DE19745947B4 - Apparatus and method for drilling earth formations - Google Patents
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Abstract
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.contraption for drilling earth formations, with a longitudinal bore limiting drill body, the connectable at its upper end with a drill string and at its bottom end is provided with a core bit, and instrumentation, by means of which well data simultaneously with the drilling of a core are receivable, characterized in that of the instrumentation at least a region within the tubular body between its outside and the longitudinal bore is arranged and from the instrumentation equipment as well data ground information parameters are receivable and the instrumentation at least one sensor for detecting at least one formation feature from the Set of characteristics well temperature, borehole pressure, formation resistance, Formation gamma radiation, nuclear magnetic resonance, density and porosity.
Description
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 The invention relates to a device for drilling earth formations in an embodiment according to the preamble of claim 1 and to methods for drilling earth formations.
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. 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.Especially The invention relates to a combination system of core drilling and the normal pipe by means of a using a rope string Kernbohrinnenrohreinheit pulled out of the drill string and a closure unit for forward drilling, the latter optionally with measuring equipment equipped to evaluate wellbore parameters. specially the system offers the possibility at the same time a formation in which a core drilling is carried out, as well as the kernel sample drilled from the formation to record data.
Das
Kernbohren mit einem Seilstrang ist seit vielen Jahren bekannt.
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. Eine Innenrohreinheit
zur Aufnahme eines von der Kernbohrkrone erbohrten Kerns ist lösbar in
der Außenrohreinheit
verriegelt. 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. Beispiele solcher Seilstrang-Kernbohrsysteme
sind in den Schriften
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.One Problem with many prior art systems is the need to the existence special drill string used with an enlarged diameter must become, to let in and retrieve to allow the inner tube unit for drilling relatively large cores over 5 cm (2 '') diameter used becomes.
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. 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. Ein Hauptphänomen, das aus solchen Bohrkronenbewegungen und -schwingungen resultiert, ist das sog. Bohrkronenschleudern, obgleich eine Vibration ohne Schleudern ebenfalls schädlich ist. 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. 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. Das Schleudern ist ein dynamisches eigenständiges Phänomen und wirkt sich in vielen Fällen im hohen Maße zerstörend auf die Schneidglieder der Bohrkrone aus. 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.Although Core drilling systems, the small or slim cores of about 4.5 cm (1 3/4 '') diameter or less boring, are known, of course, such Cores are very fragile, so that the conventional core drilling systems in the length such nuclei are reasonably limited, without breaking, can be drilled. These restriction seems primarily due to the instability of the entire core tube to be, by lateral and vertical drill bit movements in the borehole that generate vibrations. A major phenomenon, that from such drill bit movements and vibrations is the so-called Bohrkronenschleudern, although a vibration without spin also harmful is. The phenomenon of the Bohrkronenschleuderns manifests itself in drill bits with unbalanced lateral forces of the cutting members, which Forces to do so to lead, that the Drill bit rotates or hurls around a midpoint in the borehole, which is offset from the geometric center of the drill bit, so, that the Crown tends to backwards in the borehole too fling. It was observed that the spin phenomenon was due to the presence of calibration or trim cutters in certain places in the outer calibration area the drill bit reinforced is, with such cutting members also generate frictional forces during drilling. The Slingshot is a dynamic independent phenomenon and affects many make to a high degree destroying the cutting members of the drill bit off. The spin phenomenon is generated while a spiral shape of the borehole during drilling, which at Core bits leads to a non-cylindrical, spiral core, the even more sensitive fractures is and jammed easily in the inner core tube.
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. 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. 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.in view of relatively small Free rooms between the core and the pilot shoe, the core catcher and the inner tube components of the inner tube slight lateral and vertical movements of the core tube easily to a break of small diameter cores with one of them resulting nuclear blockage and destruction of the core sample. As a result Of these, small-diameter core tubes become common due to their length short core samples (eg, about 3 to 4 m (10 to 13 feet)), the without core failure, blockage and destruction can be limited. It Attempts have been made to obtain longer cores, of about 8 m (26 Foot) However, the devices used have problems due to the above-mentioned problems not led to success.
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.
Patente, die schleuderfreie Bohrkronen beschreiben, sind beispielsweise
die
Andere
Lösungsansätze zu einer
Bohrkronenstabilisierung sind von Amoco u. a. unternommen worden.
Ein Vorschlag besteht darin, den Versuch zu unternehmen, eine Bohrkrone
perfekt auszubalancieren, wie es in der
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 the above developments in drill bit stabilization have focused on individual elements of the drilling process, either drilling a full diameter borehole or on the core drilling.
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. Dieses System ermöglichte wechselweise Kernbohr- und Vollbohrvorgänge, ohne den Bohrstrang zu ziehen. 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. Dieses Kombinationssystem verwendete Kernbohrkronen mit natürlichen Diamanten und war aus mehreren Gründen nur in seltenen Fällen erfolgreich. 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. Zusätzlich brachte das Aufkommen genauerer elektrischer Bohrlochmessungen und Analysetechniken zur Datenaufnahme eine Verringerung des Bedarfs für Kernanalysen. 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.In front a few years ago was by the Eastman Christensen Company, a predecessor applicant, a combination of a full bore and core drilling system with the option developed between solid drilling and core drilling. This system enabled alternately core drilling and full drilling operations, without the drill string too pull. In this system, both the inner tube unit were for core drilling as well as a substitute middle closure unit with a Brechfuß and cutting members for converting the coring bit into a solid drill bit over a Cable harness used and recoverable, the inner tube unit could So again to the earth's surface be transported back. This combination system used core bits with natural Diamonds and was successful for several reasons only in rare cases. At first, it was the maximum core length, which could be drilled all at once, only about 4m (13ft), which an extraordinary short interval for analysis without multiple inserts of the inner tube unit meant and a combination with special lengths of pipes for drilling down of the Mitnehmergestänges to the turntable like a pipe connection required. Additionally brought the emergence of more accurate electrical logging and analysis techniques for Data collection a reduction in the need for core analysis. Finally accepted the industry does not use the cores of relatively small diameter (5 cm) that the system provided for insertion and retrieval the inner tube unit and the middle shutter unit required standard tube parts.
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. 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. Außerdem bietet kein Kernbohrsystem des Standes der Technik die Leistungsmöglichkeiten und Betriebsmerkmale, wie sie mit PDC-Bohrkronen erreicht werden können.In younger However, there is still time for development and industrial acceptance Hole and rotary core drilling techniques, that lead to, that cores of about 2.5 cm (1 inch) in diameter to be drilled out of the borehole can, as well as the increased use of small diameter boreholes for experimental or research drilling the former Resistance to access small diameter cores fixed. These changes in industrial practice have a renewed interest in Core drilling performed, however, so far the known core drilling systems have no possibility for a system for full bore and core drilling with a small diameter, the original, undamaged Cores of wanted Length (z. B. about 9 m (30 feet)) while avoiding nuclear blockages can cut and also the possibility offers to continue drilling between the intervals of core drilling, without pulling the drill string. Besides, no core drilling system offers the state of the art, the performance options and operating characteristics, how they can be achieved with PDC drill bits.
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.
Obschon die
Aus
der Schrift
Außerdem ist
aus der Schrift
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.Of the The invention is primarily based on the object, a device to create for drilling earth formations, with which it is possible, at the same time drilling down a core to record downhole data.
Diese Aufgabe wird für eine gattungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 1 nach der Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich weiterer Ausgestaltungen wird auf die Ansprüche 2 bis 16 verwiesen.This object is achieved for a generic device according to claim 1 of the invention with the characterizing features of claim 1. Regarding further Ausgestaltun Gen is referred to the claims 2 to 16.
Im Hinblick auf die gattungsgemäßen Verfahren wird die Aufgabe anhand der kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 17 und 18 gelöst.in the With regard to the generic method the object is achieved by the characterizing features of claims 17 and 18 solved.
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 The invention also aims to provide a simple method for drilling an earth formation with the possibility of receiving Borehole data and triggers this object in the method forms according to claims 20 to 22.
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. Das Kernrohr nach der Erfindung weist eine Außenrohreinheit mit einer Kernbohrkrone, vorzugsweise PDC-Kernbohrkrone, auf, die am unteren Ende der Außenrohreinheit angebracht ist. Unmittelbar oberhalb der Kernbohrkrone befindet sich eine Lageranordnung für das Bohrkronenende im Kernrohr, die wechselweise das Ende einer Innenrohreinheit oder einer mittleren Verschlußeinheit aufnimmt. Eine Rastkupplung ist oben an der Innenseite der Außenrohreinheit angebracht. 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. Das untere Ende der Innenrohreinheit, das mit der Bohrkronenlagereinheit in Eingriff steht, weist einen herkömmlichen Kernfänger auf.The Invention offers the possibility alternately perform a core drilling and a full drilling, without to pull the drill string, taking out elongated cores of small diameter can be. The core tube according to the invention comprises an outer tube unit with a core bit, preferably PDC core bit, on, at the lower end of the outer tube unit is appropriate. Located immediately above the core bit itself a bearing arrangement for the drill bit end in the core tube, which alternately the end of a Inner tube unit or a middle shutter unit receives. A detent coupling is mounted on top of the inside of the outer tube unit. The inner tube unit has a catch coupling member at the upper end on, including a locking unit for engagement with the detent coupling of the outer tube and a storage unit under the lock unit for enabling a rotation between the outer tube unit and the inner tube. The lower end of the inner tube unit, with the drill bit bearing unit is engaged, has a conventional core catcher on.
Die nach der Erfindung bevorzugte PDC-Kernbohrkrone hat vorzugsweise eine schleuderfreie Ausgestaltung, obwohl andere stabilisierte Bohrkronenausgestaltungen, wie sie oben besprochen wurden, ebenfalls geeignet sind. 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. 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. 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.The preferred PDC core bit according to the invention preferably has a spin-free design, although other stabilized drill bit designs, as discussed above are also suitable. The usage a spin-free core bit in the invention leads to the proven ability, cores of at least about 9 meters (30 feet) of high quality and with greatly increased To cut and pull recovery rate. It also offers the use a PDC core bit with optional middle shutter a penetration rate similar to that of PDC drill bits and weight-on-crown, rotational speed and hydraulic flow rates similar to those of PDC drill bits. Consequently can size Quantities of high-quality cores are obtained cost-effectively, and the total penetration rate during the Drilling is in comparison with drilling without core removal not significantly reduced, so that the operator benefits Time and cost savings as well as from those through the high quality Cores available draws stationary information.
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 storage unit for the drill bit end provides a precise alignment of the inner tube for receiving the core being drilled and a seat for the lower end of the middle shutter unit, which is a plurality of cutting members, preferably PDC cutting members, and flushing liquid flushing outlets.
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. Die Daten können im Meßwerkzeug während des Rohrens gespeichert und periodisch durch Seilstrangübertragung oder wenn die mittlere Verschlußeinheit zur Oberfläche zurückgeholt wird, aufgenommen werden. Es kann auch ein Bohrspülungsimpuls- oder anderes geeignetes Datenübertragungssystem als Teil der mittleren Verschlußeinheit angebaut werden, um eine Echtzeitübertragung von Daten zu ermöglichen. 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. 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.One optional but significant feature of the present invention is the arrangement of a suitable measuring tool, such as a gamma ray or direction measuring tool, in the middle closure unit to enable a borehole data recording during one full drilling operation. The data can be stored in the measuring tool during drilling and periodically by cable transfer or if the middle closure unit to the surface retrieved will be recorded. It may also be a drilling fluid pulse or other suitable communication system as part of the middle closure unit be grown to allow a real-time transmission of data. One or more measurement options can in the measuring tool or the instrumentation be included, such opportunities a Pressure and temperature measurement in addition to the others mentioned above Can include measurements, without being limited thereto to be. It is also advantageous that the measuring tool sensors and in particular the sensors for detecting formation features immediately adjacent to the lower or leading end of the middle closure unit, literally in the neck of the core bit, can be arranged to a very close proximity to the drill bit face and to get to the drilled formation.
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. 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.It is further provided that sensors for measuring directional parameters as well as the above-mentioned borehole parameters and also other parameters such as (by way of example only) formation resistance and nuclear magnetic resonance, as well as a power supply, a data processing and storage unit and a borehole data transmission or telemetry option into one or more coring pipe units, into the wall of the Core tube between the outside and the longitudinal bore or above the core tube in a separate pipe section or casing with an axial bore aligned with the bore of the core tube, can be installed. Sensors for measuring drilling parameters such as (again only as an example) torque, rotational speed, weight on the drill bit, Vibration and borehole pressure can also in one or more components of the device, preferably be installed near the drill bit, such as in the wall of the core tube.
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. Z. B. können Gammastrahlen-, Widerstands-, Dichte-, Porositäts-, Schall- und/oder Messungen der nuklearen magnetischen Resonanz vorgenommen werden. 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. 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. 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.One Another aspect of the invention provides a simultaneous or at least concurrent measurement of borehole parameters of the formation outside the core tube before, during the same or another borehole parameter of the boring Kerns measured when entering the core inner tube unit becomes. For example, you can Gamma ray, resistance, density, porosity, sound and / or measurements nuclear magnetic resonance. It is advantageous such measurements for comparison purposes with regard to the properties make that from the outer formation be presented, in contrast to those of the core under the more controlled environment of the core tube interior and in an extremely narrow range. It is also desirable such nuclear measurements immediately after the core passage through the Neck of the core bit, if the core in his most original State and it is least likely that he is going through lavage fluid too contaminated or has lost its physical integrity. Furthermore, it is provided that the Alignment of the core is determined, both in an absolute sense as well as with respect to the environmental formation from which he cut out using the directional instrumentation of the device becomes.
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; 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. Die Daten können rückübertragen werden durch Bohrspülungsimpuls, akustische oder elektromagnetische Telemetrie oder durch einen zur Oberfläche laufenden Seilstrang. 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. 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.Besides that is provided that a Shortstep radio telemetry system can be used to send data over one short distance from a location in the core tube wall to the inner tube unit or vice versa; this for a subsequent retransfer by a remote telemetry system in another component of the device or from one of these points to a remote telemetry module located in short distance above the core tube is arranged in the borehole. The data can retransmitted be through drilling fluid pulse, acoustic or electromagnetic telemetry or by a to surface running rope strand. Furthermore, data in an electronic Memory stored in the inner tube unit or the mentioned above middle closure unit is arranged and physically to the surface rather than a transmission retrieved in essentially real time can be. Of course data are preferably stored in an inner tube unit, middle closure unit, stored in a core tube or separate housing associated with the core drilling apparatus is, even during a transmission to the surface in real time to data loss due to poor transfer or a transmitter failure.
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. 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. 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.Of the Method aspect of the invention comprises a method of drilling, with the same directional, formation and optionally Bohrparameterdaten taken before a core drilling operation is undertaken, around a zone or layer of potential interest, such as a hydrocarbon-producing zone, to locate before the inner tube unit for receiving the core drilling commissioned becomes. In the same way it is provided that by the inclusion of such Data during the core drilling operation the operator the opportunity the determination of when to finish the core drilling, so that not Core samples in a rock substantially over a zone of potential Interest to be taken out. In the practice of this Aspect of the invention, it is of course desirable, the recorded Data to the surface to transmit on a real-time basis especially when drilling in a potential production zone.
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; 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.At the Core drilling can be enough data for each core drilled section or for to take each core-drilled interval at the time when brought the inner tube unit with the core sample contained therein to the surface becomes; however, it is obviously preferable to the termination point the zone of interest as exactly as possible to locate what means that one Real-time data transmission can also be beneficial in this situation.
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. In der Zeichnung zeigen:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description in conjunction with the drawing, in which several embodiments a drilling device according to the invention are illustrated schematically. In the drawing show:
Wie
sich zunächst
aus
Das
Kernrohr
Eine
Innenrohreinheit
Es
sei nun auf die
Wie
aus
Es
sei nun auf
Wenn
die Absicht besteht, mit der Vorrichtung einen Kernbohrvorgang auszuführen, wird
die Innenrohreinheit
Falls
anstelle eines Kernbohrens ein Ausbohren beabsichtigt ist, wird
die mittlere Verschlußeinheit
Falls
gewünscht,
kann die Verschlußeinheit
Es
versteht sich ferner, daß Druck-
und Temperatursensoren im Druckgehäuse
Eine
Temperaturmessung ist besonders erwünscht und vorteilhaft, wenn
ein Gelkernbohrvorgang durchgeführt
wird, wobei ein nicht-invasives Gel zum Einkapseln der Kernprobe
in das Innenrohr
Es
sein nun auf
Der
Rumpfteil
Das
Kernrohr
Das
Kernbohrrohr
Lediglich
als Beispiel kann der Modul
In
der Vorrichtung
Es
ist offensichtlich notwendig, daß eine gewisse Form einer Stromversorgung
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
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. Andere Abweichungen der Vorrichtung
Es
versteht sich, daß,
wie oben mit Bezug auf
Wie
in
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. 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.
Somit kann eine Oberflächeninstrumentierung
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. 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. 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. 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.Since ropes, gears, snap-in couplings and interlocking devices, core catchers, bearing units, and other core tube components are known in a wide variety of constructions in the art, these elements have not been described in detail. Likewise, various bypass valve assemblies of various constructions can be used with core tubes of the invention to alternately direct drilling mud through or around the inner tube units and permit displacement of the purge through the core. However, since such devices themselves are conventional in every respect, which are generally known to those skilled in the art, they are neither shown nor described here. Finally, the various types of directional and drilling and formation parameter instrumentation mentioned above are well-known known in the art, as well as the associated data transmission and the like. Electronic devices (processors, memory, power sources, etc.), for which therefore also no detailed description is required.
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 has been described with reference to certain preferred embodiments is, it is not limited to these, and numerous changes the illustrated and described embodiments can be performed without departing from the scope of the invention as defined by the claims is.
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