernbohrvorganges erhöht
werden kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Kernbohrwerkzeug
mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs
1. Hinsichtlich wesentlicher weiterer Ausgestaltungen wird
auf die Ansprüche 2 bis 14 verwiesen.
Die Anordnung der Meßeinheit im oberen Bereich des relativ
zum Außenrohr unverdrehbaren Kernrohrteils des Innenrohrs
ermöglicht nicht nur eine ständige, von Störeinflüssen
des Bohrvorganges weitgehend unabhängige Datenerfassung,
-verarbeitung und -speicherung, sondern auch eine von einem
Ausbau des Außenrohres und des Bohrgestänges unabhängige
Datenübertragung zu einem übertägigen Informationsempfänger,
und zwar entweder intermittierend oder im Bedarfsfalle
auch stetig. Eine besonders einfache intermittierende Ab
lieferung ermittelter, verarbeiteter und gespeicherter
Daten erfolgt in Verbindung mit dem Aufziehen des Kernrohrs
für die Zutageförderung eines erbohrten Kerns. Eine andere,
vom Zutagefördern des Innenrohrs unabhängige Möglichkeit
zur obertägigen Ablieferung von Daten verwirklicht eine
Meßeinheit, die mittels eines besonderen Fangwerkzeugs
aus dem Kernrohrteil lösbar und von diesem unabhängig zutage
förderbar ist, was lediglich eine ringförmige Grundge
staltung des Trägerteils des Innenrohres voraussetzt. Zum
Zwecke einer intermittierenden oder auch ständigen Daten
übermittelung an einen übertägigen Informationsempfänger
kann die Meßeinheit mit einem Druckpulsgeber gekoppelt
sein, mit dessen Hilfe von Sensoren obertägig erfaßbare,
ermittelten Daten der Meßeinheit entsprechende Druckpulse
in der Bohrspülung erzeugbar sind.
Meßeinheiten zur Erfassung ausgewählter Daten in einem
Bohrloch sind grundsätzlich bekannt, bilden jedoch entweder
gesondert mittels Seil od.dgl. in ein Bohrloch absenkbare
Einheiten oder Einheiten, die einem Bohrwerkzeug fest zuge
ordnet und nur mit diesem bei einem Roundtrip wieder zutage
förderbar sind (US-PSen 41 61 782, 43 89 792 und 44 99
955).
Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung ist
in der Zeichnung schematisch näher veranschaulicht. In
der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine abgebrochene schematische Gesamtdar
stellung einer Kernbohranlage mit einem
Kernbohrwerkzeug nach der Erfindung, teilweise
im Schnitt,
Fig. 2 einen abgebrochenen Längsschnitt durch ein
Kernbohrwerkzeug erfindungsgemäßer Ausbildung,
und
Fig. 3 eine schematische Einzeldarstellung der Meßein
heit, teilweise im Längsschnitt.
Die Fig. 1 veranschaulicht in schematischer Darstellung
eine Bohranlage mit einem Bohrturm 1 und einer Bohrplattform
2 mit einem nicht näher dargestellten, durch einen Antrieb
in Umdrehung versetzbaren Drehtisch für einen Bohrrohrstrang
3, der sich in einem Bohrloch 4 zu einem Kernbohrwerkzeug
5 herab erstreckt.
Das Kernbohrwerkzeug 5 umfaßt ein Außenrohr 6, das an seinem
oberen Ende über nicht näher dargestellte Anschlußmittel,
z.B. Schraubgewindeanschlüsse, mit dem unteren Ende des
Bohrrohrstranges 3 und an seinem unteren Ende mit einer
Kernbohrkrone 7 verbunden ist.
Ferner umfaßt das Kernbohrwerkzeug ein Innenrohr 8, das
eine gesondert zutage förderbare Baueinheit bildet, in
seinem unteren Bereich als Aufnahme für einen fortschreitend
erbohrten Kern 9 ausgebildet ist und in seinem oberen
Bereich eine Meßeinheit 10 zur Vororterfassung, -verarbei
tung und -speicherung von Bohrloch-, Bohrkern- und/oder Bohr
prozeßparameter bildenden Daten versehen ist. Das Innenrohr
8 und die ihr zugeordnete Meßeinheit 10 können gemeinsam
hydraulisch mittels der Bohrspülung zutage gefördert werden,
jedoch kann das Innenrohr 8 auch durch ein Zugmittel 11,
das mittels einer Fangvorrichtung 12 mit dem oberen Ende
des Innenrohrs 8 kuppelbar ist, aufgezogen werden, das
obertägig auf eine mittels eines nicht dargestellten
Antriebs in Umdrehung versetzbare Wickeltrommel 13 aufläuft.
Wie der Fig. 2 näher entnommen werden kann, besteht das
Außenrohr 6 des Kernbohrwerkzeugs 5 aus mehreren Rohrab
schnitten 14, 15, die untereinander bei 16 verschraubt und
mittels einer Schraubverbindung 17 mit der Kernbohrkrone
7 verbunden sind.
Das Innenrohr 8 umfaßt einen im Außenrohr 6 mit diesem
mitdrehend abgestützten Trägerteil 18 sowie einen an diesem
mittels einer Lagerung 19 relativ zum Außenrohr 6 unver
drehbar aufgehängten Kernrohrteil 20, der bei dem darge
stellten Beispiel aus den untereinander bei 21 bzw. 22
verschraubten Teilen 23, 24 und 25 zusammengesetzt ist.
Die beiden Teile 23, 24 des Kernrohrteils 20 umschließen
gemeinsam die dementsprechend im oberen Bereich des Kern
rohrteils 20 angeordnete Meßeinheit 10, während der untere
Teil 25 die Aufnahme für einen erbohrten Kern 9 bildet.
Das Innere des unteren Teils 25 des Kernrohrteils 20 ist
über einen Durchlaß 27 mit dem Ringraum verbunden, wobei
diese Verbindung im Kernbohrbetrieb durch eine Ventilkugel
28 unterbrochen ist.
Wie der Fig. 3 entnommen werden kann, die ganz schematisch
die Meßeinheit 10 wiedergibt, umfaßt die Meßeinheit 10
beispielsweise eine Meßwertaufnahmeeinheit 29 mit einer
Mehrzahl von Meßwertaufnehmern 30, von denen lediglich
einer veranschaulicht ist, eine Verarbeitungseinheit 31
für Daten und eine Speichereinheit 32 für deren Speicherung.
Schließlich umfaßt die Meßeinheit 10 zu ihrer Energiever
sorgung eine Versorgungseinheit 33, die bei dem darge
stellten Beispiel von einem Satz wiederaufladbaren elek
trischen Batterien gebildet ist. Statt dessen kann als
Versorgungseinheit 33 auch ein von einer Bohrspülung an
treibbarer elektrischer Generator vorgesehen sein. Bei
der aus Kostengründen im Regelfall bevorzugten Verwendung
wiederaufladbarer Batterien versteht sich, daß Batterien
einer Ausbildung Verwendung finden, die dem Untertagebe
trieb, insbesondere den Temperaturverhältnissen, besonders
Rechnung tragen.
Die Meßeinheit kann einen durch eine Wärmeschutzvorrichtung
34 abgeschirmten Bereich für die Aufnahme wärmeempfindlicher
Bauteile, z.B. von Mikroprozessoren etc., aufweisen, jedoch
ist es statt dessen auch möglich, die jeweiligen wärme
empfindlichen Bauteile mit je einer gesonderten Wärmeschutz
vorrichtung auszurüsten.
Bevorzugt finden für die Ermittlung von Daten Meßwertauf
nehmer 30 für die Erfassung von Bohrlochtemperatur, Bohr
lochneigung, Bohrlochazimut, Bohrfortschritt, Bohrandruck,
Drehmoment, Drehzahl, Gesteinsbeschaffenheit, Kerngewinn,
Kernfortschritt, Kernverklemmung, Kernorientierung und/oder
Kernbeschaffenheit Verwendung, und die von den Meßwertauf
nehmern 30 jeweils aufgenommenen Daten werden nach vorgege
benen Programmen in der Verarbeitungseinheit 31 verarbeitet
und in der Speichereinheit 32 in unverarbeiteter und/oder
verarbeiteter Form gespeichert.
Um die aufgenommenen, verarbeiteten und gespeicherten Daten
einem obertägigen Informationsempfänger zuzuführen, kann
nach einem Aufziehen des Innenrohrs 8 die Meßeinheit 10
aus dem oberen Bereich des Kernrohrteils 20 genommen und
die Daten der Meßeinheit 10 über deren Kommunikationsan
schluß 34 entnommen werden, wobei zugleich eine Rückstellung
der Meßeinheit 10 für einen neuen Arbeitszyklus einhergehen
kann.
Statt dessen ist es auch möglich, die Meßeinheit 10 mittels
eines nicht dargestellten gesonderten Fangwerkzeugs bei
entsprechend freiliegender Anordnung ihres oberen Endes
zu erfassen, aus dem Kernrohrteil 20 unterirdisch auszulösen
und für sich zutage zu fördern, um eine intermittierende
Datenübermittlung unabhängig von Aufziehvorgängen des Innen
rohrs 8 gestalten zu können.
Statt dessen ist auch eine ständige Datenübermittlung denk
bar, nämlich dann, wenn die Meßeinheit 10 mit einem nicht
dargestellten Druckpulserzeuger zur Erzeugung von ober
irdisch mittels Sensoren meßbaren, ausgewerteten Meßdaten
entsprechenden Druckpulsen in der Bohrspülung gekoppelt
ist.
Eine ständige Datenübermittlung ist auch über eine Leitung
denkbar, die bei Verwendung eines mittels der Fangvorrich
tung 12 mit dem Innenrohr 8 verbindbaren Zugmittels 11
in diesem angeordnet sein kann. Dabei können die Fangvor
richtung 12 und die Meßeinheit 10 beim Fangen des Innenrohrs
8 in Datenübertragungseingriff gelangende Verbindungs
mittels aufweisen, z.B. solche, die eine induktive Über
tragung ermöglichen.
In besonderen Fällen kann während der Kernbohrvorgänge
die Fangvorrichtung 12 mit ihrem Zugmittel 11 ständig in
Eingriff mit dem Innenrohr 8 stehen, um eine fortlaufende
Datenübertragung zu gewährleisten. In der Regel genügt
jedoch eine intermittierende Datenübermittlung an den ober
tägigen Informationsempfänger im Zuge des Aufziehens des
Innenrohrs 8.
Claims (14)
1. Kernbohrwerkzeug (5) für Gesteinsbohrungen in unterir
dischen Bodenformationen, mit einem Außenrohr (6), das
an seinem oberen Ende über Anschlußmittel mit dem unteren
Ende eines in Antriebsumdrehungen versetzbaren Bohrrohr
stranges (3) und an seinem unteren Ende mit einer Kernbohr
krone (7) verbindbar ist, und mit einem Innenrohr (8),
das eine gesondert zutage förderbare Baueinheit bildet
und einen im Außenrohr (6) mit diesem mitdrehend abge
stützten Trägerteil (18) sowie einen an diesem mittels
einer Lagerung relativ zum Außenrohr (6) unverdrehbar aufge
hängten Kernrohrteil (20) für die Aufnahme eines erbohrten
Kerns (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern
rohrteil mit einer in seinem oberen Bereich angeordneten
Meßeinheit (10) zur Vororterfassung, -verarbeitung und
-speicherung von Bohrloch-, Bohrkern- und/oder Bohrprozeß
parameter bildenden Daten versehen ist.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßeinheit (10) Meßwertaufnehmer (30) für die Er
fassung von Bohrlochtemperatur, Bohrlochneigung, Bohrloch
azimut und/oder Bohrfortschritt aufweist.
3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Meßeinheit (10) Meßwertaufnehmer (30) für
die Erfassung von Bohrandruck, Drehmoment und/oder Drehzahl
des Außengehäuses umfaßt.
4. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (10)
Meßwertaufnehmer (30) für die Erfassung von Informationen
über die Gesteinsbeschaffenheit der Bodenformation aufweist.
5. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (10)
Meßwertaufnehmer (30) für die Erfassung von Kerngewinn,
Kernfortschritt, Kernverklemmung, Kernorientierung und/oder
Kernbeschaffenheit umfaßt.
6. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (10)
mit dem Innenrohr (8) gemeinsam mechanisch aufziehbar oder
hydraulisch mittels der Bohrspülung zutage förderbar ist.
7. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines
mittels einer Fangvorrichtung (12) mit dem Innenrohr (8)
verbindbaren Zugmittels (11) dieses eine Leitung zur Meß
datenübertragung an die Oberfläche umfaßt.
8. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fangvorrichtung (12) und die Meßeinheit (10) beim
Fangen des Innenrohrs (8) in Datenübertragungseingriff
gelangende Verbindungsmittel aufweisen.
9. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (10)
zu ihrer Energieversorgung mit wiederaufladbaren elek
trischen Batterien (33) versehen ist.
10. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (10)
zu ihrer Energieversorgung mit einem von der Bohrspülung
antreibbaren elektrischen Generator versehen ist.
11. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (10)
zumindest einen durch eine Wärmeschutzvorrichtung abge
schirmten Bereich für die Aufnahme wärmeempfindlicher Bau
teile aufweist.
12. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wärmeempfindliche Bau
teile der Meßeinheit (10) mit eigenen Wärmeschutzvorrich
tungen versehen sind.
13. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (10)
mit einem Druckpulserzeuger zur Erzeugung von oberirdisch
mittels Sensoren meßbaren, ausgewerteten Meßdaten ent
sprechenden Druckpulsen in der Bohrspülung gekoppelt ist.
14. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (10)
mittels eines gesonderten Fangwerkzeugs unterirdisch erfaß
bar, aus dem Kernrohrteil (20) auslösbar und für sich zutage
förderbar ist.
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