DE4002795C1

DE4002795C1 -

Info

Publication number: DE4002795C1
Application number: DE19904002795
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr. 3100 Celle De Juergens; Dagobert 3000 Hannover De Feld
Original assignee: Eastman Christensen Co
Current assignee: Baker Hughes Oilfield Operations LLC
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1991-05-23
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: EP0440123A1; EP0440123B1; CA2035412A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Vorrichtungen der vorgenannten Art mit einem Bohrstrang aus aneinander zu befestigenden doppelwandigen Bohrrohren werden beispielsweise zum Schachtbohren eingesetzt, wobei das doppelwandige Bohrrohr ein Außenrohr sowie ein Innenrohr umfaßt und ein Spülmedium in aller Regel in dem Ringraum zwischen Innenrohr und Außenrohr zur Bohrlochsohle gepumpt, am Bohrkopf vorbei über in den vom Innenrohr umgrenzten Innenströmungsraum strömen und durch den Innenströmungsraum das Bohrklein nach Übertage fördern kann. Sollen bei Bohr strängen mit derartigen doppelwandigen Bohrrohren im Ver laufe des Bohrvorganges Informationen erfaßt und zur Um wandlung in Steuersignale an die Erdoberfläche elektrisch weitergeleitet werden, sind besondere Kabel zur elektrischen Übertragung von Meß- und Steuersignalen vorzusehen. Derar tige Kabel sind jedoch nicht nur außerordentlich verschleiß- und damit störanfällig insbesondere bei derartigen Doppel wandrohren mit nur besonderen baulichen Maßnahmen vorzusehen und anzubringen. Dabei ist der Ein- und Ausbau des Bohr stranges mit den aneinander festzulegenden Innen- und Außen rohren erheblich erschwert (US-PS 47 99 544).Devices of the aforementioned type with a drill string made of double-walled drill pipes to be fastened together are used for example for shaft drilling, whereby the double-walled drill pipe has an outer pipe and an inner pipe comprises and a flushing medium as a rule in the annular space pumped between inner tube and outer tube to the bottom of the borehole, past the drill head over into the one bordered by the inner tube Flow inside the flow space and through the flow space can extract the cuttings after surface work. Should be at Bohr strands with such double-walled drill pipes in the Ver During the drilling process, information is collected and the order conversion into control signals on the earth's surface electrically are forwarded are special cables for electrical Provide transmission of measurement and control signals. Derar However, cables are not only extremely wear-resistant and therefore prone to failure, especially in such double to provide wall pipes with only special structural measures and attach. This includes the installation and removal of the drill stranges with the inner and outer to be fixed together pipes considerably more difficult (US-PS 47 99 544).

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der in möglichst störunanfälliger Weise elektrische Signale zwischen Bohr lochsohle und Erdoberfläche übertragen werden können, gleichfalls jedoch auch der Ein- und Ausbau des Bohrstranges in nicht wesentlichem Maße durch Signalübertragungselemente beeinträchtigt ist.It is an object of the present invention to provide a device to create of the type mentioned, with the in as possible electrical signals between Bohr the bottom of the hole and the surface of the earth can be transferred, but also the installation and removal of the drill string to an insignificant extent through signal transmission elements is impaired.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich die Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale aus. Hinsichtlich weiterer wesentlicher Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Ansprüche 2 bis 13 verwiesen.To solve this problem, the device stands out of the type mentioned at the outset by the in the characterizing Part of claim 1 specified features. Regarding further essential configurations of the invention referred to claims 2 to 13.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung ermög licht in verschleißunanfälliger Weise die Übermittlung von Meß- und Steuersignalen sowie auch von Energie zwischen Erdoberfläche bzw. Bohrlochmund und Bohrlochsohle, ohne daß es besonderer störanfälliger Übertragungskabel bedarf. Die gegeneinander isolierten Innen- und Außenrohre des Rohrstranges bilden dabei die elektrischen Leiter eines Zweileitersystems, wobei gleichfalls in Bereichen von Dreh durchführungen, z. B. Drehantrieb, Bohrkopf und dgl. die elektrische Isolierung in einfacher Weise vorzusehen ist. Die elektrische Isolierung zwischen Innen- und Außenrohr strang ist in baulich einfacher Weise durch die elektrisch nicht leitende Ausbildung der Abstandshalter zu realisieren. Dies kann beispielsweise durch die Herstellung der Abstands halter aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, beispielsweise Kunststoff und dgl., erfolgen oder durch eine geeignete Beschichtung, z. B. einer Epoxyharzbeschich tung, eines metallischen Abstandshalterkerns. Ist es in bestimmten Anwendungsfällen, z. B. aufgrund der Notwendig keit der Führung eines Mediums im Außenströmungsraum zwischen Innenmantelfläche des Außenrohres und Außenmantel fläche des Innenrohres mit elektrischer Leitfähigkeit ge boten, sind zwecks Vermeidung von z. B. Energieverlusten die Innen- und Außenmantelflächen einschließlich der Ab standshalter mit einem elektrisch nicht leitenden Material zu beschichten.The inventive design of the device enables light in a wear-resistant manner the transmission of measurement and control signals as well as energy between Earth surface or borehole mouth and borehole bottom, without that special transmission cables prone to failure are required. The mutually insulated inner and outer tubes of the Pipe string form the electrical conductor of one Two-wire system, also in areas of rotation implementations, e.g. B. rotary drive, drill head and the like electrical insulation is to be provided in a simple manner. The electrical insulation between the inner and outer tube strand is structurally simple due to the electrical to realize non-conductive training of the spacers. This can be done, for example, by making the distance holder made of an electrically non-conductive material, for example, plastic and the like a suitable coating, e.g. B. an epoxy resin coating tung, a metallic spacer core. Is it in certain use cases, e.g. B. due to the necessity ability to guide a medium in the external flow space between the inner surface of the outer tube and the outer shell surface of the inner tube with electrical conductivity offered to avoid z. B. Energy losses the inner and outer jacket surfaces including the Ab stand with an electrically non-conductive material to coat.

In baulich einfacher Weise sind darüber hinaus die mit einander an ihren Enden zu verbindenden Innenrohre endseitig mit elektrischen Kontakten zu versehen, die eine funktions sichere automatische elektrische Verbindung beim Befestigen des Bohrstranges über die Gewinde der Außenrohre sicher stellen. Bevorzugtermaßen finden dabei Kontaktelemente in Gestalt von elektrisch leitfähigen Wurmfedern oder elek trisch leitfähigen Kontaktfächern aus z. B. Kupfer bei den Innenrohren Verwendung, die in Außenformausnehmungen der Innenrohre anzuordnen sind und nach Einführen in die Formausnehmungen über den Formausnehmungsrand in einem geringfügigen Maße derart überstehen, daß nach Aufsetzen eines entsprechenden Endes eines Innenrohres auf das zuge hörige Ende des benachbarten Innenrohres die Wurmfeder bzw. das Fächerelement geringfügig zusammengedrückt wird, womit eine sichere Kontaktverbindung auch im rauhen Alltags betrieb einer derartigen Vorrichtung ohne einen Montage mehraufwand einhergeht. Zur Ein- und Ausleitung von elek trischen Signalen können insbesondere bei Gegebenheiten, in denen unterschiedliche Geschwindigkeiten zwischen Bohr strang und Meßwertgeber bzw. -aufnehmer zu berücksichtigen sind, elektrische, mit dem Innen- bzw. Außenrohr einenends zu verbindende Kontakteinheiten wie Schleifringübertra gungseinheit, Induktionsspulenübertragungseinheit und dgl. Verwendung finden.In addition, in a structurally simple manner inner tubes to be connected to one another at their ends at the ends with electrical contacts to provide a functional secure automatic electrical connection when fastening the drill string securely over the threads of the outer pipes put. Contact elements are preferably found here in the form of electrically conductive worm feathers or elec trically conductive contact compartments from z. B. copper Use the inner tubes in the recesses the inner tubes are to be arranged and after insertion into the Form recesses over the form recess edge in one survive minor dimensions so that after touchdown a corresponding end of an inner tube on the zuge hear the end of the neighboring inner tube the worm feather or the fan element is slightly compressed, with which a secure contact connection even in rough everyday life Operation of such a device without assembly more effort goes hand in hand. For introducing and discharging elec trical signals can be in which different speeds between Bohr line and sensor or sensor to be considered are electrical, with the inner or outer tube at one end contact units to be connected such as slip ring transfer supply unit, induction coil transmission unit and the like. Find use.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeich nung und die nachfolgende Beschreibung verwiesen. Die Zeich nung zeigt:To further explain the invention, reference is made to the drawing tion and the following description. The drawing shows:

Fig. 1 in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung, und Fig. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of a device according to the invention, and

Fig. 2 ein Doppelrohrelement des in Fig. 1 veranschau lichten Bohrstranges. Fig. 2 shows a double pipe element of the drill string illustrated in Fig. 1.

Das in der Zeichnung veranschaulichte Ausführungsbeispiel der allgemein mit 1 bezifferten Bohrvorrichtung ist als Schachtbohrvorrichtung mit einem Bohrmeißel 2 sowie einem Bohrantrieb 3 ausgebildet.The exemplary embodiment illustrated in the drawing of the drilling device, generally numbered 1 , is designed as a shaft drilling device with a drill bit 2 and a drilling drive 3 .

Der allgemein mit 4 bezifferte Bohrstrang besteht aus mit einander verschraubten doppelwandigen Rohren 5. Die Doppel wandrohre 5 haben Außenrohre 6 und Innenrohre 7. Das Innen rohr umgrenzt einen Innenströmungsraum 8. Das mit Abstand das Innenrohr 7 ummantelnde Außenrohr 6 umgrenzt gemeinsam mit dem Innenrohr einen ringförmigen Außenströmungsraum 9. Das Innenrohr 7 ist jeweils über Abstandshalter 10 aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material am Außenrohr abgestützt.The drill string, generally numbered 4 , consists of double-walled tubes 5 screwed together. The double wall tubes 5 have outer tubes 6 and inner tubes 7 . The inner tube delimits an inner flow space 8 . The outer tube 6 encasing the inner tube 7 at a distance, together with the inner tube, delimits an annular outer flow space 9 . The inner tube 7 is supported on the outer tube by spacers 10 made of an electrically non-conductive material.

Das Innenrohr 7 trägt an seinem oberen Ende ein durchbohrtes Zentrierstück 11, um das Innenrohr 7 radial und axial zu haltern. Dieses Zentrierstück 11 bildet gleichfalls einen nicht leitenden Abstandshalter 10 aus. Zwischen Außenrohr 6 und Zentrierstück 11 befindet sich eine Kunststoffhülse 12, die ein spielfreies Halten des Innenrohres 7 ermöglicht. Am unteren Ende des Innenrohres 7 befindet sich das Muffen element, das auf den Zapfen des folgenden Rohres aufgesetzt wird. Am unteren Ende des Innenrohres 7 ist gleichfalls ein Zentrierstück 13 vorgesehen, das ebenfalls aus Kunst stoff besteht und gleichfalls Abstandshalter 10 ausbildet. Zapfen und Muffenteil des Innenrohres sind zum Außenrohr 6 derart angeordnet, daß die Innenverbindung beim Ver schrauben der Außenrohre 6 automatisch zentriert und damit ohne zusätzliche Hilfsmaßnahmen eingeführt werden kann. Außerdem liegen dabei die Muffen- und Zapfenelemente in einer zu einer im Ausführungsbeispiel gewählten Strömungs richtung 14 eines z. B. Spülmediums günstigen Anordnung.The inner tube 7 carries a perforated centering piece 11 at its upper end in order to hold the inner tube 7 radially and axially. This centering piece 11 also forms a non-conductive spacer 10 . A plastic sleeve 12 is located between the outer tube 6 and the centering piece 11 , which enables the inner tube 7 to be held without play. At the lower end of the inner tube 7 is the sleeve element, which is placed on the pin of the following tube. At the lower end of the inner tube 7 , a centering piece 13 is also provided, which is also made of plastic and also forms spacers 10 . Pins and socket part of the inner tube are arranged to the outer tube 6 such that the inner connection when screwing the outer tubes 6 is automatically centered and can thus be introduced without additional measures. In addition, the sleeve and pin elements lie in a flow direction 14 selected in the exemplary embodiment of a z. B. flushing medium favorable arrangement.

Die Außenrohre 6 und die Innenrohre 7 aus einem metallischen Werkstoff sind als gegeneinander isolierte elektrische Leiter zur Übertragung von Meß- und Steuersignalen, aber auch beispielsweise Energie, zwischen Erdoberfläche und Bohrlochsohle während des Bohrbetriebes ausgebildet. Die Abstandshalter 10 sind nicht elektrisch leitend, so daß die Innenrohre 7 und die Außenrohre 6 als Leiter eines Zweileitersystems Meß- und Steuersignal übermitteln können.The outer tubes 6 and the inner tubes 7 made of a metallic material are designed as mutually insulated electrical conductors for the transmission of measurement and control signals, but also for example energy, between the surface of the earth and the bottom of the borehole during the drilling operation. The spacers 10 are not electrically conductive, so that the inner tubes 7 and the outer tubes 6 can transmit measurement and control signals as conductors of a two-wire system.

Um die Rohre 6 und 7 als elektrische Leiter benutzen zu können, ist an allen Verbindungsstellen von Innen- und Außenrohren 6, 7 für eine sichere elektrische Verbindung Sorge getragen. Die Gewindeverbindungen 15 der Außenrohre 6 sind dazu mit einem elektrisch leitenden Gewindefett versehen. Am oberen Ende des Innenrohres 7 (Fig. 2) ist in der Mantelfläche eine erste Formausnehmung 16 sowie zweite Formausnehmung 17 vorgesehen. In die Formausnehmung 16 ist eine Wurmfeder 19 einsetzbar, die nach Aufsetzen eines benachbarten Innenrohres für eine sichere elektrische Verbindung der miteinander verbundenen Innenrohre 7 Sorge trägt. In der Formausnehmung ist ein O-Ring 18 zur Abdich tung angeordnet.In order to be able to use the pipes 6 and 7 as electrical conductors, a secure electrical connection is made at all connection points of inner and outer pipes 6 , 7 . For this purpose, the threaded connections 15 of the outer tubes 6 are provided with an electrically conductive threaded grease. At the upper end of the inner tube 7 ( FIG. 2), a first mold recess 16 and a second mold recess 17 are provided in the lateral surface. A worm spring 19 can be inserted into the mold recess 16 and , after fitting an adjacent inner tube, ensures a secure electrical connection of the interconnected inner tubes 7 . In the mold recess, an O-ring 18 is arranged for sealing device.

Claims

1. Device for example shaft drilling with a drill string, the inner flow spaces ( 8 ) defining inner tubes ( 7 ) and these with the formation of external flow spaces ( 9 ) encasing outer tubes ( 6 ) encasing a distance, a drill drive ( 3 ) and one over the drill string ( 4 ) drivable drilling tool ( 2 ), characterized in that the inner and outer tubes ( 7 , 6 ) as mutually insulated electrical conductors for the transmission of in particular measurement and control signals between the surface and the bottom of the borehole during drilling operations are formed via electrically non-conductive spacers ( 10 ) can be supported on one another and each can be connected to electrically operating measuring and control devices.

2. Device according to claim 1, characterized in that the spacers ( 10 ) consist of an electrically non-conductive material.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the spacers ( 10 ) are coated with an electrically non-conductive material.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that inner tubes ( 7 ) and spacers ( 10 ) are integrally formed.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least the outer flow spaces ( 9 ) facing outer jacket surfaces of the inner tubes ( 7 ) and the inner jacket surfaces of the outer tubes ( 6 ) are coated with an electrically non-conductive material.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the outer tubes ( 6 ) of the tube strand ( 4 ) at their connecting points ( 15 ) can be fixed to one another with the interposition of a contact material.

7. The device according to claim 6, characterized in that the contact material is an electrically conductive thread grease is.

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that nested inner tubes ( 7 ) with the interposition of electrically formed contact elements ( 19 ) can be fixed to each other.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the inner and / or outer tubes ( 7 , 6 ) are electrically connectable with a slip ring ( 20 , 21 ) fixable on the outer tube ( 6 ), with which a Contact element ( 22 ) of a measuring and / or control device during the rotational movement of the drill string ( 4 ) in Kon tact can be brought.

10. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the inner and / or outer tubes ( 7 , 6 ) are electrically connectable to an induction transmission unit ( 23 ) of an electrically working data processing device.

11. The device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the electrically conductive Ver connection points ( 15 , 19 ) between the inner and / or outer tubes can be closed by an encapsulation to the outside.

12. Electrical connection for mutually fixable pipes of a drill string, in particular for inner pipes ( 7 ) of a drill string ( 4 ) of a device ( 1 ) according to claim 8, characterized in that as a contact element at least one worm spring element insertable in a tubular recess ( 17 ) ( 19 ) is provided from an electrically conductive material.

13. Electrical connection for mutually fixable pipes of a drill string, in particular for inner pipes ( 7 ) of a drill string ( 4 ) of a device ( 1 ) according to claim 8, characterized in that as a contact element at least one in a tubular form recess ( 17 ) insertable fan element from one electrically conductive material is provided.