DE3340915A1

DE3340915A1 - Einrichtung zur messung des scheinwiderstandes in bohrloechern

Info

Publication number: DE3340915A1
Application number: DE19833340915
Authority: DE
Inventors: Donald S. 06107 West Hartford Conn. Grosso
Original assignee: Teleco Oilfield Services Inc
Current assignee: Teleco Oilfield Services Inc
Priority date: 1982-11-12
Filing date: 1983-11-11
Publication date: 1984-05-17
Also published as: FR2545942A1; GB8330131D0; GB2130378A; FR2545942B1; US4570123A; GB2130378B

Description

E)ORNER & HUFNAGEL PATENTANWÄLTE

UiNDWEHFiSTR. 37 8000 MÜNCHEN S TEL, 08S/59G7 04 ,

München, den 11. November 1983 /J Anwaltsaktenz.: 194 - Pat. 85

Teleco Oilfield Services Inc., Med-Way Park, 105 Pondview Drive, Meriden, Connecticut 06450, Vereinigte Staaten von Amerika

Einrichtung zur Messung des Scheinwiderstandes in Bohrlöchern

Die Erfindung betrifft die Ermittlung bestimmter Parameter von Bohrlöchern, insbesondere Parameter, welche beim Bohren von Erdöl-Bohrlöchern von Interesse sind. Im einzelnen betrifft die Erfindung die Messung des Scheinwiderstandes der Formation, wobei insbesondere eine neuartige Elektrodenanordnung zum Einsatz kommt. Von Bedeutung sind der Aufbau und Herstellungsverfahren für die Isolation und die Elektrodenanordnung.

Das Interesse an der Messung des Scheinwiderstandes der Formation während des Bohrens eines Bohrloches ist auf diesem Gebiete der Technik seit geraumer Zeit vorhanden. Die hierbei bedeutsamen Gesichtspunkte sind in der Literatur einschließlich der Patentliteratur sorgfältig diskutiert worden und es wurde eine Reihe von Apparaten und Systemen zur Messung des Scheinwiderstandes der Formation vorgeschlagen.

Der allgemeine Aufbau sieht die Befestigung von Elektroden an einem Segment oder Abschnitt des Bohrgestänges in bestimmter Bohrlochtiefe vor. Eine charakteristische bekannte Anordnung ist in Figur 1 gezeigt und enthält eine Reihe von

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vier Elektroden A, B, M und N, welche auf einem isolierten Abschnitt S eines Stahl-Bohrgestängeabschnittes D befestigt sind. Ein von der Elektrode A ausgehender Strom I^ nimmt sei- j nen Weg durch die Formation F und sammelt sich wieder an der | Elektrode B. Der Spannungsabfall zwischen den Elektroden M ■ und N wird durch das Voltmeter V gemessen und der Scheinwiderstand Rf der Formation wird aus der Werten 1·^ und Δ Vj_1n er- j rechnet. '

Es ergibt sich jedoch eine ernstzunehmende Ungenauigkeit bei diesem charakteristischen bekannten System, da ein beträchtlicher Streu-Strompfad oder Leck-Strompfad I₂ nicht über die Formation, sondern ausgehend beispielsweise von der Elektrode A über den Bohrgestängeabschnitt D zur Elektrode B verläuft. Während also der Gesamtwert des Stromes, der von der Elektrode A ausgeht, der Strom I ist, fließt nur ein Anteil I^ dieses Stromes von der Elektrode A über die Formation F zur Elektrode B, während ein beachtlicher Leckstrom I₂ in dem System selbst fließt. Somit ergibt sich, daß der Spannungsabfall

A V_MN nur eine Funktion der Stromkomponente I^ ist (wobei der Wert dieser Stromkomponehte unbekannt ist, selbst wenn der Gesamtstrom I, der von der Elektrode A ausgeht, bekannt ist), und aus diesem Grunde ist der errechnete Wert R^ des Scheinwiderstandes der Formation notwendig ungenau. Eine mögliche Maßnahme zur Beseitigung dieses Problems bei bekannten Systemen besteht darin, einen extrem langen isolierten Abschnitt S an dem Bohrgestänge vorzusehen, um den Leckstrompfad von der Elektrode A zu dem Bohrgestängeabschnitt zu unterbrechen oder den Leckstrom jedenfalls minimal zu machen. Die Verwendung eines extrem langen Isolierabschnittes um einen Bohrgestängeabschnitt herum ist jedoch praktisch nicht durchführbar, da eine Reihe besonderer weiterer Probleme hierdurch verursacht wird.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Einrichtung zur Messung des Scheinwiderstandes in Bohrlöchern

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so auszugestalten, daß eine hohe Meßgenauigkeit erzielt wird. Außerdem soll die Herstellung einer derartigen Einrichtung vergleichsweise einfach und billig sein. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale "-äes anliegenden Anspruches 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie ein Verfahren zur Herstellung der hier vorgeschlagenen Einrichtung sind Gegenstand der anliegenden, dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, deren Inhalt hierdurch ausdrücklich zum Bestandteil der Beschreibung gemacht wird, ohne an dieser Stelle den Wortlaut zu wiederholen.

Eine Einrichtung zur Messung des Scheinwiderstandes in Bohrlöchern ist gemäß der hier angegebenen Konstruktion mit einem Isoliersegment eines Bohrgestängeabschnittes versehen, wobei in dem Isoliersegment eine Reihenanordnung von fünf Elektroden in vorbestimmter Lage vorgesehen ist. Eine Stromquelle ist an eine erste der genannten Elektroden angeschlossen und eine erste Rückleitung führt von einer zweiten der genannten Elektroden zu der Stromquelle zurück. Die zweite Elektrode hat einen bestimmten Abstand von der ersten Elektrode in einer ersten Richtung. Eine dritte*und eine vierte Elektrode liegen zwischen der ersten und der zweiten Elektrode und sind mit einer Spannungsmeßeinrichtung verbunden, um die Spannung zwischen der dritten und der vierten Elektrode zu messen. Strommeßeinrichtungen zur Bestimmung des Stromes in der erwähnten ersten Stromrückleitung, eine fünfte Elektrode, welche von der erstgenannten Elektrode einen Abstand in einer zweiten Richtung besitzt sowie eine zweite Stromrückleitung von der fünften Elektrode zu der genannten Stromquelle vervollständigen die Einrichtung.

Wie bei den bekannten Einrichtungen fließt der Strom bei der hier vorgeschlagenen Einrichtung von der ersten Elektrode zur zweiten Elektrode und es wird dann der Spannungsabfall zwischen der ersten und der zweiten Elektrode durch Messung an der dritten und vierten Elektrode ermittelt. Jed-

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weder Leckstrom von der ersten Elektrode weg wird durch die fünfte Elektrode aufgenommen und wird getrennt von dem Strom- ; fluß zwischen der ersten und der zweiten Elektrode gehalten. j Eine Stromquelle, vorzugsweise eine Konstantstromquelle, dient ! zur Erzeugung des Stromes in dem die erste und die fünfte Elektrode enthaltenden Stromkreis. Auf diese Weise ist der Strom, welcher den Spannungsabfall zwischen der dritten und der vierten Elektrode erzeugt, genau bekannt und der Scheinwiderstand Rf der Formation kann präzise bestimmt werden.

Es wird hier auch ein verbesserter ElektxOdenaufbau zur Befestigung an einem Bohrgestängeabschnitt angegeben. Wie bereits gesagt, wird hier außerdem ein Verfahren zur Bildung der Elektroden oder zur Befestigung der Elektroden an dem Bohrgestängeabschnitt vorgeschlagen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert, in welcher einander entsprechende Einzelteile jeweils auch mit gleichen Bezugszahlen versehen sind. Im einzelnen stellen dar:

Im-

Fig. 1 eine bereits zuvor kurz betrachtete Darstellung einer Einrichtung zur Messung des Scheinwiderstandes in Bohrlöchern bekannter Art mit einer Anordnung von vier Elektroden,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung der vorliegend angegebenen Art,

Fig. 3 eine schematische Abbildung einer Einrichtung zur Herstellung der hier vorgeschlagenen Meßeinrichtung bzw. der Elektrodenanordnung und der zugehörigen Isolation zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens,

Fig. 4 eine Abwandlung der Einrichtung gemäß Figur 3 zur Erzeugung von eine Ausdehnung

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gestattenden Zwischenwänden in der Isolation,

Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform einer Einrichtung der hier angegebenen Art mit einer anderen Ausbildung der Isolation,

Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer gegenüber Figur 5 etwas abgewandelten Ausführungsform,

Fig. 7 eine Seitenansicht einer Einrichtung der

hier angegebenen Art in einer wiederum anderen Ausgestaltung-bezüglich der Elektrodenaufbaus und

Fig. 8 Abbildungen weiterer abgewandelter Ausfüh-

und 9 rungsformen des Elektrodenaufbaus und der Isolation.

Es sei nun auf Figur 2 Bezug genommen. In dieser Zeichnung ist die grundsätzliche Ausbildung der Elektrodenanordnung ei ner Einrichtung der vorliegend angegebenen Art gezeigt. Ein Bohrgestängeabschnitt 10 befindet sich in einem Bohrloch 12, welches durch eine Εχ-dformation F vorgetrieben worden ist. In üblicher Weise wird der Bohrgestängeabschnitt 10 von einem Längenstück eines Stahlrohrs gebildet, das an jedem Ende Verbinder aufweist, um andere, gleich ausgebildete Bohrgestängeabschnitte anschließen zu können, so daß ein langgestrecktes Bohrgestänge entsteht. Auf eine bestimmte Länge er füllt Isoliermaterial 14 eine zylindrische Ausnehmung oder Vertiefung 16 an der Oberfläche des Bohrgestängerohres, so daß eine ringförmige Isolationshülse gebildet ist, deren Aus senfläche 18 mit der Außenfläche 20 des Bohrgestängeabschnit tes bündig ist. Die Isolation 14 kann aus geeignetem Isolationsmaterial bestehen, um die Forderung einer guten elektri schen Isolation und einer Widerstandsfähigkeit gegen die Umgebungseinflüsse zu erfüllen, welchen eine Bohrgestängemuffe oder ein Bohrgestängeabschnitt im Betrieb ausgesetzt ist.

Eine Anordnung von fünf ringförmigen Elektroden A, B-^, B2,

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M und N sind in das Isolationsmaterial 14 eingebettet. Die Elektroden können aus einem geeigneten Leitermaterial, beispielsweise aus Eisen, gefertigt sein, wobei ihre Ringgestalt so ausgebildet ist,' daß ihre Außenfläche bündig mit der Aussenfläche der Isolationsschicht 14 ist oder gegenüber diesem Niveau etwas zurückgesetzt ist. Man erkennt aus Figur 2, daß zwar die Elektroden in das Isolationsmaterial oder die Isolationsschicht 14 eingebettet sind, daß sie aber von dem Boden der Ausnehmung 16 bestimmten Abstand haben, so daß die Elektroden gegenüber dem Stahl-Bohrgestängeabschnitt 10 isoliert sind. Die Elektroden M und N befinden s«ich zwischen den Elektroden A und B-^, während die Elektrode B2 im Abstand von der Elektrode A auf der von der Elektrode B-^ abgelegenen Seite angeordnet ist. Die Elektrode B-^ liegt im Bohrloch am tiefsten, d. h. dem Bohrlochgrund am nächsten, in der Anordnung von Elektroden, während die Elektrode B2 innerhalb der Elektrodenanordnung am höchsten liegt, d. h. dem Bohrlochgrund am fernsten ist. Eine Konstantstromquelle 22 ist an die Elektrode A gelegt und die Elektrode B-^ ist mit einer Rückleitung 24 zu der Konstantstromquelle 22 hin verbunden. Die Elektrode B2 ist an eine Rückleitung 26 zur Konstantstromguelle 22 angeschlossen und schließlich ist ein Voltmeter 26 zwischen die Elektroden M und N geschaltet.

Wenn die Konstantstromguelle 22 einen Strom I an die Elektrode A liefert, so bildet sich ein Strompfad Ij von der Elektrode A durch die Formation F zur Elektrode B^ hin aus. Wie zuvor schon ausgeführt, ergab sich bei bekannten Systemen ein Leckstrompfad außerdem zwischen der Elektrode A und der Bohrgestängemuffe, wodurch die Meßgenauigkeit bezüglich des Scheinwiderstandes der Formation verschlechtert wurde. Bei der hier vorgeschlagenen Einrichtung jedoch wird der zuvor erwähnte Leckstrom von der Elektrode B2 abgezogen, welche mit der Elektrode A zusammenwirkt, um einen zweiten Strompfad I₂ auszubilden. Somit ergibt sich die Beziehung, daß der von der Konstantstromguelle 22 ausgehende Strom I gleich der

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Summe der Ströme I^ und I2 ist. Der Strom I^ fließt in der Schaltung bzw. Rückleitung 24, während der Strom I2 in der Schaltung bzw. Rückleitung 26 fließt. Der Wert des Stromes I-j_ kann unmittelbar durch ein Amperemeter 30 gemessen werden oder aber der Strom I^ kann indirekt durch Messung des Stromes I2 in der Schaltung oder Rückleitung 26 und Abziehen dieses Stromes vom Gesamtstrom I ermittelt werden. In jedem Falle kann der Stromwert 1·^ genau bestimmt werden und daher erhält man gerade den Stromwert I ^, welcher für den Spannungsabfall zwischen den Elektroden M und N, nämlich Δ V_MN verantwortlich ist, als präzisen Wert. Der Spannungsabfall Δ Vj^ wird durch das Voltmeter 26a gemessen. Nachdem die Werte von I^ und Δ V_MN genau bekannt sind, kann nun der Scheinwiderstand R^ der Formation genau errechnet werden. Die gemessenen Spannungs- und Stromwerte können das Bohrloch hinauf zur Oberfläche durch Bohrschlamm-Impulstelemetrie übertragen werden oder es kann eine Übertragung in anderer bekannter Weise vorgenommen werden, oder aber es wird ein Rechenvorgang unter Verwendung der Spannungswerte und Stromwerte durch Einrichtungen unten im Bohrloch vorgenommen, so daß dann der errechnete Scheinwiderstandswert der Formation zur Oberfläche übertragen wird. In jedem Falle steht schließlich die wertvolle Information über den Scheinwiderstand der Formation präzise am oberen Bohrlochende zur Verfügung.

Der Isolierwerkstoff 14 kann aus einer Vielzahl unterschiedlicher Werkstoffe ausgewählt werden, wobei bestimmte grundsätzliche Minimalfox^derungen einzuhalten sind. Selbstverständlich muß der Werkstoff eine ausreichende elektrische Isolierfähigkeit aufweisen. Außerdem muß er stabil bis zu Temperaturen von etwa 150⁰C sein, d. h. sich bei solchen Temperaturen nicht zersetzen, erweichen oder in anderer Weise seine Eigenschaften verändern. Außerdem muß der Isolierwerkstoff den Einflüssen des Bohrschlammes, welcher den Ringraum zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwand erfüllt, standhalten und gegenüber öl oder Gas resistent sein, welche in

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dem Bohrschlamm vorhanden sein können. Weiterhin muß das Isoliermaterial auf das Material des Stahl-Bohrgestänges bzw. der Muffen abgestimmt sein, so daß der Isolierwerkstoff an der Bohrgestängemuffe oder dem Bohrgestängeabschnitt festgeklebt oder in anderer Weise fest anhaftend angebracht werden kann. Auch darf der Werkstoff nicht in wesentlichem Maße relativ zu der Bohrgestängemuffe oder dem Bohrgestängeabschnitt schrumpfen und der thermische Ausdehnungskoeffizient soll so weitgehend wie möglich an denjenigen der Bohrgestängemuffe oder des Bohrgestängeabschnittes angepaßt sein, wenn das Material nicht elastisch federnd ist. Innerhalb der Grenzen dieser Anforderungen kann der Isolierwerkstoff beispielsweise unter Materialien wie Kunstkautschuk, Keramik, thermisch aushärtenden, vergießbaren Kunststoffen wie Polyurethan, thermoplastisch vergießbaren Kunststoffen wie Polyamid, PoIystyren, Polypropylen oder Epoxyharz, ausgewählt werden.

Figur 3 zeigt eine Vorrichtung, mit welcher die in Isolationsmaterial eingebettete Anordnung von Elektroden herstellbar ist. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, werden Halteelemente 32 an dem Bohrgestängeabschnitt 10 in bestimmten Positionen im Abstand voneinander längs der Achse des Bohrgestängeabschnittes entsprechend der jeweils gewünschten Lage der fünf ringförmigen Elektroden angebracht. Diese Halteelemente 32 können beliebige elektrisch isolierende Stützelemente sein, welche so gestaltet oder ausgebildet sind, daß sie ein Durchströmen des noch nicht erhärteten Isolationsmaterials in axialer Richtung längs der Außenfläche des Bohrgestängeabschnittes gestatten. Die Elektroden A, Bjl , B2, M- und N werden dann auf die jeweils zugehörigen Halteelemente 32 aufgesetzt. Es versteht sich, daß die ringförmigen Elektroden in Ringsegmente aufgeschnitten werden und dann wieder zusammengesetzt werden müssen, um die Elektroden in die Ausnehmung 16 des Bohrgestängeabschnittes einsetzen zu können. Nachdem die Elektroden in die richtige Lage gebracht sind, wird eine Forir. 34 um die Elektroden-

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anordnung herum so zusammengesetzt, daß die Ausnehmung 16 ganz abgeschlossen ist_r so daß diese Ausnehmung einen Formhohlraum bildet. Ein vergießbares Material, beispielsweise ein thermisch aushärtendes Polyurethan, wird dann mit entsprechendem Druck und bei erhöhter Temperatur in die Form 34 eingepreßt, um den Formhohlraum entsprechend der Ausnehmung 16 auszufüllen. Nachfolgend wird die Form 34 entfernt, wenn der vergießbare Kunststoff ausgehärtet ist und die resultierende Struktur ist dann eine Anordnung ringförmiger Elektroden, welche in ein ringförmiges oder hülsenförmiges Längenstück eines Isolierwerkstoffes eingebettet sind, der in einer Ausnehmung am Umfang eines Bohrgestängeabschnittes vorgesehen ist.

Figur 4 zeigt eine gegenüber Figur 3 abgewandelte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bildung der in Isolierwerkstoff eingebetteten Elektrodenanordnung. Gemäß Figur 4 sind Vorkehrungen getroffen, um bei der fertigen Anordnung verschiedene Ausdehnungskoeffizienten des Isolierwerkstoffs einerseits und des Bohrgestängeabschnittes andererseits zu kompensieren. Diese Kompensation erfolgt cfurch Anordnung ringförmiger Ausdehnungsscheiben oder -trennwände 36 an bestimmten Stellen längs der Umfangsausnehmung 16. Die Ausdehnungsscheiben oder Trennwände 36 sind aus federndem oder elastischem Matez'ial, beispielsweise aus Kunstkautschuk, so daß sie sich zusammendrücken lassen oder sich ausdehen lassen, um eine jeweils unterschiedliche Ausdehnung zwischen dem Bohrgestängeabschnitt oder der Bohrgestängemuffe 10 und dem Isolierwerkstoff zu absorbieren. Die Ausdehnungsscheiben oder Trennwände 36 dienen zur Unterteilung der Umfangsausnehmung 16 des Bohrgestängeabschnittes in eine Reihe von Isoliersegmenten (in Figur 4 sind nur drei solche Segmente dargestellt). Es wird daher erforderlich, die Form 34 abzuwandeln, um jede der durch die Trennscheiben abgeteilten Teilräume der Umfangsausnehmung 16 mit noch nicht ausgehärtetem Kunststoff füllen zu können, so daß man schließlich die in Segmente aufgeteilte Iso-

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lationsanordnung durch den Gebrauch der Vorrichtung gemäß Figur 4 erhält.

Die Isolierhülse an^dem Bohrgestänge arbeitet in einer verhältnismäßig aggressiven Umgebung, in der sie dem Bohrschlamm, Sand, Splittern, Felsen und anderen Teilen der umgebenden Formation in dem Bohrloch ausgesetzt ist. Bei Berücksichtigung dieser ungünstigen Umgebungsbedingungen kann es wünschenswert sein, die Isolationshülse aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen herzustellen, nämlich einer harten Außenhülse, welche unmittelbar der aggressiven Umgebung im Bohrloch ausgesetzt ist, und einer weicheren Innenhülse zwischen der harten Außenhülse und dem Bohrgestängeabschnitt oder der Bohrgestängemuffe, so daß die harte Außenhülse die Möglichkeit hat, bei Einwirkung einer hohen seitlichen Belastung, d. h., bei Einwirkung einer Belastung senkrecht zur Achse des Bohrgestängeabschnittes, in gewissem Maße auszuweichen. Eine Mehrfach-Isolierhülsenanordnung dieser Art is-t in Figur 5 gezeigt, wobei der Bohrgestängeabschnitt 10 eine innere Isolierhülse 38 aufweist, die dem Boden der Umfangsausnehmung des Bohrgestängeabschnittes benachbart ist, während nach außen hin an die innere Isolationshülse 38 eine äußere Isolationshülse 40 angrenzt, welche aus verhältnismäßig hartem Isolierwerkstoff besteht, während die Innenhülse 38 aus verhältnismäßig weichem Material gefertigt ist. Die Isolierhülse 40 dient somit als Schutz gegen Abrieb und ähnliche Einflüsse, während die innere Isolierhülse 38'eine Absorption seitlicher Kräfte ermöglicht.

Die Konstruktion nach Figur 5 birgt zwei mögliche Probleme in sich. Eine Schwierigkeit besteht in der Möglichkeit einer winkelmäßigen oder umfangsmäßigen Verschiebung zwischen der äußeren Isolierhülse 40 und der inneren Isolierhülse 38 unter der Einwirkung von an der äußeren Isolierhülse 40 angreifenden, übergroßen Torsionskräften. Die zweite Schwierigkeit resultiert daraus, daß die Elektroden in der äußeren

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Isolierhülse 40 untergebracht werden müssen. Da die äußere Isolierhülse 40 notwendigerweise dünner sein muß als die Gesamtdicke des resultierenden Isolierkörpers aus den Hülsen 38 und 40, steht nur eine reduzierte Materialstärke zur Bildung der Umfangsrillen in der Isolierhülse 40 zur Aufnahme der Elektroden zur Verfügung und aus diesem Grunde wird die Isolierhülse 40 am Ort jeder der Elektroden geschwächt. Diese Probleme sind bei der Konstruktion nach den Figuren 6 und 7 berücksichtigt und einer Lösung zugeführt.

In Figur 6 ist eine abgewandelte Ausführungsform der hier angegebenen Einrichtung in einem Radialschnitt bzw. im Ausschnitt gezeigt, wobei die Schnittebene entsprechend der in Figur 5 angedeuteten Schnittlinie 6-6 senkrecht zur Achse des Bohrgestängeabschnittes gelegt ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Bohrgestängeabschnitt 10 mit Keilelementen 42 an seinem Umfang keilwellenartig ausgebildet, so daß axiale Längenstücke dünnerer und dickerer Segmente 43 und entstehen. Die relativ weichere innere Isolierhülse 38 paßt sich den Keilelementen an der Außenfläche des Bohrgestängeabschnittes 10 als eine Schicht verhältnismäßig gleichbleibender Dicke oder Tiefe an, während die äußere, härtere Isoliex-hülse 40 dünne Segmente 40a in radialer Ausrichtung mit den Keilelementen 42 und dickere Segmente 40b in radialer Ausrichtung auf die Vertiefungen zwischen den Keilelementen am Bohrgestängeabschnitt aufweist. Die ineinandergreifenden Formen der Isolierhülsen und des Bohrqestängeabschnittes gemäß Figur 6 ermöglichen eine seitliche Verlagerung der harten äußeren Isolierhülse 40, während eine umfangsmäßige Verschiebung zwischen der harten äußeren Isolierhülse 40 und dem Bohrgestängeabschnitt 10 vermindert wird.

Bei der Ausführungsform nach Figur 6 ist auch c:e Gestalt der Elektroden abgewandelt, so daß jede Elektrode nicht die Gestalt eines Ringes, wie dies zuvor beschrieben wurde, sondern die Gestalt eines würfelartigen Teiles 44 >,at. Die wür-

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feiartigen Elektrodenelemente sind im Bereich der dickeren Segmente 40b der harten äußeren Isolierhülse 40 gelegen, so daß die gesamte Hülse nicht durch die Einbettung einer Ringelektrode geschwäch't wird. Während in Figur 6 nur eine Elektrode 44 an der betreffenden axialen Stelle gezeigt ist, versteht es sich, daß eine Mehrzahl solcher Elektroden im Bereich von zwei oder mehr der dickeren Segmente 40b in jeder für eine Elektrode vorgesehenen axialen Position vorgesehen werden kann.

Figur 7 zeigt wiederum eine andere Abwandlung des Aufbaus, welcher insbesondere dann zweckmäßig ist, wenn ein System von zwei Isolierhülsen vorgesehen ist, wie dies in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist. Eine Schwierigkeit bei der Einbettung harter Ringelektroden aus Eisen in eine harte äußere Iso lierhülse besteht darin, daß axiale Kräfte, die auf die Elektrode aufgrund einer störenden Zusammenwirkung mit einem Stein oder anderen Gesteinskörpern in dem Ringraum um den Bohrgestängeabschnitt herum einwirken, vollständig auf die harte äußere Isolierhülse übertragen werden. Solche Kräfte, sind sie ausreichend hoch, können eine ernsthafte Beschädigung an der Elektrode oder an den Isolierhülsen bewirken und können die gesamte Einrichtung zur Messung des Scheinwiderstandes der Formation außer Betrieb setzen oder stören. Diese Schwierigkeit der Aufnahme axialer Kräfte wiid durch eine Elektrodenanordnung gemäß Figur 7 vermindert, bei welcher jede der Elektroden die Gestalt eines rautenförmigen Segmentes hat. Wenn die Elektrode auf einen Widerstand aufgrund des Anlaufens an einen Felsen oder an Gesteinskörper trifft, greifen die Kräfte längs der schrägen Oberflächen der Elektrode an, welche das Bestreben hat, sich etwas entweder in axialer oder in seitlicher Richtung unter der Einwirkung der Kraft zu verlagern. Diese Verlagerung vermindert die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Elektrode oder ihrer Haftverbindungen zu dem umgebenden Isoliermaterial, wodurch die Lebensdauer der Einrichtung erhöht wird.

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Zwar ist bisher von Anschlußdrähten zu den Elektroden noch nicht die Rede gewesen, doch ist es selbstverständlich notwendig, daß die Elektroden über Leitungen mit einer elektronischen Einheit inn'erhalb des Bohrgestänges verbunden werden müssen, wobei diese Einheit auch das Voltmeter und das Amperemeter enthält. Die Leitungen können in an sich bekannter Weise geführt werden, etwa innerhalb eines Schutzrohres, das am Boden der Ausnehmung 16 entlang läuft oder innerhalb einer Rille, etwa der Rille 46 in dem Keilelement 42 nach Figur 6. Die Verbindung von den geschützt verlaufenden Leitungen zu den Elektroden kann beispielsweise über in Schraubenwindungen gewickelte Drähte erfolgen, um eine Relativbewegung zwischen den Elektroden und dem Bohrgestängesegment 10 zuzulassen.

Figur 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Isolierhülsen und der Elektrodenanordnung. Gemäß Figur 8 ist die Isolierhülse aus einem Band 48 eines nichtleitenden Elastomers hergestellt. Das Band 48 kann aus einer Anzahl ineinandergreifender Ringe oder Segmente 48a, 48b und 48c gebildet sein. Die Elektroden sind aus Ringen oder Bändern eines leitfähigen Elastomers 49 gebildet, das an geeigneter Stelle vorgesehene Ausnehmungen in dem Band aus nichtleitendem Elastomer ausfüllt. Die Elastomerwerkstoffe 48 und 49 können ein und denselben Basiswerkstoff oder- einen ähnlichen Basiswerkstoff aufweisen, so daß die Ausdehnungskoeffizienten aufeinander abgestimmt sind, wobei die leitfähigen Bänder 49 ihre Leitfähigkeit durch einen Füllwerkstoff wie Silber, Kohlenstoff oder ein anderes Leitermaterial erhalten. Das endlose Band oder die Hülse aus nichtleitfähigem und aus leitfähigem Elastomer kann an dem Bohrgestängeabschnitt entweder durch unmittelbares Anformen oder Angießen gebildet werden oder die vorgefertigte Hülse kann aufgeweitet, über die dickeren Bereiche des Bohrgestängeabschnittes übergeschoben und dann losgelassen werden, so daß sich die Hülse zusammenzieht und die Ausnehmung 16 ausfüllt. Ein Rohr 50, welches in Figur 8

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erkennbar ist, umschließt Anschlußleitungen, welche durch Spiralwindungen eines Drahtes mit den einzelnen Elektroden verbunden sind. In Figur 8 sind nur drei solche Elektroden dargestellt, doch versteht es sich, daß zwei zusätzliche Elektroden vorgesehen sind, um die Anordnung gemäß Figur 2 zu vervollständigen.

In Figur 9 ist eine Verbesserung an einer Einzelheit des elektrischen Anschlusses zu der aus Elastomerwerkstoff bestehenden Elektrode nach Figur 8 gezeigt. Gemäß Figur 9 ist eine Ausnehmung oder Rille oder Umfangsnut 51 in dem nichtleitenden Elastomer 48b mit einer nachgiebigen Auskleidung aus Leitermaterial, beispielsweise mit einem Band aus federnden Metallspiralen (etwa in der Art von Stahlwolle) oder von geflochtenen Leiterkabeln ausgekleidet, wie bei 52 angedeutet ist. Die Spiralwindungen des zum elektrischen Anschluß dienenden Leitungsdrahtes sind körperlich und elektrisch mit dieser ringförmigen Auskleidung aus Leitungsdrahtspiralen oder Stahlwollenmaterial 52 verbunden und das Material 52 bildet eine Vielzahl elektrischer Kontakte zu dem leitfähigen Elastomer hin aus, welches die betreffende Elektrode ist. Auf diese Weise ist ein zuverlässiger elektrischer Kontakt von der Elektrode zu den Anschlußleitungen hin sichergestellt.

Abschließend sei bemerkt, daß die grundsätzliche Konstruktion der hier vorgeschlagenen Einrichtung mit fünf Elektroden und die hierdurch erzielten verbesserten Ergebnisse nicht auf Einzelheiten bestimmter Elektrodenkonstruktionen beschränkt sind.

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Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zur Messung des Scheinwiderstandes in einem Bohrloch, mit einem mit Isolation versehenen Bohrgestängeabschnitt (10) und einer Anzahl von mehreren in bestimmtem Axialabstand in dem mit Isolation (14) versehenen Bohrgestängeabschnitt (10) gelegenen Elektroden (A, B^, B₂, M, N), von denen eine an eine Stromquelle (22) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung von fünf Elektroden (A, Bj₇ B₂, ^m' ⁿ) vorgesehen ist, deren erste (A) mit der Stromquelle (22) verbunden ist, daß ferner eine erste Rückleitung (24) von einer zweiten (B₁) der Elektroden zu der Stromquelle (22) führt, wobei diese zweite Elektrode (Bj) in einer ersten Richtung von der ersten Elektrode (A) axial beabstandet ist, daß weiterhin eine dritte und eine vierte Elektrode (M, N) zwischen der ersten (A) und der zweiten Elektrode (B^) gelegen sind und an einen Spannungsmesser (26a) angeschlossen sind, um den Spannungsabfall zwischen der dritten und der vierten Elektrode zu bestimmen, daß weiterhin ein Strommesser (30) den Stromfluß in der genannten ersten Rückleitung (24) mißt und daß schließlich eine fünfte Elektrode (B₂) in der jeweils anderen Axialrichtung von der ersten Elektrode (A) axial beabstandet angeordnet und über eine zweite Rückleitung (26) mit der Stromquelle (22) verbunden ist.

2« Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (B^) innerhalb der Elektrodenanordnung die im Bohrloch tiefstgelegene ist, während die fünfte Elektrode (B₂) in der Elektrodenanordnung die im Bohrloch höchstgelegene Elektrode ist.

3„ Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Isolation versehene Bohrgestängeabschnitt

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(10) an seiner Außenfläche eine zylindermantelförmige Ausnehmung (16) aufweist, welche mit Isolierwerkstoff (14) erfüllt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Isolierwerkstoffs (14) mit der Außenfläche des Bohrgestängeabschnittes (10) bündig ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden die Gestalt von in die Isolation des Bohrgestängeabschnittes eingebetteten Elektrodenringen haben, welche von der Außenfläche des Bohrgestängeabschnittes (10) einen radialen Isolationsabstand aufweisen.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation (14) des mit dieser Isolation versehenen Bohrgestängeabschnittes (10) an Letzterem anhaftet und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, welcher annähernd gleich demjenigen des Bohrgestängeabschnittes (10) ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strommesser (30) im Zuge der ersten Rückleitung (24) liegt.

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