WO2014082886A1 - Elektrische verbindungsvorrichtung für verdrahtete bohrrohre - Google Patents

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WO2014082886A1
WO2014082886A1 PCT/EP2013/074050 EP2013074050W WO2014082886A1 WO 2014082886 A1 WO2014082886 A1 WO 2014082886A1 EP 2013074050 W EP2013074050 W EP 2013074050W WO 2014082886 A1 WO2014082886 A1 WO 2014082886A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drill pipe
axial
connecting device
locking element
axial locking
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/074050
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bouchra Lamik-Thonhauser
Anton KOTOV
Alexander FINE
Original Assignee
Advanced Drilling Solutions Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Advanced Drilling Solutions Gmbh filed Critical Advanced Drilling Solutions Gmbh
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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/028—Electrical or electro-magnetic connections

Definitions

  • the invention relates to a device for connecting at least one electrical data and / or supply line to electrical connections of a wired drill pipe when the drill pipe is not in active drilling operation.
  • a coaxial cable within each drilling component extends end to end of the drilling component and is connected to the coaxial cables of the adjacent drilling components as the drilling components are connected.
  • a rotary connector allows communication between the downhole transmission system and surface positioned instruments.
  • Other transfer mechanisms are also used, e.g. Sonar or electrical currents over the ground, etc.
  • solutions based on wiring of the drill string have proven most efficient.
  • the document WO 2010/141969 A2 discloses a device for connecting electrical lines to essentially tubular connecting elements of drill pipes which can be screwed together, in which a first electrical contact element is fixedly arranged on a first connecting element and a second electrical contact element on a second connecting element is arranged displaceably in the direction of rotation of the connecting element.
  • the electrical connection has proved to be reliable, simple and robust in the mechanical connection of the tubes (rotary motion) and allows the transmission of electric current and / or data even in the downhole harsh conditions, such as high pollution, presence of liquids all Kind, high temperatures and mechanical shocks.
  • slip ring assemblies arranged on the Top Drive which act as a rotary connector, to feed electrical current to underground units during the drilling process and to read and evaluate data generated by these underground units.
  • apparatuses connectable to the drill pipe for communication with a wired drill pipe during the tripping operation comprise so-called sub-coupler heads.
  • a first type of sub-coupler head has a non-threaded surface which, when installed in a threaded drill pipe, frictionally or press-fits a restraining force against a threaded portion of the drill pipe. The friction or interference fit is achieved by spreading the sub-coupler head.
  • a communication element is embedded in the sub-coupler head to communicate with a pipe Communicating communication element when the sub-coupler head is positioned within the receiving end of the wired drill pipe. Inductive couplers and direct connection couplers are cited as communication elements.
  • Examples of communicative coupling include wireline, mud-pulse telemetry, electronic telemetry, or acoustic telemetry.
  • the material of the sub-coupler head is resilient and soft with respect to the material of the drill pipe so that the thread of the drill pipe is not damaged.
  • its surface has a partial thread.
  • the communication apparatus is used only for signal transmission, but not for the supply of underground metering units with electrical energy.
  • Document US 7,198,118 discloses a communication adapter for releasably connecting to a drilling component outside the active drilling operation, comprising a data communications coupler for data communication with a drilling system integrated transmission system, a mechanical coupler for releasably securing the adapter to the drilling component and an integral data interface comprising a screen, a gauge, a speaker or a light.
  • the mechanical coupler includes a thread, or magnets, or locking mechanisms, such as e.g. elastic clips, or clamps.
  • the mechanical coupler includes cams that are pivotable about a pivot axis into engagement with an internal thread of the drilling component.
  • the communication adapter is used only for signal transmission, but not for the supply of underground metering units with electrical energy. The intent to inject energy or data and / or control signals during the trip-in or trip-out operation of the borehole into the drill pipe encounters, in particular, the following difficulties:
  • the drill string is not normally bolted to the slip ring assembly, which therefore can not be used for electrical supply and communication.
  • connection s device By means of the connection s device according to the invention, at least one electrical data and / or supply line can be connected to electrical connections of a wired drill pipe when the drill pipe is not in active drilling operation.
  • the fiction, contemporary connection device comprises: electrical connections, which are galvanically connected to the at least one electrical data and / or supply line and can be brought into contact with the electrical connections of the drill pipe; an axial guide element axially insertable and removable in a receiving end of the drill pipe; and at least one Axialvernegelungselement.
  • the axial guide member and the Axialvernagungselement are axially displaceable relative to each other between a Axialvemegelungs ein and a release position, wherein in the Axialvemegelungs ein the Axialvernagungselement is configured to engage with the drill pipe, and wherein in the release position, the engagement of the Axial locking element is dissolved in the drill pipe.
  • connection device according to the invention is particularly suitable for connection to the connection elements of wired drill pipes described in the abovementioned patent application WO 2010/141969 A2, whereas adaptation to standard threads of standard drill pipes is not an aim of the invention.
  • a quick and secure manufacturable locking between the connecting device according to the invention and the drill pipe can be achieved if the axial locking selement is radially movable, preferably elastically radially movable.
  • the connection device can be particularly easy to lead out of the drill pipe.
  • the axial guide element has at least one recess, preferably at least one circumferential groove, into which the axial locking element can be radially retracted in the release position.
  • a particularly secure handling of the connecting device according to the invention can be achieved if the axial guide element has two axially offset recesses, preferably circumferential grooves, which define two different release positions. In this case, a first release position is assumed by relative axial displacement of the Axial Operationselements to Axialverriegelungselement in a first direction, and a second release position occupied by relative axial displacement of the Axial Desiriegelungselement in the opposite direction.
  • the axial locking element has projections which are configured to engage in depressions of the drill pipe in the axial locking position or if the axial locking element has recesses configured to engage in projections of the drill pipe in the axial locking position.
  • the Axialverriegelungselement is designed as a clamping sleeve which surrounds the axial guide element.
  • the connecting device In order to prevent inadvertent release of the connection with the drill pipe, the connecting device, preferably by means of springs, can be biased into the axial locking position.
  • a rotatable outer body is provided in a preferred embodiment of the inventive connecting device, in which the electrical connections are configured so that they can be brought by rotational movement of the outer body with the electrical connections of the drill pipe in contact .
  • the provision of rotary handles facilitates the rotation of the connecting device for the operator.
  • the provision of axial handles generally facilitates manual guidance of the connector.
  • connection can be realized by means of an intermediate element which is axially rigidly connected to the Axialvernegelungselement and on its outer surface has an external thread on which an internal thread of the outer body is rotatably screwed.
  • the Axialvernegelungselement and / or the intermediate element can be secured by a rotary locking element against rotation with respect to the Axial Resultsselement.
  • the intermediate element may comprise anti-rotation elements for engaging the drill pipe.
  • the connecting device For an automatic or at least semi-automatic connection of the connecting device with a drill pipe is provided that the outer body is rotatable by means of a motor and optionally a transmission, wherein the connecting device is preferably equipped with actuators for automatic supply to and removal from the drill pipe.
  • a contact detector switch which detects whether the electrical connections of the connection device with the electrical connections of the drill pipe in contact.
  • the invention also provides that the at least one electrical line is led out by means of a Drehaustechnischsvorraum in a harness from the connecting device.
  • connection device In order to carry out measurements on mounted drill pipes, for example, it is expedient to design the connection device according to the invention as a handheld device, wherein at least one device for inputting and outputting data, status and / or test signals and at least one electrical data and / or supply line for the evaluation of output signals is connected, the device preferably has a user interface.
  • Fig. 1 shows a section of a drilling rig with a compound according to the invention s device.
  • Fig. 2 shows the connection of the connecting device 2 with a rotary connector body and a wired drill pipe.
  • Fig. 3 and Fig. 4 show an embodiment of the compound s device in perspective view, each partially cut away.
  • Fig. 5 shows an arrangement of an Axialverriegelungselement and an intermediate element in the connecting device.
  • Figs. 6 to 11 explain the operation of connecting the connecting device to the drill pipe.
  • Figs. 12 and 13 illustrate the operation of releasing the connection of the connection device with the drill pipe.
  • Fig. 14 shows an embodiment of the connecting device with a motor drive.
  • Fig. 15 shows an equipment of the connection device with automatic placement devices.
  • Fig. 1 shows a section of a drilling rig for oil, natural gas or Geothermiebohrept, are supplied to the cabled drill string measuring units via the wiring with electrical energy and control signals and sent by the measuring units on the wired drill string data on Matterertag control and evaluation devices , The data transfer also takes place when no drilling operation is carried out, but, as shown here, the drill pipe is removed (trip-out) or installed by assembling pipes (trip-in).
  • a gripper 1 which holds the topmost cabled drill pipe 6 of a wired drill pipe.
  • the upper end, the so-called “box end”, of the cabled drill pipe 6 is connected to electrical apparatus of the wired drill pipe 6 with a device 2 according to the invention for connecting electrical data and / or supply lines, which are arranged in a flexible cable harness 18
  • the wired drill pipe 6 is preferably a drill pipe with a connection element described in WO 2010/141969 A2.
  • the flexible cable strand 18 opens into a cable housing 5, which connects to a rotary connector body 3 is fixed. From the cable housing 5, the electrical leads continue in a wired mounting body 4, from where they continue to run away from the drilling control, evaluation and power supply equipment. By this arrangement, it is possible to control electrical circuits located in the drill string and to supply them with energy.
  • connection s device 2 is parked in a holder 11, so that it does not disturb the drilling operation, nor can it be damaged, but is immediately available again during subsequent tripping operations.
  • the wired mounting body 4 is directly connected to the wired drill pipe 6.
  • Fig. 2 shows the connection of the connecting device 2 with a rotary connector body 3 and the wired drill pipe 6 in magnification.
  • the rotary connector body 3 is mounted by means of screws 21 on a split sleeve 13 which is held on the wiring mounting body 4 by means of pipe clamps 12.
  • An electrical cable 16 is passed between the split sleeve 6 for connection of the rotary connector body 3 to the wired drill string during drilling operation.
  • a cable housing mounting 9 is rotatably mounted on the split sleeve 13.
  • a synchronizing member 14 rotatably connects the cable housing support 9 and the rotary connector body 3 with respect to each other so that they can only rotate together relative to the wired mounting body 4.
  • a rod-shaped holder 10 extends radially outward.
  • the holder 11 for the connecting device 2 and the cable housing 5 are fixed.
  • An electrical input line 23 and an electrical output line 17 lead via an unillustrated slip ring ensemble inside the rotary connector body 3 out of the rotary connector body 3 out into the cable housing 5 and from there into the flexible cable harness 18 which is connected by means of connectors 15 to the cable housing 5.
  • the electrical input line 23 and the electrical output line 17 are during the conversion work (tripping operations) via the connecting device 2 with the wired drill pipe 6 in electrical connection.
  • the end of the wired mounting body 4 is protected with a protective cap 26.
  • the flexible wiring harness 18 opens by means of a connector 41 in a Drehaustechnischsvorraum 8 of the connecting device 2.
  • Fig. 3 and Fig. 4 show an embodiment of the connecting device 2 in perspective view, each partially cut open.
  • the connecting device 2 has a substantially frusto-conical outer body 31, from which to easier handling an axial handle 39 for manual axial guidance of the connecting device 2 when inserted into the drill pipe and three rotary handles 38 for manual rotation of the endeavorköpers 31 extend.
  • the outer body 31 is configured to provide protection against the penetration of drilling mud, and it is also designed to be explosion proof.
  • the above-explained rotary balance device 8 on which the plug connector 41 can be seen, extends in a rotatable manner from the outer body 31.
  • a contact detector switch 25 is arranged (see in particular detail D in Fig. 4), which detects whether the electrical connections 35 of the connecting device 2 have been brought into contact with the electrical connections of the drill pipe.
  • the electrical connections 35 may be implemented as standard electrical sockets opening in the front end surface of the outer body 31, and the electrical connections of the drill pipe extend axially in the form of contact pins.
  • electrical lines 42 extend through the interior of the connecting device 2 to the connector 41.
  • Within the outer body 31 are in coaxial alignment with this from outside to inside an intermediate member 34, an Axialverriegelungselement 33 in the form of a clamping sleeve and an axial guide selement 32 ,
  • the Axialverriegelungselement 33 serves to fix the connecting device 2 in the axial direction in the drill pipe.
  • the axial guide member 32 and the Axialverriegelungselement 33 are axially displaceable relative to each other between an Axialverriegelungs ein and a release position, wherein the Axialverriegelungselement 33 is divided in its front region into a plurality of elastically radially movable tongues 33 b, the projections 33 a at their free ends Have mesh with the drill pipe.
  • the tongues 33b are radially extended, radially retracted in the release position, as will be explained in detail below.
  • the axial guide element 32 has two recesses, which are separated from one another by a web-shaped section 32b, in the form of circumferential grooves 32a, 32c which receive the projections 33a of the axial locking element 33 in two different release positions.
  • the axial locking member 33 is axially rigidly mounted with respect to the intermediate member 34 so that the axial movement of the axial locking member 33 and the intermediate member 34 is common, whereby the intermediate member 34 can not hinder the radial movement of the tongues 33b.
  • a drillge leopardgewindes 37 comprising an external thread 34 c on the peripheral surface of the intermediate member 34 and an internal thread 31 a on the inner surface of the outer body 31, the intermediate element 34 are and the outer body 31 are connected to each other such that the intermediate member 34, the axial locking member 33 and the outer body 31 are moved together axially with respect to the axial guide member 32 when the outer member 31 is axially moved.
  • the outer body 31 is axially movable relative to the Axialverriegelungselement 33.
  • the arrangement of intermediate element 34, Axialverriegelungselement 33 and outer body 31 is biased in such axial position relative to the Axial Resultselement 32 that the connecting device 2 is in the locking position in which the projections 33a of the axial locking element 33 on the web portion 32b of the Axial Resultsselements 32 rest.
  • the two springs 36 exert from opposite directions in each case the same spring forces, whereby an equilibrium of forces is established, which results in the relative axial position.
  • the intermediate element 34 serves for the radial fixation of the connecting device 2 in the drill pipe.
  • the intermediate element 34 at its front end face on a series of projections 34a and recesses 34b, which engage with counter-shaped recesses and projections of a protective sleeve in the drill pipe.
  • a rotation lock pin 43 is provided in order to prevent the axial lock member 33 and the intermediate member 34 from rotating with respect to the axial guide member 32.
  • FIG. 5 shows the arrangement of axial locking element 33 and intermediate element 34.
  • the plurality of tongues 33b with projections 33a of the axial locking element 33 and the front projections 34a and depressions 34b of the intermediate element 34 are particularly clearly visible.
  • the external thread 34c on the outer surface of the intermediate element 34 is not shown in the drawing, but symbolized by the reference numeral 34c.
  • Fig. 6 shows the initial insertion of the outer body 31 into a conical receiving space 71 of the box end 70 of the wired drill pipe 6, wherein the detail A shows an enlarged view of a section of Fig. 11.
  • the drill pipe 6 has electrical connections 73 (pins) for electrical connection to the electrical connections 35 (sockets) of the connection s device 2.
  • a sleeve-shaped connecting element 72 is arranged, which has a connection device 2 facing annular nose 72a, formed behind the nose 72a annular recess 72b and a conical centering surface 72c.
  • the connecting device 2 is in the locking position in which the projections 33 a of the axial locking selements 33 rest on the web-shaped portion 32 b of the axial guide element 32.
  • the projections 33a abut the device 2 against the nose 72a of the connecting element 72 of the drill pipe 6, whereby the further axial movement of the axial locking element 33 is initially prevented.
  • the axial guide element 32 can very well continue to move into the drill pipe 6 in the axial direction, whereby the web-shaped section 32b of the axial guide element 32 moves away from the projections 33a and instead the second circumferential groove 32c of the axial guide element 32 comes into alignment with the projections 33a, see FIG Fig. 7.
  • the circumferential groove 32c provides the tongue 33b with its projections 33a the necessary clearance for an elastic radial movement inwards by the nose 72a, the projections 33a presses inwardly, see Fig. 8.
  • connection s device 2 By the relative displacement between Axial arrangementselement 32 and Axialverriegelungselement 33, the first circumferential groove 32a of the Axial elementselements 32 comes into alignment with the projections 33a of the Axial locking member 33, see Fig. 12. Now, the projections 33a of the nose 72 can be pressed radially inwardly into the circumferential groove 32a 13, whereby the locking of the Axialverriegelungselements 33 releases and this can also be freely moved axially outward.
  • the previously described embodiment of the connection s device 2 according to the invention is intended for manual operation by operating personnel on the drilling rig. However, it is also possible to equip the connection s device 2 for semi-automatic or fully automatic operation. Fig.
  • FIG. 14 shows an embodiment of the connecting device 2, which is provided with a motor drive for rotating the outer body 31.
  • a motor 53 rotates the outer body 31 with respect to the axial guide member 32 via a gear comprising a pinion 51 on the drive shaft of the motor 53 and a ring gear 52 on the outer surface of the outer body 31.
  • axial drives 50 for example as hydraulic or pneumatic cylinder Piston systems or are realized as threaded spindles, the axial movement of the outer body 31 is controlled with respect to the axial guide element 32.
  • the drives 50 are seated on a rotary balance device 40, to which the connector 41 is attached.
  • an electrical detector switch 54 is provided which detects whether the outer body 31 has been rotated in a correct angular orientation to the drill pipe in which a galvanic connection between the electrical connections of the connection device and the drill pipe takes place. In this correct angular orientation, the final fixing of the outer body 31 by the axial drives 50 takes place.
  • Fig. 15 shows an equipment of the connecting device 2 with devices for automatically placing the connection s device 2 on the drill pipe 6 while being held by a gripper 1.
  • the connecting device 2 is housed in a housing 63 which is mounted on the holder 10 via actuator arms 61, 62, the holder 10 being fixed on the rotary connector body 3 via the cable housing mounting 9. From the rotary connector body 3, the wired mounting body 4 extends.
  • the actuator arms 61, 62 are fed by actuators 60 in three-dimensional motion to the drill pipe 6 and led away.
  • the housing 63 has a conical open end that facilitates placement on the drill pipe 6 in centered alignment. Of course, distance meters can be used for more accurate placement.

Abstract

Eine Vorrichtung (2) zum Verbinden von zumindest einer elektrischen Daten- und/oder Versorgungsleitung (23, 17) mit elektrischen Anschlüssen eines verdrahteten Bohrrohrs (6), wenn sich das Bohrrohr nicht im aktiven Bohrbetrieb befindet, umfasst: elektrische Anschlüsse (35), die mit der zumindest einen elektrischen Daten- und/oder Versorgungsleitung (23) galvanisch verbunden und mit den elektrischen Anschlüssen (73) des Bohrrohrs (6) in Kontakt bringbar sind; ein in ein Aufnahmeende des Bohrrohrs (6) axial einführbares und herausziehbares Axialführungselement (32); und zumindest ein Axialverriegelungselement (33). Das Axialführungselement (32) und das Axialverriegelungselement (33) sind relativ zueinander zwischen einer Axialverriegelungsstellung und einer Freigabestellung axial verlagerbar, wobei in der Axialverriegelungsstellung das Axialverriegelungselement (33) zum Ineinandergreifen mit dem Bohrrohr konfiguriert ist, und wobei in der Freigabestellung der Eingriff des Axialverriegelungselements (33) in das Bohrrohr gelöst ist.

Description

Elektrische Verbindungsvorrichtung für verdrahtete Bohrrohre Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von zumindest einer elektrischen Daten- und/oder Versorgungsleitung mit elektrischen Anschlüssen eines verdrahteten Bohrrohrs, wenn sich das Bohrrohr nicht im aktiven Bohrbetrieb befindet.
Derzeit werden an vielen Bohranlagen einfache Stahlrohre miteinander verschraubt. Auf diese Weise entsteht ein meist mehrere Kilometer langes Bohrgestänge, an dessen Ende ein Bohrmeißel befestigt ist. Im Inneren der Rohre befindet sich eine Spülflüssigkeit (Mud), die vielerlei Funktionen während des Bohrvorgangs erfüllt. Eine dieser Funktionen kann die Übertragung von Daten mittels Druckpulsen sein. Da diese Kommunikation aber sehr langsam ist (die Übertragungsrate liegt typischerweise bei 10 Baud), wurden in der Bohrindustrie verstärkte Anstrengungen unternommen, um während des Bohrbetriebs Bohrlochinformation mit höheren Datenübertragungsraten gewinnen zu können. Aus dem Dokument US 6,670,880 ist beispielsweise ein Bohrlochübertragungssystem bekannt, das Daten durch eine Vielzahl von Bohrkomponenten eines Bohrstrangs hindurch überträgt. Jede Bohrkomponente ist an ihren beiden Enden mit Enden von anschließenden Bohrkomponenten verbunden. Ein Koaxialkabel innerhalb einer jeden Bohrkomponente erstreckt sich von Ende zu Ende der Bohrkomponente und wird beim Verbinden der Bohrkomponenten mit den Koaxialkabeln der benachbarten Bohrkomponenten verbunden. Während des Bohrens erlaubt ein Drehverbinder die Kommunikation zwischen dem Bohrlochübertragungssystem und an der Oberfläche positionierten Instrumenten. Es werden auch andere Übertragungsmechanismen verwendet, z.B. Sonar oder elektrische Ströme über das Erdreich, etc.. Am effizientesten haben sich aber Lösungen erwiesen, die auf einer Verkabelung des Bohrgestänges basieren (elektrische Kabel oder Lichtleiter).
Mittlerweile ist die Erfassung von Daten aus dem Bohrloch während des Bohrvorgangs ein wesentliches Element bei modernen Erdöl-, Erdgas- oder Geothermiebohrungen geworden. Diese Art von Datenerfassung wird im Fachjargon als Measurement While Drilling (MWD) oder Logging While Drilling (LWD) bezeichnet. Die Datenerfassung ist aber auch für die Konstruktion des Bohrlochs und die anschließende Förderung von Erdöl, Gas oder Warmwasser wichtig. Nur durch die Erfassung der jeweiligen relevanten Messgrößen kann eine Bohrung sicher, effizient und ökonomisch betrieben werden. Je mehr Daten von Untertag zur Verfügung stehen, umso effizienter und sicherer kann der Bohrbetrieb gestaltet werden. Die Bohrindustrie fordert daher immer dringender eine Übertragung von Daten mit hohen Datenraten (z.B. 200 kBaud) aus mehreren Kilometern Tiefe. Diese Forderung resultiert in erhöhten Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von Untertagmesseinheiten, die wiederum zu einem Anstieg des Stromverbrauchs der Untertagmesseinheiten führt. Um diesem erhöhten Stromverbrauch Rechnung zu tragen, sollen die Untertagmesseinheiten auch von der Oberfläche aus mit elektrischer Energie (z.B. mit 200 W) versorgt werden.
Aus dem Dokument WO 2010/141969 A2 ist eine Vorrichtung zum Verbinden von elektrischen Leitungen an miteinander verschraubbaren, im wesentlichen rohrförmigen Verbindungselementen von Gestängerohren bekannt, bei der an einem ersten Verbindungselement ein erstes elektrisches Kontaktelement fest angeordnet ist und an einem zweiten Verbindungselement ein zweites elektrisches Kontaktelement in Drehrichtung des Verbindungselementes verschiebbar angeordnet ist. Mit dieser Vorrichtung konnte das Problem der elektrischen Verbindung zwischen den Rohren des Bohrgestänges gelöst werden. Die elektrische Verbindung hat sich als zuverlässig, einfach und robust bei der mechanischen Verbindung der Rohre (drehende Bewegung) erwiesen und erlaubt die Übertragung von elektrischem Strom und/oder Daten auch bei den im Bohrloch herrschenden rauen Bedingungen, wie hohe Verschmutzung, Vorhandensein von Flüssigkeiten aller Art, hohe Temperaturen und mechanische Erschütterungen. Mit einem solcherart aufgebauten Bohrgestänge ist es möglich, z.B. mithilfe von am Top-Drive angeordneten Schleifringensembles, die als Drehverbinder fungieren, während des Bohrvorgangs elektrischen Strom zu Untertagmesseinheiten einzuspeisen und von diesen Untertagmesseinheiten generierte Daten auszulesen und auszuwerten.
Insbesondere für die Erhöhung der Sicherheit des Bohrlochs ist es jedoch auch erforderlich, Energieversorgung für Untertagmesseinheiten bereitzustellen und Daten auszulesen, wenn kein Bohrvorgang durchgeführt wird, sondern das Bohrgestänge ausgebaut (Trip-out) oder durch Zusammensetzen von Rohren eingebaut (Trip-in) wird. Gerade in dieser Phase ist es von höchster Wichtigkeit zu wissen, ob sich im Bohrloch sicherheitsrelevante Veränderungen ergeben, wie z.B. Druckveränderungen, Reibung, Gasblasenbildung, etc..
Aus dem Dokument EP 2 273 058 A2 sind mit dem Bohrgestänge verbindbare Apparate zur Kommunikation mit einem verdrahteten Bohrrohr während der Tripping-Operation bekannt, die sogenannte Sub-Kopplerköpfe umfassen. Ein erster Typ des Sub-Kopplerkopfs weist eine gewindelose Oberfläche auf, die beim Einbau in ein verdrahtetes Bohrrohr durch Reib- oder Presspassung eine Rückhaltekraft gegen einen Gewindeabschnitt des Bohrrohrs ausübt. Die Reib- oder Presspassung wird durch Spreizen des Sub-Kopplerkopfs erzielt. Ein Kommunikationselement ist in den Sub-Kopplerkopf eingebettet, um mit einem Rohr- Kommunikationselement kommunikativ zu koppeln, wenn der Sub-Kopplerkopf innerhalb des Aufnahmeendes des verdrahteten Bohrrohrs positioniert ist. Als Kommunikationselemente werden unter anderem induktive Koppler und Direktverbindungskoppler angeführt. Als Beispiele für die kommunikative Kopplung werden eine Drahtverbindung, Mud-Puls Telemetrie, elektronische Telemetrie, oder akustische Telemetrie angeführt. Das Material des Sub-Kopplerkopfs ist elastisch bzw. deformierbar und weich in Bezug auf das Material des Bohrrohrs, damit das Gewinde des Bohrrohrs nicht beschädigt wird. In einer alternativen Ausführungsform des Sub- Kopplerkopfs weist seine Oberfläche ein Teilgewinde auf. Der Kommunikationsapparat dient nur zur Signalübertragung, nicht aber zur Versorgung von Untertagmesseinheiten mit elektrischer Energie.
Das Dokument US 7,198,118 offenbart einen Kommunikationsadapter zur lösbaren Verbindung mit einer Bohrkomponente außerhalb des aktiven Bohrbetriebs, mit einem Datenübertragungskoppler zur Datenkommunikation mit einem in der Bohrkomponente integrierten Übertragungssystem, einem mechanischen Koppler zur lösbaren Befestigung des Adapters an der Bohrkomponente und einem integralen Dateninterface umfassend einen Bildschirm, eine Messlehre, einen Lautsprecher oder ein Licht. Der mechanische Koppler umfasst ein Gewinde, oder Magneten, oder Verriegelungsmechanismen, wie z.B. elastische Clips, oder Klemmen. In einer Ausführungsform umfasst der mechanische Koppler Nocken, die um eine Schwenkachse in den Eingriff mit einem Innengewinde der Bohrkomponente schwenkbar sind. Der Kommunikationsadapter dient nur zur Signalübertragung, nicht aber zur Versorgung von Untertagmesseinheiten mit elektrischer Energie. Die Absicht Energie, Daten und/oder Steuersignale während des Trip-in bzw. Trip-out Betriebs des Bohrlochs in das Bohrgestänge einzuspeisen bzw. daraus auszuspeisen, stößt vor allem auf folgende Schwierigkeiten:
• Das Bohrgestänge ist nicht regulär am Schleifringensemble angeschraubt, das daher nicht zur elektrischen Versorgung und Kommunikation verwendet werden kann.
• Elektrische Energieversorgungseinheiten, Datenverarbeitungsgeräte und Steuerungen befinden sich aus Sicherheitsgründen außerhalb des Bohrturms in einem Schaltschrank und müssen über Energieversorgungs-, Status- und Steuerleitungen mit dem Bohrgestänge verbunden werden. • Die Energie versorgungs-, Status- und Steuerleitungen müssen über eine elektromechanische Einheit mit dem Bohrgestänge in Verbindung gebracht werden, die unter den rauen Betriebsbedingungen und unter Einhaltung von Sicherheitsvorschriften wie jenen für die Explosionsschutzzone 1 höchst zuverlässig funktioniert und für das Bedienungspersonal dennoch einfach handhabbar ist, wobei halbautomatisches oder manuelles Verbinden und Trennen möglich sein soll.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für die oben diskutierten Probleme bei der Einspeisung und Ausspeisung von elektrischer Energie, Daten und/oder Steuersignalen während des Trip-in bzw. Trip-out Betriebs des Bohrlochs in das Bohrgestänge bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Verbinden von zumindest einer elektrischen Daten- und/oder Versorgungsleitung mit elektrischen Anschlüssen eines verdrahteten Bohrrohrs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dargelegt.
Durch die erfindungsgemäße Verbindung s Vorrichtung kann zumindest eine elektrische Daten- und/oder Versorgungsleitung mit elektrischen Anschlüssen eines verdrahteten Bohrrohrs verbunden werden, wenn sich das Bohrrohr nicht im aktiven Bohrbetrieb befindet. Die erfindungs gemäße Verbindungsvorrichtung umfasst: elektrische Anschlüsse, die mit der zumindest einen elektrischen Daten- und/oder Versorgungsleitung galvanisch verbunden und mit den elektrischen Anschlüssen des Bohrrohrs in Kontakt bringbar sind; ein in ein Aufnahmeende des Bohrrohrs axial einführbares und herausziehbares Axialführungselement; und zumindest ein Axialvernegelungselement. Das Axialführungselement und das Axialvernegelungselement sind relativ zueinander zwischen einer Axialvemegelungsstellung und einer Freigabestellung axial verlagerbar, wobei in der Axialvemegelungsstellung das Axialvernegelungselement zum Ineinandergreifen mit dem Bohrrohr konfiguriert ist, und wobei in der Freigabestellung der Eingriff des Axial Verriegelungselements in das Bohrrohr gelöst ist.
Die erfindungs gemäße Verbindungsvorrichtung eignet sich besonders gut zur Verbindung mit den in der oben erwähnten Patentanmeldung WO 2010/141969 A2 beschriebenen Verbindungselementen von verdrahteten Bohrrohren, wogegen die Anpassung an Standard- Gewinde von Standard-Bohrrohren kein Ziel der Erfindung ist. Eine schnell und sicher herstellbare Verriegelung zwischen der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung und dem Bohrrohr lässt sich erzielen, wenn das Axial Verriegelung selement radial beweglich ist, vorzugsweise elastisch radial beweglich ist. Wenn beim erfindungs gemäßen Verbindung s Vorrichtung das Axial Verriegelung selement in der Freigabestellung radial einziehbar ist, lässt sich die Verbindungsvorrichtung besonders einfach aus dem Bohrrohr herausführen. In einer bevorzugten Konstruktion der Erfindung weist das Axialführungselement zumindest eine Vertiefung, vorzugsweise zumindest eine Umfangsnut, auf, in die in der Freigabestellung das Axialverriegelungselement radial einziehbar ist. Eine besonders sichere Handhabung der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung lässt sich erzielen, wenn das Axialführungselement zwei axial versetzte Vertiefungen, vorzugsweise Umfangsnuten, aufweist, die zwei unterschiedliche Freigabestellungen definieren. Dabei wird eine erste Freigabestellung durch relative axiale Verlagerung des Axialführungselements zum Axialverriegelungselement in eine erste Richtung eingenommen, und eine zweite Freigabestellung durch relative axiale Verlagerung des Axialführungselements zum Axialverriegelungselement in die Gegenrichtung eingenommen. Hohe mechanische Stabilität der Verbindung zwischen der Verbindungsvorrichtung und dem verdrahteten Bohrrohr und Schutz gegen Lösen der Verbindung bei Auftreten von Zugkräften erreicht man, wenn in der Axialverriegelungsstellung ein Abschnitt des Axialführungselements ein Widerlager gegen radiales Einziehen des Axialverriegelungselements bildet.
Gute Handhabbarkeit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung wird erzielt, wenn das Axialverriegelungselement Vorsprünge aufweist, die konfiguriert sind, um in der Axialverriegelungsstellung in Vertiefungen des Bohrrohrs einzugreifen, oder wenn das Axialverriegelungselement Vertiefungen aufweist, die konfiguriert sind, um in der Axialverriegelungsstellung in Vorsprünge des Bohrrohrs einzugreifen.
Bei einer platzsparenden und mechanisch hochverlässlichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindung s Vorrichtung ist das Axialverriegelungselement als Klemmhülse ausgebildet, die das Axialführungselement umgibt.
Um unabsichtliches Lösen der Verbindung mit dem Bohrrohr zu verhindern, kann die Verbindungsvorrichtung, vorzugsweise mittels Federn, in die Axialverriegelungsstellung vorgespannt sein. Für eine besonders hohe Verlässlichkeit und schnelle Herstellung der elektrischen Verbindung ist in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungs gemäßen Verbindungsvorrichtung ein drehbarer Außenkörper vorgesehen, in dem die elektrischen Anschlüsse so konfiguriert sind, dass sie durch Drehbewegung des Außenkörpers mit den elektrischen Anschlüssen des Bohrrohrs in Kontakt bringbar sind. Das Vorsehen von Drehgriffen erleichtert die Drehung der Verbindungs Vorrichtung für das Bedienpersonal. Das Vorsehen von Axialgriffen vereinfacht allgemein die manuelle Führung der Verbindungsvorrichtung. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der Außenkörper und das Axialvernegelungselement in Bezug aufeinander axial im Wesentlichen starr, aber drehbar verbunden. Dabei kann die Verbindung mittels eines Zwischenelements realisiert sein, das axial starr mit dem Axialvernegelungselement verbunden ist und an seiner Außenfläche ein Außengewinde aufweist, auf das drehbar ein Innengewinde des Außenkörpers geschraubt ist. Das Axialvernegelungselement und/oder das Zwischenelement können durch ein Drehsperrelement gegen Verdrehen in Bezug auf das Axialführungselement gesichert werden. Alternativ dazu kann das Zwischenelement Drehsperrelemente zum Eingriff in das Bohrrohr aufweisen.
Für eine automatische oder zumindest halbautomatische Verbindung der Verbindungsvorrichtung mit einem Bohrrohr ist vorgesehen, dass der Außenkörper mittels eines Motors und optional eines Getriebes drehbar ist, wobei die Verbindungs Vorrichtung vorzugsweise mit Aktuatoren zur automatischen Zufuhr zum und Wegfuhr vom Bohrrohr ausgestattet ist.
Aus Sicherheitsgründen wird weiters ein Kontaktdetektorschalter vorgeschlagen, der detektiert, ob die elektrischen Anschlüsse der Verbindungs Vorrichtung mit den elektrischen Anschlüssen des Bohrrohrs in Kontakt sind.
Um zu verhindern, dass sich die elektrischen Leitungen zu sehr verwinden und dadurch brechen oder ihre Isolierung beschädigt wird, sieht die Erfindung auch vor, dass die zumindest eine elektrische Leitung mittels einer Drehausgleichsvorrichtung in einem Kabelstrang aus der Verbindungsvorrichtung herausgeführt ist.
Um beispielsweise an gelagerten Bohrrohren Messungen durchzuführen, ist es zweckmäßig, die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung als Handgerät auszubilden, wobei an die zumindest eine elektrische Daten- und/oder Versorgungsleitung zumindest ein Gerät zum Ein- und Ausspeisen von Daten-, Status- und/oder Prüfsignalen und zur Auswertung von ausgespeisten Signalen angeschlossen ist, wobei das Gerät vorzugsweise ein Benutzerinterface aufweist.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Bohranlage mit einer erfindungsgemäßen Verbindung s Vorrichtung .
Fig. 2 zeigt die Verbindung der Verbindungsvorrichtung 2 mit einem Drehverbinderkörper und einem verdrahteten Bohrrohr.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen eine Ausführungsform der Verbindung s Vorrichtung in perspektivischer Darstellung, jeweils teilweise aufgeschnitten.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung aus einem Axialverriegelungselement und einem Zwischenelement in der Verbindungsvorrichtung.
Fig. 6 bis Fig. 11 erläutern den Vorgang des Verbindens der Verbindungsvorrichtung mit dem Bohrrohr.
Fig. 12 und Fig. 13 erläutern den Vorgang des Lösens der Verbindung der Verbindungsvorrichtung mit dem Bohrrohr.
Fig. 14 zeigt eine Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung mit einem motorischen Antrieb.
Fig. 15 zeigt eine Ausrüstung der Verbindungsvorrichtung mit Geräten zur automatischen Platzierung.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Bohranlage für Erdöl-, Erdgas- oder Geothermiebohrungen, bei der am verkabelten Bohrstrang angeordnete Messeinheiten über die Verkabelung mit elektrischer Energie und Steuersignalen versorgt werden und von den Messeinheiten über den verkabelten Bohrstrang Daten an Übertag befindliche Steuerungsund Auswertegeräte geschickt werden. Die Datenübertragung findet auch statt, wenn kein Bohrvorgang durchgeführt wird, sondern, wie hier dargestellt, das Bohrgestänge ausgebaut (Trip-out) oder durch Zusammensetzen von Rohren eingebaut (Trip-in) wird. In Fig. 1 erkennt man einen Greifer 1, der das oberste verkabelte Bohrrohr 6 eines verkabelten Bohrgestänges hält. Das obere Ende, das sogenannte„Box-End", des verkabelten Bohrrohrs 6 ist mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 zum Verbinden von elektrischen Daten- und/oder Versorgungsleitungen, die in einem flexiblen Kabelstrang 18 angeordnet sind, mit elektrischen Anschlüssen des verdrahteten Bohrrohrs 6 verbunden. Das verdrahtete Bohrrohr 6 ist vorzugsweise ein Bohrrohr mit einem in WO 2010/141969 A2 beschriebenen Verbindungselement. Der flexible Kabelstrang 18 mündet in ein Kabelgehäuse 5, das an einem Drehverbinderkörper 3 fixiert ist. Vom Kabelgehäuse 5 führen die elektrischen Leitungen in einen verkabelten Montagekörper 4 weiter, von wo aus sie zu entfernt von der Bohranlage befindlichen Steuerungs-, Auswertungs- und Energieversorgungsgeräten weiterlaufen. Durch diese Anordnung ist es möglich, im Bohrstrang befindliche elektrische Schaltungen zu steuern und mit Energie zu versorgen. Während des Bohrbetriebs der Bohranlage wird die Verbindung s Vorrichtung 2 in einer Halterung 11 geparkt, so dass sie weder den Bohrbetrieb stört, noch beschädigt werden kann, bei nachfolgenden Tripping- Operationen aber sofort wieder zur Verfügung steht. Während des Bohrbetriebs ist der verkabelte Montagekörper 4 direkt mit dem verkabelten Bohrrohr 6 verbunden.
Fig. 2 zeigt die Verbindung der Verbindungsvorrichtung 2 mit einem Drehverbinderkörper 3 und dem verdrahteten Bohrrohr 6 in Vergrößerung. Der Drehverbinderkörper 3 ist mittels Schrauben 21 auf einer geteilten Buchse 13 montiert, die am verkabelten Montagekörper 4 mittels Rohrschellen 12 festgehalten wird. Ein elektrisches Kabel 16 ist für die Verbindung des Drehverbinderkörpers 3 mit dem verdrahteten Bohrstrang während des Bohrbetriebs zwischen der geteilten Buchse 6 hindurchgeführt. Oberhalb des elektrischen Drehverbinderkörpers 3 ist eine Kabel gehäuselagerung 9 drehbar auf der geteilten Buchse 13 montiert. Ein Synchronisierungselement 14 verbindet die Kabelgehäuselagerung 9 und den Drehverbinderkörper 3 drehfest in Bezug aufeinander, so dass sie sich nur gemeinsam relativ zum verkabelten Montagekörper 4 drehen können. Von der Kabelgehäuselagerung 9 erstreckt sich ein stabförmiger Halter 10 radial nach außen. Am Halter 10 sind die Halterung 11 für die Verbindungsvorrichtung 2 und das Kabelgehäuse 5 fixiert. Eine elektrische Eingangsleitung 23 und eine elektrische Ausgangsleitung 17 führen über ein nicht dargestelltes Schleifringensemble im Inneren des Drehverbinderkörpers 3 aus dem Drehverbinderkörper 3 heraus in das Kabelgehäuse 5 hinein und von dort in den flexiblen Kabelstrang 18, der mittels Steckverbinder 15 an das Kabelgehäuse 5 angeschlossen ist. Die elektrische Eingangsleitung 23 und die elektrische Ausgangsleitung 17 stehen während der Umbauarbeiten (Tripping-Operationen) über die Verbindungsvorrichtung 2 mit dem verdrahteten Bohrrohr 6 in galvanischer Verbindung. Während der Umbauarbeiten ist das Ende des verkabelten Montagekörpers 4 mit einer Schutzkappe 26 geschützt. Damit sich der flexible Kabelstrang 18 bei Benutzung der Verbindung s Vorrichtung 2 nicht verdrillt, mündet der flexible Kabelstrang 18 mittels eines Steckverbinders 41 in einer Drehausgleichsvorrichtung 8 der Verbindungsvorrichtung 2. Fig. 3 und Fig. 4 zeigen eine Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung 2 in perspektivischer Darstellung, jeweils teilweise aufgeschnitten. Die Verbindungsvorrichtung 2 weist einen im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Außenkörper 31 auf, von dem sich zur leichteren Handhabung ein Axialgriff 39 zur manuellen Axialführung der Verbindungsvorrichtung 2 beim Einführen in das Bohrrohr und drei Drehgriffe 38 zur manuellen Drehung des Außenköpers 31 erstrecken. Der Außenkörper 31 ist so konfiguriert, dass er Schutz gegen das Eindringen von Bohr-Mud bietet, und er ist auch explosionsgeschützt konstruiert. Weiters erstreckt sich vom Außenkörper 31 in drehbarer Weise die bereits oben erklärte Drehausgleichsvorrichtung 8, an der der Steckverbinder 41 zu sehen ist. An der vorderen, dem Bohrrohr zugewandten Stirnfläche des Außenkörpers 31 ist ein Kontaktdetektorschalter 25 angeordnet (siehe insbesondere Detail D in Fig. 4), der detektiert, ob die elektrischen Anschlüsse 35 der Verbindungsvorrichtung 2 mit den elektrischen Anschlüssen des Bohrrohrs in Kontakt gebracht worden sind. Die elektrischen Anschlüsse 35 können als Standard-Elektrobuchsen ausgeführt sein, die in der vorderen Stirnfläche des Außenkörpers 31 münden, und die elektrischen Anschlüsse des Bohrrohrs erstrecken sich axial in Form von Kontaktstiften. Von den elektrischen Anschlüssen 35 verlaufen elektrische Leitungen 42 durch das Innere der Verbindungsvorrichtung 2 zum Steckverbinder 41. Innerhalb des Außenkörpers 31 sind in koaxialer Ausrichtung zu diesem von außen nach innen ein Zwischenelement 34, ein Axialverriegelungselement 33 in Form einer Klemmhülse und ein Axialführung selement 32 angeordnet.
Das Axialverriegelungselement 33 dient dazu, die Verbindungsvorrichtung 2 in Axialrichtung im Bohrrohr zu fixieren. Zu diesem Zweck sind das Axialführungselement 32 und das Axialverriegelungselement 33 relativ zueinander zwischen einer Axialverriegelungsstellung und einer Freigabestellung axial verlagerbar, wobei das Axialverriegelungselement 33 in seinem vorderen Bereich in eine Vielzahl von elastisch radial beweglichen Zungen 33b unterteilt ist, die an ihren freien Enden Vorsprünge 33a zum Ineinandergreifen mit dem Bohrrohr aufweisen. In der Axialverriegelungsstellung sind die Zungen 33b radial ausgefahren, in der Freigabestellung radial eingezogen, wie weiter unten im Detail erläutert wird. Das Axialführungselement 32 weist zwei durch einen stegförmigen Abschnitt 32b voneinander getrennte Vertiefungen in Form von Umfangsnuten 32a, 32c auf, die in zwei unterschiedlichen Freigabestellungen die Vorsprünge 33a des Axial Verriegelungselements 33 aufnehmen.
Das Axialverriegelungselement 33 ist in Bezug auf das Zwischenelement 34 axial starr montiert, so dass die Axialbewegung des Axial Verriegelungselements 33 und des Zwischenelements 34 gemeinsam erfolgen, wodurch das Zwischenelement 34 nicht die radiale Bewegung der Zungen 33b behindern kann. Mittels eines Sägezahngewindes 37, umfassend ein Außengewinde 34c auf der Umfangsfläche des Zwischenelements 34 und ein Innengewinde 31a auf der Innenfläche des Außenkörpers 31, sind das Zwischenelement 34 und der Außenkörper 31 so miteinander verbunden, dass das Zwischenelement 34, das Axial Verriegelung selement 33 und der Außenkörper 31 gemeinsam axial in Bezug auf das Axialführungselement 32 bewegt werden, wenn der Außenkörper 31 axial bewegt wird. Bei einer Drehbewegung des Außenkörpers 31 in Bezug auf das Axialverriegelungselement 33 ist der Außenkörper 31 jedoch axial in Bezug auf das Axialverriegelungselement 33 beweglich. Mittels zweier Federn 36 wird die Anordnung aus Zwischenelement 34, Axialverriegelungselement 33 und Außenkörper 31 in eine solche axiale Stellung gegenüber dem Axialführungselement 32 vorgespannt, dass sich die Verbindungsvorrichtung 2 in der Verriegelungsstellung befindet, in der die Vorsprünge 33a des Axial Verriegelungselements 33 auf dem Stegabschnitt 32b des Axialführungselements 32 aufliegen. Die beiden Federn 36 üben von entgegengesetzten Richtungen jeweils gleiche Federkräfte aus, wodurch sich ein Kräftegleichgewicht einstellt, das die relative Axialstellung ergibt.
Das Zwischenelement 34 dient zur radialen Fixierung der Verbindungsvorrichtung 2 im Bohrrohr. Dazu weist das Zwischenelement 34 an seiner vorderen Stirnfläche eine Abfolge an Vorsprüngen 34a und Vertiefungen 34b auf, die mit gegengleich geformten Vertiefungen und Vorsprüngen einer Schutzhülse im Bohrrohr ineinandergreifen. Um zu verhindern, dass sich das Axialverriegelungselement 33 und das Zwischenelement 34 in Bezug auf das Axialführungselement 32 verdrehen, ist ein Drehblockierstift 43 vorgesehen. Durch diese Konstruktion sind im Verbindungszustand zwischen der Verbindungsvorrichtung 2 und dem Bohrrohr das Axialverriegelungselement 33 und das Zwischenelement 34 radial und axial in Bezug auf das Bohrrohr fixiert.
Fig. 5 zeigt die Anordnung aus Axialverriegelungselement 33 und Zwischenelement 34. In dieser Figur sind die Vielzahl an Zungen 33b mit Vorsprüngen 33a des Axial Verriegelungselements 33 und die stirnseitigen Vorsprünge 34a und Vertiefungen 34b des Zwischenelements 34 besonders gut zu sehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist das Außengewinde 34c an der Außenfläche des Zwischenelements 34 zeichnerisch nicht dargestellt, aber durch das Bezugszeichen 34c symbolisiert.
Nachfolgend wird anhand der Figuren 6 bis 11 der Vorgang des Verbindens der Verbindungsvorrichtung 2 mit dem Bohrrohr 6 und anhand der Figuren 12 und 13 das anschließende Lösen dieser Verbindung erklärt. Fig. 6 zeigt das anfängliche Einführen des Außenkörpers 31 in einen konischen Aufnahmeraum 71 des Box-End 70 des verdrahteten Bohrrohrs 6, wobei das Detail A eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts von Fig. 11 zeigt. Das Bohrrohr 6 weist elektrische Anschlüsse 73 (Stifte) zur galvanischen Verbindung mit den elektrischen Anschlüssen 35 (Buchsen) der Verbindung s Vorrichtung 2 auf. Im Box- End 70 ist ein hülsenförmiges Verbindungselement 72 angeordnet, das eine der Verbindungsvorrichtung 2 zugewandte ringförmige Nase 72a, eine hinter der Nase 72a ausgebildete ringförmige Vertiefung 72b sowie eine konische Zentrierfläche 72c aufweist. Beim axialen Einführen der Verbindungsvorrichtung 2 unter Zuhilfenahme des Axialgriffs 39 wird das verjüngte vordere Ende des Axialführungselements 2 durch die Zentrierfläche 72 axial zentriert. Durch die oben erläuterte Vorspannung mittels der Federn 36 (siehe z.B. Fig. 4) befindet sich die Verbindungsvorrichtung 2 in der Verriegelungsstellung, in der die Vorsprünge 33a des Axial Verriegelung selements 33 auf dem stegförmigen Abschnitt 32b des Axialführungselements 32 aufliegen. Dadurch stoßen die Vorsprünge 33a beim Einführen der Verbindung s Vorrichtung 2 gegen die Nase 72a des Verbindungselements 72 des Bohrrohrs 6 an, wodurch die weitere axiale Bewegung des Axialverriegelungselements 33 zunächst verhindert wird. Sehr wohl kann sich aber das Axialführungselement 32 weiter in axialer Richtung in das Bohrrohr 6 hineinbewegen, wodurch sich der stegförmige Abschnitt 32b des Axialführungselements 32 von den Vorsprüngen 33a wegbewegt und stattdessen die zweite Umfangsnut 32c des Axialführungselements 32 in Ausrichtung mit den Vorsprüngen 33a gelangt, siehe Fig. 7. Die Umfangsnut 32c bietet der Zunge 33b mit ihren Vorsprüngen 33a den notwendigen Freiraum für eine elastische radiale Bewegung nach innen, indem die Nase 72a die Vorsprünge 33a nach innen drückt, siehe Fig. 8. Dadurch kann sich das Axial Verriegelung selement 33 weiter axial vorwärts bewegen, wobei die Vorsprünge 33a unter der Nase 72a hindurchgleiten und in die Vertiefung 72b des Verbindungselements 72 gelangen. Die Vertiefung 72b bietet einen Freiraum für die Vorsprünge 33a, wodurch sich die Zungen 33b wieder in ihre radiale Ausgangsstellung zurückbewegen können, siehe Fig. 9. Wenn nun die axiale Einführungsbewegung des Verbindungselements 2 aufhört, so bewegt sich aufgrund der Vorspannung durch die Federn 36 das Axialführungselement 32 etwas zurück in seine Gleichgewichts Stellung, in der wieder der stegförmige Abschnitt 32b ein Widerlager für die Vorsprünge 33a darstellt, so dass diese an einer radialen Bewegung nach innen gehindert werden, wodurch die Verriegelungsstellung eingenommen wird, siehe Fig. 10. Nun wird mittels der Drehgriffe 38 der Außenkörper 31 der Verbindungsvorrichtung 2 gedreht, so dass die elektrischen Anschlüsse 35 (Buchse) der Verbindungsvorrichtung 2 mit den elektrischen Anschlüssen 73 (elektrische Kontaktstifte) des Bohrrohrs 6 axial in Ausrichtung gelangen, siehe Fig. 11 und Detail A von Fig. 11. Die Fixierung des Außenkörpers 31 in seiner Axialposition (gegen den Federdruck von Druckplatten im Inneren des Bohrrohrs 6) wird mittels des Sägezahngewindes 37 vorgenommen. Diese Position mit galvanisch verbundenen elektrischen Anschlüssen 35, 73 stellt die Arbeitsposition der Verbindung des Verbindungselements 2 mit dem Bohrrohr 6 während der Umbauarbeiten dar.
Um die Verbindung zwischen dem Bohrrohr 6 und der Verbindungsvorrichtung 2 zu lösen, werden die oben beschriebenen Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge vorgenommen. Das heißt, dass zunächst durch Drehung des Außenkörpers 31 in die Gegenrichtung seine axiale Fixierung gelöst werden muss. Durch die Lösung der axialen Fixierung des Außenkörpers erfolgt eine Unterbrechung des galvanischen Kontakts der elektrischen Anschlüsse 35, 73. Durch Ziehen am Axialgriff 39 bewegt sich das Axialführung selement 32 axial in Bezug auf das Axialverriegelungselement 33 nach außen, da das Axial Verriegelung selement 33 an einer Axialbewegung gehindert ist, weil seine Vorsprünge 33a gegen die Nase 72a des Verbindungselements 72 des Bohrrohrs stoßen. Durch die Relativverlagerung zwischen Axialführungselement 32 und Axialverriegelungselement 33 gelangt die erste Umfangsnut 32a des Axialführungselements 32 in Ausrichtung mit den Vorsprüngen 33a des Axial Verriegelungselements 33, siehe Fig. 12. Jetzt können die Vorsprünge 33a von der Nase 72 radial nach innen in die Umfangsnut 32a gedrückt werden, siehe Fig. 13, wodurch sich die Verriegelung des Axialverriegelungselements 33 löst und dieses ebenfalls ungehindert axial nach außen bewegt werden kann. Die bisher beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verbindung s Vorrichtung 2 ist für die manuelle Bedienung durch Bedienpersonal an der Bohranlage vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, die Verbindung s Vorrichtung 2 für den halbautomatischen oder vollautomatischen Betrieb auszurüsten. Fig. 14 zeigt eine Ausführungsform der Verbindungsvorrichtung 2, die mit einem motorischen Antrieb zur Drehung des Außenkörpers 31 versehen ist. Ein Motor 53 dreht den Außenkörper 31 in Bezug auf das Axialführungselement 32 über ein Getriebe, umfassend ein Ritzel 51 an der Antriebswelle des Motors 53 und einen Zahnkranz 52 auf der Außenfläche des Außenkörpers 31. Mittels Axialantrieben 50, die z.B. als hydraulische oder pneumatische Zylinder-Kolben-Systeme oder als Gewindespindeln realisiert sind, wird die axiale Bewegung des Außenkörpers 31 in Bezug auf das Axialführungselement 32 gesteuert. Die Antriebe 50 sitzen auf einer Drehausgleichsvorrichtung 40, an der auch der Steckverbinder 41 befestigt ist. Auch bei dieser Ausführungsform ist ein elektrischer Detektorschalter 54 vorgesehen, der detektiert, ob der Außenkörper 31 in eine korrekte Winkelausrichtung zum Bohrrohr gedreht wurde, in der eine galvanische Verbindung zwischen den elektrischen Anschlüssen der Verbindung s Vorrichtung und des Bohrrohrs stattfindet. In dieser korrekten Winkelausrichtung erfolgt die finale Fixierung des Außenkörpers 31 durch die Axialantriebe 50.
Fig. 15 zeigt eine Ausrüstung der Verbindungsvorrichtung 2 mit Geräten zur automatischen Platzierung der Verbindung s Vorrichtung 2 am Bohrrohr 6, während es von einem Greifer 1 gehalten wird. Dazu ist die Verbindungsvorrichtung 2 in einem Gehäuse 63 untergebracht, das über Aktuatorarme 61, 62 am Halter 10 montiert ist, wobei der Halter 10 über die Kabelgehäuselagerung 9 am Drehverbinderkörper 3 fixiert ist. Vom Drehverbinderkörper 3 erstreckt sich der verkabelte Montagekörper 4. Die Aktuatorarme 61, 62 werden von Aktuatoren 60 in dreidimensionaler Bewegung zum Bohrrohr 6 zugeführt und weggeführt. Das Gehäuse 63 hat ein konisches offenes Ende, das das Aufsetzen am Bohrrohr 6 in zentrierter Ausrichtung erleichtert. Selbstverständlich können auch Abstandsmesser zur genaueren Platzierung verwendet werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung (2) zum Verbinden von zumindest einer elektrischen Daten- und/oder Versorgungsleitung (17, 23) mit elektrischen Anschlüssen (73) eines verdrahteten Bohrrohrs (6), wenn sich das Bohrrohr nicht im aktiven Bohrbetrieb befindet, wobei die Verbindungsvorrichtung (2) umfasst:
elektrische Anschlüsse (35), die mit der zumindest einen elektrischen Daten- und/oder Versorgungsleitung (17, 23) galvanisch verbunden und mit den elektrischen Anschlüssen (73) des Bohrrohrs (6) in Kontakt bringbar sind,
ein in ein Aufnahmeende des Bohrrohrs (6) axial einführbares und herausziehbares Axialführungselement (32) und
zumindest ein Axialverriegelungselement (33),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Axialführungselement (32) und das Axialverriegelungselement (33) relativ zueinander zwischen einer Axialverriegelungsstellung und einer Freigabestellung axial verlagerbar sind, wobei in der Axialverriegelungsstellung das Axialverriegelungselement (33) zum Ineinandergreifen mit dem Bohrrohr konfiguriert ist, und wobei in der Freigabesteilung der Eingriff des Axialverriegelungselements (33) in das Bohrrohr gelöst ist.
2. Verbindung s Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialverriegelungselement (33) radial beweglich ist, vorzugsweise elastisch radial beweglich ist.
3. Verbindung s Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialverriegelungselement (33) in der Freigabesteilung radial einziehbar ist.
4. Verbindung s Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialführungselement (32) zumindest eine Vertiefung, vorzugsweise zumindest eine Umfangsnut (32a, 32c), aufweist, in die in der Freigabesteilung das Axialverriegelungselement (33) radial einziehbar ist.
5. Verbindung s Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialführungselement (32) zwei axial voneinander beabstandete Vertiefungen, vorzugsweise Umfangsnuten (32a, 32c), aufweist, die zwei unterschiedliche Freigabestellungen definieren, wobei eine erste Freigabesteilung durch relative axiale Verlagerung des Axialführungselements zum Axialverriegelungselement (33) in eine erste Richtung eingenommen wird, und eine zweite Freigabesteilung durch relative axiale Verlagerung des Axialführungselements (32) zum Axialverriegelungselement (33) in die Gegenrichtung eingenommen wird.
6. Verbindung s Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Axialvemegelungsstellung ein Abschnitt (32b) des Axialführungselements (32) ein
Widerlager gegen radiales Einziehen des Axial Verriegelungselements (33) bildet.
7. Verbindungs Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialverriegelungselement (33) Vorsprünge (33a) aufweist, die konfiguriert sind, um in der Axialvemegelungsstellung in Vertiefungen (72b) des Bohrrohrs (6) einzugreifen, oder dass das Axialverriegelungselement Vertiefungen aufweist, die konfiguriert sind, um in der Axialvemegelungsstellung in Vorsprünge des Bohrrohrs einzugreifen.
8. Verbindungs Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Axialverriegelungselement (33) als Klemmhülse ausgebildet ist, die das Axialführungselement (32) umgibt.
9. Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie, vorzugsweise mittels Federn (36), in die
Axialvemegelungsstellung vorgespannt ist.
10. Verbindungs Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen drehbaren Außenkörper (31), in dem die elektrischen Anschlüsse (35) so konfiguriert sind, dass sie durch Drehbewegung des Außenkörpers (31) mit den elektrischen Anschlüssen des Bohrrohrs (6) in Kontakt bringbar sind, wobei die Verbindungs Vorrichtung (2) vorzugsweise mit Drehgriffen (38) und/oder Axialgriffen (39) ausgestattet ist.
11. Verbindungs Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkörper (31) und das Axialverriegelungselement (33) in Bezug aufeinander axial im
Wesentlichen starr, aber drehbar verbunden sind, wobei die Verbindung vorzugsweise mittels eines Zwischenelements (34) realisiert ist, das axial starr mit dem Axialverriegelungselement (33) verbunden ist und an seiner Außenfläche ein Außengewinde (34c) aufweist, auf das drehbar ein Innengewinde (31a) des Außenkörpers (31) geschraubt ist.
12. Verbindung s Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Axial Verriegelungselement (33) und/oder das Zwischenelement (34) durch ein Drehsperrelement (43) gegen Verdrehen in Bezug auf das Axialführung selement (32) gesichert ist/sind.
13. Verbindung s Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (34) Drehsperrelemente (34a, 34b) zum Eingriff in das Bohrrohr (6) aufweist.
14. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkörper (31) mittels eines Motors (53) und optional eines Getriebes (51, 52) drehbar ist, wobei die Verbindungsvorrichtung (2) vorzugsweise mit Aktuatoren (60) zur automatischen Zufuhr zum und Wegfuhr vom Bohrrohr (6) ausgestattet ist.
15. Verbindungs Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kontaktdetektorschalter (25, 54), der detektiert, ob die elektrischen Anschlüsse (35) der Verbindungs Vorrichtung (2) mit den elektrischen Anschlüssen des Bohrrohrs (6) in Kontakt sind.
16. Verbindungs Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine elektrische Leitung mittels einer Drehausgleichsvorrichtung (8, 40) in einem Kabelstrang (18) aus der Verbindungsvorrichtung (2) herausgeführt ist.
17. Verbindungs Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Handgerät ausgebildet ist, wobei an die zumindest eine elektrische Daten- und/oder Versorgungsleitung zumindest ein Gerät zum Ein- und Ausspeisen von Daten-, Status- und/oder Prüfsignalen und zur Auswertung von ausgespeisten Signalen angeschlossen ist, wobei das Gerät vorzugsweise ein Benutzerinterface aufweist.
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