DE69009419T2 - System zum Bewegen einer unstarren Untersuchungsvorrichtung in einem abgelenkten oder engen Bohrloch. - Google Patents

Description

• Vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Führen einer nicht-steifen Explorationsvorrichtung in Bohrlöchern, wo deren Fortschritt durch Schwerkraft schwierig ist.
• Allgemein ist das System nach der Erfinung jedesmal dann zweckmäßig, wenn die Reibungskräfte ausreichend sind, um den Fortschritt einer Explorationsvorrichtung zu behindern. Dies kann sich aufgrund der Tatsache einer Einschnürung des Querschnittes eines Bohrlochs und/oder ihrer beachtlichen Neigung bezüglich der Vertikalen einstellen.
• Das System nach der Erfindung kann beispielsweise dazu dienen, bis in horizontale Teile eines Bohrlochs eine Emissions-Empfangseinrichtung für Signale eines beliebigen akustischen, elektrischen, elektromagnetischen etc. Typs zu führen.
• Auf dem Gebiet der akustischen Wellen beispielsweise ist die Konzeption eines Sende-Empfangssystems unterschiedlich, je nachdem man eine Erkennung mit mehr oder weniger großer Reichweite der durch ein Bohrloch durchsetzten Terrainzonen vermittels akkustischer Wellen niedriger Frequenz privilegiert, mit dem Ziel, Grenzen eines eventuellen Speichers zu untersuchen oder eine lokalisiertere Untersuchung der ein solches Bohrloch umgebenden Formationen zu studieren.
• Man weiß, daß die interessantesten Ergebnisse, wenn man akustische Wellen niedriger Frequenz verwendet, erhalten werden, indem man in signifiktiver Weise die Sender und die Empfänger voneinander entfernt. Realisiert werden kann dies, indem man eine seismische Quelle an der Oberfläche anordnet und indem man eine Empfangsanordnung in einem Teil eines abgelenkten Bohrlochs auf einer gewissen Tiefe unter der Oberfläche verschiebt.
• Durch die französische Patentschrift 2 609 105 kennt man ein Verfahren, um Messungen in einer stark gegenüber der Vertikalen geneigten Bohrlochzone mittels einer Sonde für Bohrlöcher vorzunehmen, welche geeignete Empfänger enthält und die mit einem oder mehreren einklappbaren Armen versehen ist, deren Öffnen es ermöglicht, sie gegen die Wandungen zu pressen. Die Sonde ist am Ende einer Stange befestigt und mit dieser über versenkbare oder einklappbare Verriegelungsmittel verbunden. Sie wird bis in die Wirkungszone durch eine röhrenförmige Kolonne hinabgelassen und geschoben, welche progressiv durch aufeinanderfolgende Verbindung mit der ersten aus einer Reihe zusätzlicher Stangen gebildet ist. Die Sonde ist mit einer Oberflächeninstallation über ein Mehrfunktionskabel verbunden. Vorzugsweise wird die Verbindung des Kabels mit der Sonde hergestellt, wenn diese auf ein gewisses Niveau gelangt ist. Das mit einem Steckerverbinder versehene Kabel, das in flüssiges Medium einsteckbar ist, wird in die Kolonne über ein seitliches Fenster in einem Spezialverbinder (side-entry sub) eingeführt. Der Verbinder wird soweit geschoben, bis er sich auf einen vorstehenden Verbindungsstecker stecken läßt, der an den Verriegelungsmitteln befestigt und mit der Sonde über ein Verbindungskabel verbunden ist. Wird die Sonde bis in die Eingriffszone vorgeschoben, so steuert man das Öffnen der Verriegelungsmittel fern, die sie unten an der Kolonne befestigen, auch steuert man das Öffnen dieser Verankerungsarme fern. Man kann dann die Sonde der Kolonne freigeben, indem man diese zurücklaufen läßt und zum Empfang der an der Oberfläche ausgesandten Wellen übergehen.
• Bekannt sind Sende-Empfangssysteme, wo die Sendemittel auch in ein Bohrloch hinuntergelassen sind. Die Sende- und die Empfangsmittel können in ein und dem gleichen Bohrloch-Werkzeug oder in unterschiedlichen Bohrwerkzeugen enthalten sein, die untereinander hängen.
• Ein erheblicher Abstand zwischen den Sendern und den Empfängern kann ohne zu große Schwierigkeit in den Bohrlöchern oder den Teilen vertikaler Bohrlöcher erhalten werden, indem man die Kabel verlängert, die die Sonde oder das Hauptwerkzeug mit den unterhalb aufgehängten Satelliten verbinden. Ein für im wesentlichen vertikale Bohrlöcher zweckmäßiges System ist beispielsweise beschrieben in der französischen Patentschrift Nr. 2 616 230.
• Eine solche Sende-Empfangsvorrichtung für akustische Wellen mit multiplen stark unter Abstand angeordneten Sonden wird aber völlig unwirksam in den Fällen, wo der Fortschritt durch Schwerkraft normalerweise aufgrund von übermäßigen Reibungskräfte nicht erfolgen kann, wie die, welche in Bohrlochzonen mit verengtem Querschnitt oder solchen, die zu stark gegenüber der Vertikalen geneigt sind, auftreten.
• Durch die EP-A-391809 kennt man ein Verfahren der seismischen Prospektion in abgelenkten Bohrlöchern vermittels einer Sende- Empfangsanordnung für akustische Wellen, die bezogen auf den unteren Endteil einer röhrenförmigen in ein Bohrloch abgesenkten Kolonne verschiebbar ist. Die Sende-Empfangsanordnung umfaßt eine Empfängersonde mit versenkbaren Armen, die unten an der Kolonne angeordnet und mit einer beweglichen Ausrüstung verbunden ist, die im Inneren hiervon verschiebbar ist. Sie umfaßt auch eine akustische Quelle, die an der Kolonne zwischengeschaltet ist. Die Quelle kann bezüglich der Kolonne fest sein oder bezüglich ihr vermittels einer beweglichen Ausrüstung verschiebbar sein. Die Wandung der Kolonne ist mit seitlichen Öffnungen versehen, welche die Emission akustischer Wellen gegen die das Bohrloch umgebenden Formationen erlauben. Ein Mehrfunktionskabel, das mit einem Aufnehmersteckerteil verbunden ist, das sich in flüssigem Medium einstecken läßt, erlaubt eine verzögerte Verbindung der Sende-Empfangsanordnung mit einer Steuer- und Aufzeichnungsinstallation an der Oberfläche. Das System wird in Betrieb genommen, indem man die Sonde verankert und indem man sie vom unteren Ende der Kolonne entfernt.
• Dieses bekannte System ist besonders zweckmäßig für Prospektionsarbeiten, welche Quellen verwenden, die sich im Inneren der röhrenförmigen, relativ engen Kolonnen lagern lassen und die im allgemeinen bei Bohrvorgängen Verwendung finden. Als Quellen kann man beispielsweise Funkengeber oder Sparkers verwenden.
• Im übrigen sendet die Quelle, die in der röhrenförmigen Kolonne zwischengeschaltet ist, ihre Energie durch Fenster in der Wand aus. Ein Teil der ausgesandten Energie hat die Tendenz, längs der Kolonne übertragen zu werden. Man muß aus diesem Grunde Absorptionsmittel in den Teil des Rohres zwischen der Quelle und der Aufnehmersonde zwischenschalten, um die direkten Übertragungen auf die Empfänger zu vermeiden.
• Man weiß auch, daß es auf dem Gebiet der Prospektion mit akustischen oder seismischen Wellen zahlreiche Verarbeitungsverfahren gibt, die es möglich machen, die Schnitte des Untergrundes lesbarer zu machen, die erhalten werden aufgrund von empfangenen und aufgezeichneten Signalen durch Kombination von Aufzeichnungen von Signalen, die an mehreren unterschiedlichen voneinander längs des Bohrlochs unter Abstand angeordneten Stellen aufgefangen wurden. Dies ist nicht mit Systemen mit einziger Empfangssonde möglich, die man z.Zt. aufgrund der Tatsache der Schwierigkeiten in der Handhabung in abgelenkten Bohrlöchern verwendet.
• Das Führungssystem nach der Erfindung ermöglicht es, in einem Bohrloch, wo deren Fortschritt durch Schwerkraft behindert ist, und insbesondere in einem abgelenkten Bohrloch ein nicht-steifes Explorationsgerät zu führen, welches Sendemittel für Signale in die das Bohrloch umgebenden Formationen sowie Empfangsmittel für diese Signale aufweist.
• Das System umfaßt eine röhrenförmige Kolonne, eine bewegliche Anordnung, die eine erste Sonde umfaßt, die mit Verankerungsmitteln gegen die Wandung des Bohrlochs versehen ist und wenigstens eine zweite Sonde, die mit der ersten durch einen Mehrfunktionskabelträgerteil vereinigt ist, sowie Verbindungsmittel für die Verbindung der beweglichen Anordnung mit einem Steuer- und Aufzeichnungslabor.
• Es zeichnet sich dadurch aus, daß das Explorationsgerät in diesen Sonden verteilt ist und die röhrenförmige Kolonne derart ausgestaltet ist, daß die bewegliche Anordnung bezüglich der um eine Rückzugsposition bzw. -Stellung verschiebbar ist, wo die Gesamtheit der beweglichen Anordnung sich im Inneren der röhrenförmigen Kolonne befindet und eine Arbeitsposition bzw. -Stellung, wo diese Sonden sich sämtlich außerhalb der röhrenförmigen Kolonne befinden, verschiebbar ist, wobei das System Pumpmittel umfaßt, um intermittierend an die bewegliche Anordnung in zurückgezogener Stellung einen Fluiddruck derart anzulegen, daß die erste Sonde aus der röhrenförmigen Kolonne geschoben wird.
• Die röhrenförmige Kolonne umfaßt beispielsweise einen Bohr- (Stangen-)Strang sowie einen Endteil von einem Querschnitt, der größer als der Bohrstrang ist, um die bewegliche Anordnung in zurückgezogener Stellung aufzunehmen.
• Diese röhrenförmige Kolonne kann auch einen Bohrstrang ausreichenden Querschnitts umfassen, um die zweite Sonde aufzunehmen oder jede hiervon in Rückzugstellung und einen aufgesetzten Endteil von einem Querschnitt, der größer als der des Bohrstrangs ist, um die erste Sonde in rückgezogener Stellung aufzunehmen.
• Die Sendemittel sind beispielsweise am Kopf der Gruppe von Sonden oder auch in der ersten Sonde angeordnet. Diese umfaßt beispielsweise einen steifen Körper, der die Verankerungsmittel einschließt, sowie eine nachgiebige Hülle, welche die Empfängermittel einschließt und mit dieser zweiten Sonde verbunden ist.
• Nach einer Ausführungsform umfaßt das Führungssystem eine Führungsanordnung, die im Inneren der röhrenförmigen Kolonne verschiebbar und mit dem Mehrfunktionsträgerkabel der beweglichen Anordnung verbindbar ist sowie Verriegelungsmittel für das Führungselement, um dieses bezüglich der röhrenförmigen Kolonne in zurückgezogener Stellung der beweglichen Anordnung festzulegen.
• Sie kann im übrigen Mittel zur verzögerten Verbindung der Gruppe der Sonden mit dem Mehrfunktionsverbindungskabel haben. Diese Mittel umfassen beispielsweise einen weiblichen Verbinder, der am Ende des Mehrfunktionsträgerkabels vorgesehen ist. Dieser Verbinder ist in flüssigem Medium auf einen männlichen Verbinder steckbar, der durch das Führungselement getragen und elektrisch mit der Gruppe der Sonden verbunden ist.
• Die bewegliche Anordnung kann direkt mit dem Steuer- und Aufzeichnungslabor über ein Mehrfunktionsverbindungskabel verbunden sein und ist mit einem Träger versehen, wobei die röhrenförmige Kolonne mit einem Verbinder mit seitlichem Fenster für den Durchgang dieses Verbindungskabels sowie einer Querschnittsverengung versehen ist, die als Anschlag für diesen Träger dient, derart, daß die bewegliche Anordnung in herausgezogener Stellung zurückgehalten wird.
• Nach einer Ausführungsform umfaßt das System mehrere unter Abstand längs einem Mehrfunktionsträgerkabel angeordnete Sonden, welche die Empfangsmittel für die Wellen enthalten.
• Nach einer anderen Ausführungsform enthalten die Sonden die Empfangsmittel für die Signale und sind die Sendemittel für die Signale an der Oberfläche angeordnet.
• Die Explorationsvorrichtung kann Sende- und Empfangsmittel für Signale vom akustischen, elektrischen, elektromagnetischen etc. Typ umfassen.
• Das Verfahren gemäß der Erfindung umfaßt:
• - die Befestigung der Explorationsvorrichtung hinter einem Verankerungsorgan,
• - das Einführen des Verankerungsorgans in das Bohrloch mit der zugeordneten Explorationsvorrichtung und eines Teils der röhrenförmigen Kolonne,
• - die Verschiebung oder Bewegung der Explorationsvorrichtung längs des Bohrlochs durch Längen der röhrenförmigen Kolonne vermittels von aufeinanderfolgend hinzugefügten Kolonnenabschnitten, bis dieser röhrenförmige Teile eine im Bohrloch bestimmte Position erreicht,
• - das Schieben des Verankerungsorgans aus dem röhrenförmigen Teil durch Schub von Fluid und sein Verankern im Bohrloch, und
• - das Zurückziehen der röhrenförmigen Kolonne durch einen Zug, die hierauf von der Oberfläche aus über eine Länge ausgeübt wird, die wenigstens gleich der der Explorationsvorrichtung ist, derart, daß diese vollständig freigegeben wird.
• Andere Merkmale und Vorteile des Systems nach der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, ohne daß diese Ausführungsformen als begrenzend anzusehen sind, näher erläutert werden, in denen
• - Fig. 1 eine erste Variante der ersten Ausführungsform des Führungssystems zeigt, wo die bewegliche Anordnung sich innerhalb einer röhrenförmigen Kolonne befindet, die dazu dient, sie gegen eine Eingriffszone am Boden eines abgelenkten Bohrlochs zu führen;
• - Fig. 2 zeigt das Sende-Empfangssystem der Fig. 1, wo die bewegliche Anordnung in eine zurückgezogene Stellung gegen eine Arbeitszone in einem Bohrloch geführt ist;
• - Fig. 3 ist eine Darstellung analog Fig. 2, die das Einsetzen der Vorrichtung zur verzögerten elektrischen Verbindung der an der verschiebbaren Anordnung des Sende-Empfangssystems mit einem Steuer- und Aufzeichnungslabor an der Oberfläche zeigt;
• - Fig. 4 zeigt das Sende-Empfangssystem der Fig. 1, wo die bewegliche Anordnung sich im Beginn ihrer Extraktionsphase aus der röhrenförmigen Führungskolonne befindet;
• - Fig. 5 zeigt die Endphase im Herausziehen der beweglichen Anordnung der Fig. 1;
• - Fig. 6 zeigt eine zweite Variante der ersten Ausführungsform des Führungssystems, wo sich die bewegliche Anordnung vollständig in zurückgezogener Stellung in einem röhrenförmigen Element größeren Querschnitts als die röhrenförmige Kolonne befindet und an das Ende hiervon angesetzt ist;
• - Fig. 7 zeigt die vorige Variante mit der beweglichen Anordnung in Extraktionsstellung aus dem angesetzten röhrenförmigen Element;
• - Fig. 8 zeigt eine andere Variante der ersten Ausführungsform des Führungssystems, wo die verschiebbare Anordnung so ausgebildet ist, daß sie bis zum Ende der röhrenförmigen Kolonne gepumpt werden kann;
• - Fig. 9 zeigt die gleiche Ausführungsvariante in herausgezogener Position der beweglichen Anordnung; und
• - Fig. 10 zeigt eine andere Ausführungsform des Systems, wo der nachgiebige Teil der beweglichen Anordnung eine längliche Transduktoren enthaltende Hülle ist.
• Das in Fig. 1 dargestellte Führungssystem ist zweckmäßig, um in einem Bohrloch ein Mehrsondenexplorationsgerät zu führen. Es umfaßt eine röhrenförmige Führungskolonne 2, die gebildet ist beispielsweise aus einem Strang untereinander verbundener Bohrstangen 3. Das System umfaßt eine Anordnung, die beweglich (verschiebbare Anordnung) bezüglich der röhrenförmigen Kolonne 2 zwischen einer in Fig. 1 gezeigten zurückgezogenen Stellung und einer Extraktionsstellung, zum Beispiel gezeigt in Fig. 5, ist. Diese verschiebbare Anordnung umfaßt eine erste Sonde 4 von einem Querschnitt größer als dem Innenquerschnitt der Stangen der Kolonne 2. Um diese erste Sonde während der Absenkmanöver zu schützen, ist ein Gehäuse 5, das die erste Sonde lagern kann, an das untere Ende der röhrenförmigen Kolonne angesetzt. Die erste Sonde 4 ist mit Verankerungsarmen 6 versehen, die sich zwischen einer längs des Körpers angelegten Stellung (Fig. 1) und einer Stellung zur Verankerung gegen die Wandungen des Bohrlochs (Fig. 4 und 5) verschwenken können. Die Arme 6 werden durch elektrohydraulische Steuermittel von dem Typ bewegt, der beispielsweise in der französischen Patentschrift 2 501 380 beschrieben ist. Die erste Sonde 4 kann beispielsweise eine Bohrlochquelle eines an sich bekannten Typs, beispielsweise eine Vibrationsquelle oder eine Impulsquelle, enthalten. Die erste Sonde kann ebenfalls ggfs. die Empfänger akustischer oder seismischer Wellen enthalten.
• Die erste Sonde 4 ist über ein Elektroträgerkabel 7 mit wenigstens einer zweiten Sonde 8 engeren Querschnitts geringer als dem der Stangen 3 der röhrenförmigen Kolonne 2 verbunden, die frei im Inneren von dieser gleiten kann. Vorzugsweise umfaßt die verschiebbare Anordnung einen Kranz von Sonden, gebildet aus einer Reihe schmalerer Sonden 8, die unter Entfernung voneinander längs des Elektroträgerkabels 7 angeordnet sind, das durch die voluminöseste Sonde 4 endet, die sich am unteren Ende der röhrenförmigen Kolonne im angesetzten Gehäuse 5 befindet.
• Der Kranz der Sonden 8, 4 ist mit einem Führungsblock 9 analog denen verbunden, die in den französischen Patentanmeldungen 2 609 105 oder 89/04.554 beschrieben sind. Dieser Block 9 ist zwischengesetzt zwischen zwei Stangen 3 der Kolonne 2 und umfaßt einen röhrenförmigen Körper 10 von einem Innenquerschnitt, der im wesentlichen gleich dem der Stangen 3 ist, sowie ein verschiebbares Führungselement 11. Ferngesteuerte Verriegelungsmittel blockieren das Führungselement 11 in zurückgezogener Stellung des Kranzes von Sonden. Sie können beispielsweise durch Muttern 12, die elektrisch oder elektrohydraulisch gesteuert sind, sein und können sich in Nuten 13 des röhrenförmigen Körpers 10 einlagern. Ein Elektroträgerkabel 14 verbindet das Führungselement 11 mit der ersten schmaleren Sonde 8. Auf der gegenüberliegenden Seite hiervon umfaßt das Führungselement 11 einen männlichen Mehrkontaktstecker 15, der gemäß der Achse des Körpers 10 gerichtet ist, sowie eine röhrenförmige Verlängerung 11A von einem Querschnitt, der geringer als der des Körpers 10 ist und durch einen Bund 16 verlängert ist. Eine Innenschulter 17 des Körpers dient als oberer Anschlag für den Bund 16 und begrenzt das Zurückziehen der verschiebbaren Anordnung im Inneren der röhrenförmigen Kolonne. Bund 16 und röhrenförmige Verlängerung 11A dienen dazu, einen weiblichen Aufnehmerteil 18 gegen den männlichen Stecker 15 zu führen. Über dem Aufnehmerteil 18 baut eine röhrenförmige Schwerstange bzw. Beschwermasstange 19 von im wesentlichen gleichem Querschnitt. Sie ist elektrisch mit einem Mehrleiterkabel 20 verbunden, das sie mit einem Steuer- und Aufzeichnungslabor an der Oberfläche 21 (Fig. 2) verbindet. Blockiermittel analog den Muttern 12, die nicht dargestellt sind, ermöglichen die Blockierung des männlichen Steckers 15 in Eingriffsstellung. Beispiele von elektrischen Mehrkontaktverbindern sind beschrieben in der US 4 500 155. (Nicht dargestellte) Öffnungen im Bund 16 und durch das Führungselement 11 hindurch ermöglichen es, einen Vortriebsfluidstrom längs der röhrenförmigen Kolonne 2 insgesamt bis zum endseitigen Gehäuse 5 herzustellen. Der Innenquerschnitt hiervon wird so gewählt, daß ein Bohrfluidstrom die Sonde 4 nach außen drücken kann, unabhängig von der Ablenkung des Bohrlochs, in das die Sondenanordnung herabgelassen wurde.
• Das System umfaßt Mittel zur verzögerten Verbindung des Aufnehmerteils 18 mit dem Steckerteil 15, wie bereits in der Patentschrift FR 2 547 861 beschrieben. Das Kabel 20 läuft von einem Haspel 22 (beispielsweise Fig. 3) ab und wird in das Innere der röhrenförmigen Kolonne über einen Spezialanschluß mit seitlichem Fenster 23 eingeführt, der den Fachleuten unter dem Namen "side entry sub" bekannt ist. Durch einen Fluidstrom treibt man den Aufnehmerteil 18 bis zu seinem Eingriff auf den Steckerteil 15 voran.
• In seinem Endverbinderteil mit der röhrenförmigen Kolonne 2 umfaßt das Gehäuse 5 eine Schulter 24 von einem Querschnitt, der geringer als der des Führungselementes 11 ist, in den man einen Magnetring 25 (Fig. 1) einarbeitet. Ein elektromagnetischer mit den Mehrleiterkabeln 7, 14, 20 verbundener Aufnehmer - nicht dargestellt - ist im Kopf 4A der Sonde 4 angeordnet und ermöglicht es, den Ausgang hiervon außerhalb des Gehäuses (obere Stellung der beweglichen Anordnung) zu ermitteln. Ein anderer Aufnehmer kann ebenfalls in das Führungselement 11 eingeschlossen sein, um die herausgezogene Stellung oder untere Stellung der beweglichen Anordnung zu erfassen, wie die folgende Beschreibung des Einsetzen des Systems zeigen wird.
• Das Führungssystem, wird in der folgenden Weise eingebracht:
• Die sende-Empfangsvorrichtung 4, 8 wird in das Bohrloch, hängend am Kabel 7, herabgelassen. Man führt dann das Gehäuse 5 ein und befestigt das Führungselement 11 am Kabel 7. Indem dieses auf dem unteren Anschlag 24 ruht, komplettiert man den unteren Teil, wo die bewegliche Anordnung in die zurückgezogene Stellung eintreten soll, indem man Stangen und den Führungsblock 9 hinzufügt.
• Durch aufeinanderfolgende Verbindungen neuer Stangen 3 führt man die verschiebbare Anordnung bis in die Zone des abgelenkten Bohrlochs, wo Prospektionsoperationen (Fig. 2) vorgesehen sind.
• Ein Spezialanschluß mit Fenster 23 (Fig. 3) wird der so gebildeten Kolonne hinzugefügt. Das vom Haspel 22 abgewickelte Mehrleiterkabel 20 wird im Inneren der Kolonne 2 eingeführt, die man dann mit Pumpmitteln (nicht dargestellt) verbindet, die in der Lage sind, einen Fluidstrom herzustellen und die Schwerstange 19 und den Aufnehmerteil 18 bis zum Stecker 15 des Führungselementes 11 zu schieben und dieses in Eingriffsstellung (Fig. 3) zu verriegeln.
• Wenn die elektrische Verbindung hergestellt ist, zieht man am Kabel von der Oberfläche aus, um die bewegliche Anordnung gegen ihre zurückgezogene Stellung zu verschieben, wo das Führungselement 11 in den Block 9 eintritt und wo man es verriegeln kann.
• Man drückt dann die Kolonne 2 bis in die Ausgangsstellung, wo Aufzeichnungen stattfinden sollen.
• Man verbindet die röhrenförmige Kolonne von neuem mit den Pumpmitteln derart, daß die erste Sonde 4 aus ihrem Schutzgehäuse 5 gedrückt wird und die Verankerungsarme (Fig. 4) freigegeben werden. Der elektromagnetische in den Kopf 4A der Sonde 4 eingeschlossene Empfänger ermittelt den Austritt.
• Von der Oberfläche aus steuert man das Öffnen der Arme 6 fern, die sich in den Wandungen des Bohrlochs 1 (Fig. 4) verankern und die Sonde 4 festsetzen.
• Nachdem die Sonde 4 verankert ist, übt man einen Zug auf die röhrenförmige Kolonne 2 von der Oberflächeninstallation aus aus, um ihr unteres Ende rücklaufen zu lassen und dadurch vollständig die Sondengruppe (Fig. 5) herauszuziehen. Der Bund des Führungselements 11 kommt dann in Anschlag gegen die Schulter 24 am unteren Ende der röhrenförmigen Kolonne 2. Der elektromagnetische Empfänger, der in das Führungselement eingeschlossen ist, erfaßt den Magnetring 25 (Fig. 1).
• Man kann dann zu Signalsende-Empfangszyklen übergehen.
• Nach einer ersten Ausführungsform kann die erste Sonde 4 aufgrund des relativ erheblichen Querschnittes eine voluminösene seismische Bohrlochquelle enthalten. Man installiert hierin beispielsweise einen Vibrator von beliebigem Typ und insbesondere einen Vibrator, der ausgehend von piezo-elektrischen oder magnetostriktiven Transducern bzw. Wandlern oder auch ggfs. einer Impulsquelle realisiert ist. Man kann beispielsweise eine Bohrlochquelle auswählen, die im Frequenzbereich 1 bis 2 KHz sendet und gesteuert wird, um Vibrationen mit Gleitfrequenz auszusenden. Die Sekundärsonden 8 enthalten angepaßte Empfänger bzw. Aufnehmer. Da das System so ausgebildet ist, daß es in gegen die Horizontale gering geneigten Bohrlochteilen arbeitet, ruhen die Sekundärsonden 8 auf der Wandung des Bohrlochs, was eine gewisse mechanische Kopplung mit den umgebenden Formationen sicherstellt.
• Um die Kopplung mit den Wandungen des Bohrlochs zu verbessern, kann man Sekundärsonden 8 verwenden, die auch mit einem Verankerungsarm und geeigneten fernsteuerbaren Antriebsmitteln, auch von der Oberflächeninstallation aus, versehen sind. Beispielsweise ordnet man in jeder Sekundärsonde wenigstens einen triaxialen orientierbaren Empfänger an (Beschleunigungsmesser oder Geophon oder beide), zugeordnet zu einem Orientierungsdetektor, analog denen, die beschrieben sind in der genannten französischen Patentanmeldung 89/04.554, und ggfs. ein Hydrophon. Mit einer solchen Ausrüstung kann man beispielsweise eine örtliche Studie der Böden in einem Radius von etlichen Metern bis etlichen 100 Metern um ein Bohrloch herum entsprechend der Emissionsfrequenz realisieren, um die Position von Reflektoren zu markieren, diejenige der Decke oder der Basis eines bohrlochdurchsetzten Speichers, von geologischen Anomalien etc..
• Befindet sich die Sondengruppierung in herausgezogener Stellung, so kann man sie von der Ausgangsstellung auf dem zu untersuchenden Bohrlochteil aus verschieben und Sende-Empfangs- und Aufzeichnungszyklen durchführen. Die Verschiebung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Sie wird durchgeführt, indem man einen gemeinsamen Zug an der Kolonne 2 und am Mehrfunktionskabel 20 ausübt. Sind die Verschiebungen diskontinuierlich, so gibt man leicht den Zug an der Kolonne frei, derart, daß sie nach unten geht und so die Kabelteile 7, 14 entspannt, welche untereinander die verschiedenen Sonden verbinden. So vermeidet man die direkte Fortpflanzung akustischer Energie längs von Kabeln gegen die Empfänger.
• Eine andere mögliche Verwendungsart besteht darin, Operationen der seismischen Prospektion mit Hilfe einer seismischen an der Oberfläche angeordneten Quelle und von Empfängern zu realisieren, die in den unterschiedlichen Sonden 4, 8 angeordnet sind.
• Es ist auch möglich, die beiden Ausführungsformen zu kombinieren, indem man eine Quelle in der beweglichen Anordnung und eine andere an der Oberfläche derart anordnet, daß zwei unterschiedliche Aufzeichnungsanordnungen während des gleichen Hievens realisiert werden.
• Nach einer zweiten Variante der ersten Ausführungsform (Fig. 6) umfaßt die verschiebbare Anordnung eine Gruppe oder einen Kranz von Sonden, wobei sämtliche oder wenigstens zwei hiervon einen Querschnitt größer als den der röhrenförmigen Kolonne 2 haben. Eine hiervon ist die erste Sonde 4. Die andere Sonde, 26, ist beispielsweise am anderen Ende des Kranzes von Sonden angeordnet und enthält eine Quelle akustischer oder seismischer Wellen. Am unteren Ende der röhrenförmigen Kolonne 2 ist ein Schutzgehäuse 27 von ausreichendem Querschnitt und Länge angeordnet, damit sie die Gruppe von Sonden 4, 26 und die Sonden 8 enthalten, die in zurückgezogener Stellung der beweglichen Anordnung zwischengeschaltet sind. Die Länge dieses Schutzgehäuses liegt in der Größenordnung von etlichen zehn Metern. Ggfs. kann der Querschnitt zwischen dem des Gehäuses 5 und dem der röhrenförmigen Kolonne (Fig. 6) liegen oder auch gleich dem des Gehäuses 5 sein.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann die akustische oder seismische Quelle in der ersten Sonde 4 gelagert sein. Auf diese Weise kann, indem die Gruppe der Sonden gegen ihre Rückzugsstellung relativ zur röhrenförmigen Kolonne, unbeweglich im Bohrloch, geführt ist, man Sende-Empfangszyklen bis zum Wiedereintritt der Sonde 4, der als letztes erfolgt, durchführen, wobei die Sonde 4 die Quelle in dem Schutzgehäuse 27 enthält. Vorzugsweise ist die Quelle in der ersten Sonde 4 gegen das Ende hiervon angeordnet, das am weitesten von den anderen Sonden entfernt liegt, was ihr Strahlungsverhalten erleichtert. In der zweiten Ausführungsvariante ist auch die Gruppe von Sonden einem Führungselement 11 zugeordnet, das mit Mitteln zur verzögerten Verbindung für ein Mehrfunktionskabel 20 versehen ist, das mit dem Aufnehmerteil 18 versehen ist. Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform ist diese auch für Vorgänge der seismischen Prospektion mit einer Quelle an der Oberfläche geeignet, wobei die Sonden 4 bis 26 nur Wellenempfänger enthalten.
• Nach einer anderen Ausführungsvariante (Fig. 8, 9) verwendet man einen Kranz von Sonden im wesentlichen identischer Querschnitte, die sich sämtlich im Inneren einer röhrenförmigen Kolonne des Typs Bohrkolonne verschieben können. Die erste, die man in die Kolonne eingreifen läßt, ist eine Sonde 28 mit versenkbaren Verankerungsarmen. In der Sonde 29 am anderen Ende der Gruppe von Sonden arbeitet man einen Wellensender beliebigen Typs ein, der in der Lage ist, in die Kolonne abgesenkt zu werden, beispielsweise einen Funkengeber oder Sparker bzw. Zündkerze. Sämtliche Sonden sind mit ein und dem gleichen Mehrfunktionskabel 30 verbunden, das sie mit einem Steuer- und Aufzeichnungslabor 31 verbindet. Das Kabel 30 dringt in die Kolonne über einen Anschluß mit seitlichem Fenster 32 ein. Anschließend an die Sonde 29 installiert man auf dem Kabel ein Halteelement 33. Die Kolonne 2 ist an ihrem tiefsten Ende mit einem Anschlag 34 versehen, der um das Kabel gepreßt ist, gegen den sich das Element 33 in herausgezogener Stellung der Gruppe von Sonden blockiert.
• Wie die vorhergehenden Ausführungsvarianten umfaßt das System einen Magnetring, der in den Anschlag 34 eingeschlossen ist, und (nicht dargestellte) elektromagnetische Empfänger sind in den Kopf der Sonde 27 und in der Sonde 29 eingeschlossen, um den Ausgang der einen und den Kontakt der anderen gegen den Anschlag 34 bei Ende des Herausziehweges des Kranzes von Sonden zu ermitteln.
• Man verwendet ggfs. eine piezo-elektrische, magnetostriktive Quelle oder einen sog. Sparker bzw. Zündkerze, der in der Lage ist, Wellen in dem Frenquenzband zwischen 1 und 2 KHz auszusenden und die Empfänger (Geophone oder Beschleunigungsmesser) befinden sich in Kontakt mit geologischen Formationen, indem Empfängersonden gegen die Wandung unter dem Einfluß ihres Gegengewichts in den horizontalen Bohrlochteilen oder ggfs. durch Öffnen der versenkbaren Arme analog zur Sonde 27 beispielsweise kontaktiert werden.
• Das System arbeitet in folgender Weise:
• Durch Hinzufügen von Stangen bildet man und senkt man in das Bohrloch einen ziemlich langen Kolonnenteil ab, um die obere Grenze Cs der zu explorierenden Zone (Fig. 8) zu erreichen.
• Man führt die Gruppe von Sonden in den so gebildeten Kolonnenteil mit ihrem Kabel 30 ein. Man läßt es außerhalb der Kolonne 2 über den Fensterverbinder 32 laufen. Die Kolonne wird gelängt, bis ihr unteres Ende die untere Grenze Ci der Aufzeichnungszone (Fig. 9) erreicht.
• Man stellt dann einen Fluidstrom in der Kolonne 2 her, um die Gruppe von Sonden bis nach unten zu treiben und die Kopfsonde 28 nach außen austreten zu lassen.
• Da die Sonde 28 im Bohrloch durch Öffnen ihrer Verankerungsarme (Fig. 9) verankert ist, übt man einen Zug auf den Bohrstrang von der Oberflächeninstallation aus aus, derart, daß man aus der Kolonne 2 den Kranz von Sonden austreten läßt und das Halteelement 33 in Abstützung gegen den Anschlag 34 kommen läßt. Man schließt dann die Verankerungsarme wieder.
• Indem man einen mechanischen konstanten Zug ausübt, hebt man die Kolonne und das Kabel bei der gleichen Geschwindigkeit zur Oberfläche. Entsprechend dem verwendeten Empfängertyp kann man Diagraphien kontinuierlich auf sämtlichen aufeinanderfolgenden Teilen des Bohrlochs abhängig von der Höhe des Manövriermastes an der Oberfläche oder auch diskontinuierlich in Unterbrechungszeitintervallen des "Fortschritts" erzeugen. Man kann auch Zyklen des seismischen Sendens-Empfangens während aufeinanderfolgender Stillsetzungen beim Anheben realisieren.
• Bei den vorherigen Ausführungsvarianten ist die Herausziehposition der beweglichen Anordnung markiert durch einen unteren Anschlag am unteren Ende der röhrenförmigen Kolonne. Man verläßt jedoch den Rahmen der Erfindung nicht, wenn man diesen unteren Anschlag fortläßt, derart, daß man nach verzögerter Verbindung des Mehrleiterkabels die bewegliche Anordnung aus der röhrenförmigen Kolonne herausheben und diese nach Verankerung der Sonde 4 anheben kann, bis der Fensterverbinder 23 wieder in die Nähe der Oberfläche kommt. In diesem Fall kann man beispielsweise Diagraphien kontinuierlich über eine sehr große Bohrlochlänge realisieren, nachdem man die Verankerungsarme 27 wieder geschlossen hat, indem man einen Zug auf das Kabel ausübt, ohne die röhrenförmige Kolonne 4 zu verschieben.
• Nach einer anderen Ausführungsform des Systems (Fig. 10) ist der nachgiebige Teil der beweglichen Anordnung gebildet durch eine längliche verformbare empfängereinschließende Hülle 35. An einem ersten Ende ist diese Hülle mit dem Mehrleiterkabel 30 entweder direkt oder über eine Vorrichtung mit verzögerter Verbindung, beispielsweise die vorher beschriebene Vorrichtung 11, 15 verbunden. An ihrem gegenüberliegenden Ende ist die Hülle 35 mit einem Verankerungsorgan, beispielsweise einer Sonde mit beweglichem Arm 36 analog zur vorhergehenden Sonde 4 angeschlossen.
• Das System nach der Erfindung wurde beschrieben mit Bezug auf eine Explorationsvorrichtung für akustische oder seismische Signale. Es ist jedoch klar, daß sie genauso gut verwendet werden kann, um längs eines Bohrlochs ein Explorationsgerät beliebigen elektrischen, elektromagnetischen, nuklearen Typs zu führen.

Claims (16)

1. Führungssystem, um in einem Bohrloch, wo ihr Fortschritt durch Schwerkraft gestört ist, und insbesondere in einem abgelenkten Bohrloch, eine nicht-steife Explorationsvorrichtung zu führen bzw. zu betreiben, welche Mittel zum Aussenden von Signalen in die das Bohrloch umgebenden Formationen sowie Mittel zum Empfang von Signalen umfasst, wobei das System eine röhrenförmige Kolonne (2), eine bewegliche Anordnung eine erste Sonde (4, 27) aufweisend, die mit Mitteln zum Verankern (6) gegen die Wandung des Bohrlochs und wenigstens eine zweite Sonde (8, 26, 29) versehen ist, die mit der ersten über einen Teil eines Mehrfunktionsträgerkabels vereinigt ist sowie Bindungsmittel (30) zur Verbindung der beweglichen Anordnung mit einem Steuer- und Aufzeichnungslabor (21) umfasst, dadurch gekennzeichnet, daß die Explorationsvorrichtung in diesen Sonden (4, 27, 8, 26, 29) verteilt ist und die röhrenförmige Kolonne (2) derart ausgestaltet ist, daß die bewegliche Anordnung bezüglich ihrer aus einer zurückgezogenen Stellung, wo die Gesamtheit der beweglichen Anordnung sich im Innern der röhrenförmigen Kolonne (2) befindet, und einer Arbeitsstellung beweglich ist, wo diese Sonden (4, 27, 8, 26, 29) sämtlich außerhalb der röhrenförmigen Kolonne (2) sich befinden, wobei das System Pumpmittel umfasst, um intermittierend an die bewegliche Anordnung in zurückgezogener Stellung einen Fluiddruck derart anzulegen, daß die erste Sonde (4, 27) aus der röhrenförmigen Kolonne geschoben wird.

2. Führungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die röhrenförmige Kolonne (2) einen Bohrstrang und einen Endteil (5, 27) eines Querschnitts grösser als den des Bohrstrangs umfasst, um die bewegliche Anordnung in zurückgezogenener Stellung zu halten.

3. Führungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die röhrenförmige Kolonne (2) einen Bohrstrang von ausreichendem Querschnitt umfasst, um die zweite Sonde (8, 26, 29) oder jede hiervon in zurückgezogener Stellung zu halten und einen aufgesetzten Endteil (5) von einem Querschnitt aufweist, der grösser als der des Bohrstrangs ist, um diese erste Sonde (4) in zurückgezogener Stellung zu halten.

4. Führungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtungen in der ersten Sonde (4) angeordnet sind.

5. Führungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sonde (4, 27) einen steifen Körper, der die Verankerungsmittel (6) einschließt sowie eine nachgiebige Hülle (35) umfasst, welche die Empfangsmittel einschliesst und mit dieser zweiten Sonde verbunden ist.

6. Führungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Führungsanordnung (11), die im Innern der röhrenförmigen Kolonne (2) beweglich und mit dem Mehrfunktionsträgerkabel (7, 14) der beweglichen Anordung verbunden ist sowie Verriegelungsmittel für das Führungselement, um dieses bezüglich der röhrenförmigen Kolonne (29) in zurückgezogener Stellung der beweglichen Anordnung unbeweglich zu halten bzw. festzulegen, umfasst.

7. Führungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß es Mittel zur verzögerten Verbindung (18, 19) der Anordnung der Sonden (4, 27, 8, 26, 29) mit dem Mehrleiterverbindungskabel (20) umfasst.

8. Führungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Anordnung direkt mit dem Steuer- und Aufzeichnungslabor (21) über ein Mehrfunktionsverbindungskabel (30) verbunden und mit einem Träger (33) versehen ist, wobei die röhrenförmige Kolonne (2) mit einem verbinder mit seitlichem Fenster (32) zum Durchgang dieses Verbindungskabels (30) und mit einer Querschnittsverengung (34) versehen ist, die als Anschlag für diesen Träger (33) dient, derart, daß die bewegliche Anordnung in Herausziehstellung zurückgehalten ist.

9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere Sonden (8) aufweist, die längs eines Mehrfunktionsträgerkabels (7) angeordnet sind und die Mittel zum Empfang der Wellen enthält.

10. System nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalsendemittel am Kopf der Anordnung der Sonden angeordnet sind.

11. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrfunktionsträgerkabel (7) in einer Verbinderbuchse (18) endet, die in flüssiger Umgebung auf einen Steckverbinder (15) aufschiebbar ist, der vom Führungselement (11) getragen und elektrisch mit der Anordnung der Sonden verbunden ist.

12. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese Sonden die Mittel zum Empfang von Signalen enthalten, wobei die Mittel zum Aus senden von Signalen an der Oberfläche angeordnet sind.

13. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Explorationsvorrichtung Mittel zum Aussenden und zum Empfangen akustischer Signale umfasst.

14. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Explorationsvorrichtung Mittel zum Aussenden und zum Empfangen elektrischer Signale umfasst.

15. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Explorationsvorrichtung Mittel zum Aussenden-Empfangen elektromagnetischer Signale umfasst.

16. Verfahren, um in einem Bohrloch, wo ihr Fortschritt durch Schwerkraft gestört ist, und insbesondere in einem abgelenkten Bohrloch, eine bewegliche Anordnung zu führen bzw. zu betreiben, die eine erste Sonde (4, 27), die mit Mitteln zur Verankerung gegen die Wandung des Bohrlochs versehen ist und wenigstens eine zweite Sonde (8, 26, 29) umfasst, die mit der ersten über ein Mehrfunktionskabelträgerteil (7) verbunden ist und Verbindungsmitteln, um die bewegliche Anordnung mit einem nicht-steifen Labor zu verbinden, das Mittel zum Aussenden von Signalen in die Formationen, die das Bohrloch umgeben und die Mittel zum Empfang von Signalen umfasst, dadurch gekennzeichnet, daß es umfasst:

- die Befestigung der Explorationsvorrichtung hinter einem Verankerungsorgan (6),

- das Einführen in das Bohrloch des Verankerungsorgans (6) mit der zugeordneten Explorationsvorrichtung sowie eines Teils der röhrenförmigen Kolonne (2),

- das Bewegen der Explorationsvorrichtung längs des Bohrlochs durch Längung der röhrenförmigen Kolonne vermittels von Kolonnenabschnitten, die aufeinanderfolgend angesetzt werden, bis dieser genannte röhrenförmige Teil eine bestimmte Position in dem Bohrloch erreicht,

-das Schieben des Verankerungsorgans aus dem röhrenförmigen Teil durch Druck bzw. Schub des Fluids und seine Verankerung im Bohrloch, und

-das Zurückziehen der röhrenförmigen Kolonne (2) durch einen hierauf von der Oberfläche aus ausgeübten Zug über eine Länge, die wenigstens gleich der der Explorationsvorrichtung derart ist, daß diese komplett freigegeben wird.