DE68916125T2

DE68916125T2 - Vorrichtung zur Messung der Bohrmeisselbelastung und des Drehmoments.

Info

Publication number: DE68916125T2
Application number: DE68916125T
Authority: DE
Inventors: James Bracken Hebel
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1988-06-08
Filing date: 1989-04-26
Publication date: 1994-09-22
Anticipated expiration: 2009-04-27
Also published as: CA1314865C; MX167089B; NO174938C; NO174938B; DE68916125D1; EP0353838A1; NO892309D0; NO892309L; US4811597A; EP0353838B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Bohrgestänge mit In-Loch-Werkzeugen zum Abtasten der durch Drehmoment und Kompression auf das Bohrgestänge einwirkenden Beanspruchungen, und zur Minimierung stetiger Fehler aufgrund von Druck- und Temperaturdifferenzen.
Es ist allgemein anerkannt, daß das auf den Bohrmeißel wirkende Gewicht (im folgenden auch: die Meißel-Last) ein wichtiger Parameter zur Steuerung und Kontrolle des Bohrvorgangs ist. Eine gute Überwachung jenes auf den Bohrmeißel wirkenden Gewichts ist erforderlich, um die Eindringrate des Meißels in die Formation sowie die Abnutzung des Meißels zu optimieren.
Auch das Drehmoment ist ein wichtiges Maß und hilfreich bei der Bestimmung der Abnutzung des Bohrmeißels, insbesondere wenn es zusammen mit Messungen des auf dem Bohrmeißel lastenden Gewichts betrachtet wird. Ein übermäßiges Drehmoment weist auf ersthafte Beschädigungen des Meißels hin, wie z. ß. fehlerhafte Führung und blockierte Konusse.
In der Vergangenheit wurden Meißel-Belastungsmessungen und Drehmomentmessungen an der Oberfläche durchgeführt. Jedoch ist eine solche Messung an der Oberfläche wegen verschiedener Faktoren nicht immer verläßlich, wie z.B. wegen des Reibungswiderstands des Bohrgestänges an der Bohrlochwand.
Jüngste Entwicklungen von Telemetriesystemen für Bohrlöcher haben es ermöglicht, die Messung im Bohrloch durchzuführen, doch sind die verwendeten In-Loch-Sensoren mit beträchtlichen Ungenauigkeiten aufgrund der Auswirkungen der Bohrlochdrücke und der Temperaturgradienten behaftet, die während des Bohrvorgangs auftreten. Diese Systeme sind,
unabhängig vom Aufbau der Sensorvorrichtung, nicht in der Lage, zwischen Belastungen aufgrund des Gewichts und axialen Belastungen aufgrund von Druckdifferenzen zu unterscheiden. Die durch Druckdifferenzen hervorgerufene Kraft ("pump apart"-Kraft) kann als die Kraft auf den Endbereich eines zylindrischen Druck-Hohlkörpers bezeichnet werden, wie z.B. eines Ölbohrungs-Rohrgestänges, wobei die Kraft den Hohlkörper unter Wirkung des Innendrucks zwingt sich zu verlängern.
Das Problem, das zur Verwendung eines mechanischen Belastungsverstärkers führt, liegt darin, ein Signal mit zufriedenstellender Größe zu erhalten. Empfindliche Belastungselemente sind bei großen Belastungen Beschädigungen ausgesetzt.
US-A-3 686 942 offenbart ein Belastungselement, das biegsam genug ist, ein gutes Antwortsignal zu erzeugen, aber seine Auslenkbewegung ist durch Stopper eingeschränkt, um jegliche unelastische Verformung für solche Lasten zu verhindern, die jenseits des interessierenden Meßbereichs liegen.
Eine andere Annäherung an dieses Problem zeigt US-A-3 968 473, wo ein Werkzeug mit einem Innendorn beschrieben ist, der einen dünnen Abschnitt mit darauf aufgeklebten Dehnungsmeßstreifen und eine äußere Stabilisierungshülse aufweist. Während bei dieser Anordnung keine mechanische Verstärkung erfolgt, wird eine mathematische Größenbestimmung des Belastungselementes beschrieben, so daß eine passende Empfindlichkeit sowohl in der Betriebsart "Meißel-Last" als auch in der Betriebsart "Meißel-Drehmoment" bei maximal erforderlicher Stärke erzielt wird.
US-A-3 827 294 offenbart einen mechanischen Belastungsverstärker für ein In-Loch-Werkzeug, der sich geometrisch von dem in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Belastungsverstärker unterscheidet.
Ferner sind weitere mechanische Belastungsverstärker in US-A-3876 972 und US-A-4 608 861 offenbart.
US-A-4 359 898 und US-A-3 968 473 zeigen Ausführungen mit Druckausgleichsvorrichtungen, die wiederum keine Ähnlichkeit mit der vorliegenden Erfindung aufweisen.
Die vorstehend beschriebenen bekannten Anordnungen sind wenigstens bezüglich eines der folgenden Merkmale nicht zufriedenstellend: automatischer Druckausgleich zur Korrektur von axialen Beanspruchungen, die durch Spannungen aufgrund von [)ruckdifferenzen hervorgerufen werden ("pump apart"-Spannungen); ein Mittel zum Verhindern, das eine Beanspruchung in Umfangsrichtung aufgrund des Bohrdrucks die Messung der axialen Kraftbrücke stört; und ein Mittel zur Vermeidung der Auswirkungen von Störungen aufgrund von Temperaturgradienten.
FR-2 439 291 offenbart ein Bohrgestänge für Erdöl- oder Brunnenbohrungen. Das Gestänge weist ein unteres Ende auf, das in einem Bohrmeißel zum Bohren des Bohrlochs endet. Eine Vielzahl von Bohrrohren weisen eine zylindrische Außenwand auf, die mit dem Bohrloch zusammenwirkt, um einen äußeren Bohrlochring zu bilden. Das Innere der Bohrrohre bildet einen Bohrgestängeinnenkanal. Eine Bohrgestängeuntereinheit ist mit dem unteren Abschnitt des Bohrgestänges verbindbar und dient der Messung der Belastung und des Drehmoments, die auf den Bohrmeißel wirken. Die Bohrgestängeuntereinheit ist mit einem rohrförmigen Gehäuse zum Tragen des Gewichts des Bohrgestänges versehen, mit einem Außendurchmesser und einer Innenbohrung. Ein Belastungsverstärker mit einem gleichförmigen zylindrischen Abschnitt liegt innerhalb der Bohrung des rohrförmigen Gehäuses und ist an diesem befestigt, damit ein Teil der Tragbelastung durch den Belastungsverstärker verläuft. Auf dem Belastungsverstärker ist ein Dehnungsmeßstreifen befestigt, um die in ihm auftretenden Belastungen durch Drehmoment und Kompression abzutasten. Ferner sind Mittel zum mechanischen Ausgleichen der axialen Belastungen vorgesehen, die in dem Belastungsverstärker aufgrund der lokalen Druckdifferenz zwischen dem Bohrgestängeinnenkanal und dem Bohrlochring auftreten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zur In-Loch-Messung des auf den Bohrmeißel wirkenden Gewichts und Drehmoments anzugeben.
Erfindungsgemäß wird ein Bohrgestänge für Erdöl- oder Brunnenbohrungen angegeben, mit einem unteren Ende, das in einem Bohrmeißel zum Bohren des Bohrlochs endet, mit einer Vielzahl von Bohrrohren, deren zylindrische Außenwand mit dem Bohrloch zusammenwirkt, um einen äußeren Bohrlochring zu bilden, und deren Inneres einen Bohrgestängeinnenkanal bildet, mit einer mit dem unteren Abschnitt des Bohrgestänges verbindbaren Bohrgestängeuntereinheit zum Messen der auf den Bohrmeißel einwirkenden Belastung und des Drehmoments, wobei die Bohrgestängeuntereinheit einen rohrförmigen Körper (11) zum Tragen des Gewichts des Bohrgestänges aufweist;
mit einem Belastungsverstärker (25) mit einem zylindrischen Abschnitt, der sich koaxial zum rohrförmigen Körper (11) erstreckt und an diesem befestigt ist, damit ein Teil der Tragbelastung durch den Belastungsverstärker (25) verläuft;
mit Sensormitteln (30), die zum Abtasten der im Belastungsverstärker (25) auftretenden Belastungen durch Drehmoment und Kompression auf dem Belastungsverstärker montiert sind; und
mit Mitteln (40, 46, 49, 51, 55, 61, 63) zum mechanischen Ausgleichen der axialen Belastungen, die in dem Belastungsverstärker aufgrund der lokalen Druckdifferenz zwischen dem Bohrgestängeinnenkanal und dem Bohrlochring auftreten;
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichmittel ein Ausgleichsrohr (40) enthalten, das sich koaxial zum Belastungsverstärker (25) erstreckt und nur an einem Ende an der Bohrgestängeuntereinheit befestigt ist, und einen ersten und einen zweiten koaxialen Ringkolben (51, 46) enthalten, die mit dem Ausgleichsrohr (40) bzw. mit dem rohrförmigen Körper (11) in Eingriff stehen; und daß auf die Kolben der Druck des Bohrlochrings und des Bohrgestänges wirkt, um den rohrförmigen Körper (11) und das Ausgleichsrohr (40) in entgegengesetzte axiale Richtungen zu zwingen, um eine Ausgleichskraft auf den Belastungsverstärker (25) auszuüben, die von der Druckdifferenz zwischen dem Bohrgestängeinnenkanal und dem Bohrlochring abhängt.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Bohrgestänge anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittdarstellung des In-Loch-Werkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils des Werkzeugs gemäß Figur 1; und
Figur 3 eine Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung.
Im allgemeinen werden Druckimpulse, die durch die Bohrflüssigkeit übertragen werden, beim Bohren dazu verwendet, um Informationen aus der Umgebung des Bohrmeißels an die Erdoberfläche zu senden. Während des Bohrens wird wenigstens ein Parameter innerhalb des Bohrlochs, beispielsweise die auf den Bohrmeißen wirkende Belastung oder das Drehmoment abgetastet, und ein Signal, gewöhnlich ein Analogsignal, wird erzeugt, um den abgetasteten Parameter darzustellen. Das Analogsignal wird in ein Digitalsignal umgewandelt, das dazu verwendet wird, den Durchfluß von Bohrflüssigkeit in dem Bohrloch zu ändern, um Pulse an der Oberfläche zu veranlassen, ein entsprechendes Signal zu erzeugen, das die abgetasteten In-Loch-Bedingungen wiedergibt.
Ein Bohrgestänge ist in ein Bohrloch abgesenkt und weist an seinem Ende einen typischen Bohrmeißel auf. Unmittelbar oberhalb des Bohrmeißels befindet sich eine Sensorvorrichtung 10. Das Ausgangssignal des Sensors 10 wird einer Übertragungs- oder Pulseinheit zugeführt, wie sie beispielsweise in US-A-4401 134 beschrieben ist, auf die hiermit Bezug genommen wird. Die Pulseinheit ist innerhalb eines besonderen Schwerstangen-Abschnitts befestigt und ist eine hydraulisch betätigte selbstansaugende In-Loch-Pumpe. Durch Betätigung mittels eines Mikroprozessors wird ein Ventilkegel unter hydraulischem Hochdruck gegen eine Öffnung gepreßt und beschränkt teilweise den Fluß des Bohrschlamms. Das Ergebnis ist ein Anstieg des Drucks des zirkulierenden Bohrschlamms, der als ein positiver Druckimpuls an der Erdoberfläche bemerkt wird. Dieses detektierte Signal wird dann verarbeitet, um aufzeichnungsfähige repräsentative Daten über die In-Loch-Messungen zu erhalten. Obwohl hier ein Pulssystem genannt wurde, können auch andere Telemetriesysteme verwendet werden, vorausgesetzt, sie sind in der Lage, während des Bohrvorgangs ein lesbares Signal aus dem Bohrloch an die Erdoberfläche zu übertragen.
Im folgenden wird zur Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung auf Figur 1 Bezug genommen. Die Sensorvorrichtung 10 enthält einen rohrförmigen Körper 11 mit einem mechanischen Belastungsverstärkerabschnitt 20, der einen Teil des rohrförmigen Körpers 11 bildet. Der Belastungsverstärkerabschnitt 20 enthält einen ersten zylindrischen Abschnitt 21 mit einem Außendurchmesser, der der Außenkontur des rohrförmigen Körpers 11 entspricht. Ein Großteil der Belastungen durch Drehmoment und Kompression innerhalb des Bohrgestänges werden durch den ersten Abschnitt 21 getragen.
Ein mechanischer Belastungsverstärker 25 ist koaxial innerhalb des ersten Abschnitts 21 befestigt und ist mit diesem ausdehnbar. Der Verstärker 25 ist ebenfalls als zylindrischer Körper ausgebildet, der an den ersten Abschnitt 21 mittels einer Vielzahl von Stiften 27 an dessen beiden Enden befestigt ist.
Der den Belastungsverstärker tragende Abschnitt ist vorzugsweise abnehmbar ausgebildet, so daß jegliche elektrische Arbeiten auf der Außenoberfläche vorgenommen werden können. Das wird durch schraubbare Verbindungen 65 und 67 erreicht, die an den Enden des rohrförmigen Körpers 11 und der unteren Bohrgestängeuntereinheit 44 angeordnet sind.
Der mittlere Teil des Verstärkers 25 enthält einen Abschnitt 29 mit einer reduzierten Wandstärke und eine Vielzahl von elektrischen Widerstands-Dehnungsmeßstreifen 30, die darauf befestigt sind. Zur Messung von Belastungen in dem Abschnitt 29, die auf eine auf den Körper wirkende axiale Kompressionsbelastung sowie auf ein Drehmoment hinweisen, sind vorzugsweise acht Dehnungsmeßstreifen 30 in vier gleich beabstandeten Rosetten um den Außenumfang des Abschnitts 29 montiert, wobei jedes Paar einander gegenüberliegender Rosetten eine Brücke formt. Obwohl nicht dargestellt, ist jedes Paar in Form eines Widerstands- Brücken-Netzwerks üblicher Art geschaltet. Jedes Paar gegenüberliegender Rosetten bildet eine vollständige Brücke, d.h. jedes Widerstandselement der Wheatstone-Brücke ist aktiv. Die Brückenelemente sind auf dem Außenumfang des Belastungsverstärkers 25 als zwei Doppel-Streifen- Rosetten jeweils 180º zueinander versetzt verklebt. Der Satz zur Messung eines Drehmoments ist 90º verdreht zu dem Satz angeordnet, der die Gewichtsbelastung des Bohrmeißels registrieren soll. Ferner, hinsichtlich der Ausrichtung der Fasern der Widerstandselemente, sind die Rosetten zur Messung der Gewichtsbelastung in axialen und transversalen Richtungen in Bezug auf die Bohrrichtung ausgerichtet, während die Rosetten zur Messung des Drehmoments diagonal ausgerichtet sind (45º weg von der axialen Richtung).
Die elektrischen Leitungen zu dem Netzwerk sind durch entsprechend abgedichtete Verbindungen geführt und stehen mit einem Elektronikpaket über einen elektrischen Durchlaß 35 in Verbindung, und über ein Kabel 37, das fremde Substanzen isoliert, abschirmt und ausschließt, und über einen elektrischen Druckdurchlaß 39.
Der Raum, in welchem die Dehnungsmeßstreifen 30 montiert sind, ist von einem flexiblen Gummischuh 41 umschlossen und mit einem elektrisch inerten Transformatoröl 43 gefüllt.
Ebenfalls durch den ersten Abschnitt 21 hindurchgeführt ist ein Ausgleichsrohr 40 zum Ausgleich der axialen Belastung, die von der lokalen Druckdifferenz zwischen dem Bohrlochring und dem Bohrgestängeinnenkanal herrührt. Das Ausgleichsrohr 40 erstreckt sich vom Innendurchmesser des rohrförmigen Körpers 11 zum Innendurchmesser der unteren Bohrgestängeuntereinheit 44. Dichtungen 45 sind vorgesehen, um den Bohrgestängeinnenkanal 42 von dem ringförmigen Bereich zwischen der Außenseite des Ausgleichsrohrs 40 und der Innenseite der Außenwand des rohrförmigen Körpers 11 zu isolieren. Der obere Teil dieses Bereichs bildet ein Abteil 48, die über einen Durchlaß 49 mit der Außenseite des rohrförmigen Körpers 11 in Verbindung steht.
Figur 2 zeigt das Ausgleichsrohr 40 mit dem Verstärkerabschnitt 20 im einzelnen.
Das untere Ende des ersten Abschnitts 21 enthält ferner einen verschiebbaren Kolben 46, der sich quer durch den Ring erstreckt und das untere Ende des Abteils 48 bildet. Eine Dichtung 52 ist auf der Seite 50 angeordnet, welche an das Ausgleichsrohr 40 stößt. Die Seite 97 des Außendurchmessers des Kolbens 46 ist gegen den rohrförmigen Körper 11 mittels einer Dichtung 99 abgedichtet. Der verschiebbare Kolben 46 ist in seiner Aufwärtsbewegung durch einen Absatz 58 in dem rohrförmigen Körper 11 beschränkt. Das Ausgleichsrohr 40 enthält ferner einen ringförmigen Vorsprung 51, der sich quer durch denselben Ring erstreckt, um zwei Abteile 53 und 55 zu bilden. Eine Dichtung 57 ist auf der Seite 59 des Vorsprungs 51 angeordnet. Das Abteil 53 steht mit dem Inneren 42 des Ausgleichsrohrs 40 über einen Durchlaß 61 in Verbindung, während das Abteil 55 mit der Außenseite des rohrförmigen Körpers 11 über einen Durchlaß 63 kommuniziert.
Die Dehnungsmeßvorrichtung ist in einer Weise angeordnet, daß sie nur dem Druck und der Temperatur des Bohrrings ausgesetzt ist, und dabei chemisch isoliert ist von den Bohrflüssigkeiten.
Im Betrieb bewirkt das Ausgleichssystem die Beseitigung der Auswirkung der Druckdifferenz zwischen dem Werkzeuginnenkanal und dem Bohrlochring, die auf den Belastungsverstärker 25 wirkt. Die Veränderungen der Dehnungsmeßstreifen aufgrund großer Belastungen werden in erster Näherung durch Verwendung von vollständigen Wheatstone-Brückenschaltungen aufgehoben. Das Ausgleichsrohr 40 schützt den ersten Abschnitt 21 vor übermäßigen Belastungen aufgrund der Druckdifferenz. Das wird durch den verschiebbaren Kolben 46 und den ringförmigen Vorsprung 51 erreicht, die über ihre entsprechenden Kolbenbereiche auf die Druckdifferenzen reagieren, welche auf die Abteile 48, 53 und 55 wirken, um eine aufwärts gerichtete kompressive Kraft auf den ersten Abschnitt 21 auszuüben, und eine reaktive abwärts gerichtete Spannungskraft, die auf das Ausgleichsrohr 40 wirkt. In Figur 2 wird die Kraft ("pump apart"-Kraft) entlang des Bohrgestänges in Richtung des Vektors B ausgeübt und ist eine Funktion des lokalen Innendurchmessers und des lokalen Drucks. Der lokale Innenbohrungsdurchmesser sei dl genannt, und die resultierende Fläche A1. Ferner ist der Außendurchmesser des Kolbenbereichs mit d2 bezeichnet und die resultierende Kolbenbereichsfläche ist A2 - A1, während die vorstehend genannte Kraft in Richtung des Vektors B das Produkt der Druckdifferenz (Delta p) mal Al. Die Dichtungsdurchmesser der Vorsprünge 46 und 51 sind derart gewählt, daß die Kraft Delta p (A2 - A1) bewirkt, daß der erste Abschnitt 21 und der Belastungsverstärker 29 beispielsweise in Richtung des Vektors A komprimiert werden, und das Ausgleichsrohr 40 als Reaktion darauf in Richtung des Vektors C gedehnt wird. Unter Vernachlässigung der Reibung wird A2 - A1 = A1 die Kräfte ausgleichen. Somit ist idealerweise der Hauptdurchmesser d2 das Wurzel zwei-fache des kleineren Durchmessers d1, d.h., A2 entspricht dem Zweifachen von A1.
Hinsichtlich statischer Dichtungsreibung, die auf die Komponenten wirkt, haben Laborversuche gezeigt, daß für den Fall, daß das Verhältnis der Dichtungsflächen auf den idealen reibungslosen Wert von zwei gebracht wird, der Ausgleich jener "verpulverten" Kraft gering ausfiel und etwa bei 10% für die Testeinheit lag. Jedoch wurde unter Verwendung von Feldtestdaten das geometrische Verhältnis von A2/A1 von dem Idealwert zwei um einen bestimmten Betrag zur Beseitigung der Dichtungsreibung geändert, der 2.15 betrug.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 zeigt einen Belastungsverstärker 70 mit einem reduzierten Abschnitt 71 zur Aufnahme von Dehnungsmeßstreifen 72, ähnlich wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Belastungsverstärker 70 erstreckt sich sehr eng entlang eines ersten Elements 75 und ist mit diesem durch Stifte 77 verbunden. Ein Ausgleichsrohr 80 ist mittels eines Gewindes tragend mit dem Bohrgestänge an seinem oberen Ende 82 verbunden, während sich dessen unteres Ende in eine Verbindungs-Untereinheit 81 hinein erstreckt. Das Ausgleichsrohr 80 ist an beiden Enden durch Dichtungen 83 abgedichtet und wirkt mit dem ersten Element 75 zusammen, indem zwischen ihnen eine geschlossene Kammer gebildet wird.
Ein verschiebbarer Ringkolben 85 ist gleitend innerhalb jener Kammer angeordnet und bildet ein abgedichtetes Abteil 86 zur Aufnahme des Belastungsverstärkers 70. Das Abteil 86 ist vollständig mit einem elektrisch inerten Transformatoröl gefüllt.
Auf dem gleitenden Kolben 85 sind geeignete Lagerklötze 87 und Dichtungen 88 befestigt.
In dem Abteil zwischen dem Ausgleichsrohr 80 und dem ersten Element 75 sind ferner ein zweiter und ein dritter verschiebbarer Kolben 90 und 91 angeordnet, um das Abteil in drei Unterabteile 92, 93 und 94 zu unterteilen. Die Unterabteile 92 und 94 sind über Durchlässe 95 und 96 an den äußeren Fluid-Druck angeschlossen, während das Unterabteil 93 über den Durchlaß 97 mit dem internen Fluid-Druck kommuniziert. Das untere Ende des Kolbens 90 ist so ausgebildet, daß es gegen einen Federring 98 stößt, um die Abwärtsbewegung des Kolbens zu begrenzen, während das obere Ende des Kolbens 91 gegen einen Absatz 99 des ersten Elements 75 stößt. Auch die Kolben 90 und 91 sind mit geeigneten Ringdichtungen 100 versehen.
Zu beachten ist, daß der Belastungsverstärker 70 benachbart zum ersten Element 75 und beabstandet vom Ausgleichsrohr 80 angeordnet ist. Das hat sich als ausreichend erwiesen, um die Auswirkungen einer Störung des Werkzeugs aufgrund von Temperaturgradienten zu vermeiden.
Die verschiebbaren Kolben 90 und 91 arbeiten auf die gleiche Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit der Druckdifferenz in den Kammern 92, 93 und 94 und bewirken eine kompressive Kraft, die auf das erste Element 75 und den Belastungsverstärker 70 (über den Absatz 99) wirkt, und eine reaktive Spannungskraft auf das Ausgleichsrohr 80.
Wiederum sind die Kräfte ausgeglichen, indem die Kolbenfläche doppelt so groß ist, wie die Fläche der Bohrung. Als Ergebnis wäre die einzige auf den Belastungsverstärker wirkende Kraft die kompressive Kraft der Bohrsäule.
Darüberhinaus können ähnliche Ausgleichsvorgänge für den Reibungswiderstand der Dichtungen 100 geschaffen werden, indem die Kolbenfläche geringfügig größer als der Idealwert gewählt wird.

Claims

1. Bohrgestänge für Erdöl- oder Brunnenbohrungen, mit einem unteren Ende, das in einem Bohrmeißel zum Bohren des Bohrlochs endet, mit einer Vielzahl von Bohrrohren, deren zylindrische Außenwand mit dem Bohrloch zusammenwirkt, um einen äußeren Bohrlochring zu bilden, und deren Inneres einen Bohrgestängeinnenkanal bildet, mit einer mit dem unteren Abschnitt des Bohrgestänges verbindbaren Bohrgestängeuntereinheit zum Messen der auf den Bohrmeißel wirkenden Belastung und des Drehmoments, wobei die Bohrgestängeuntereinheit einen rohrförmigen Körper (11) zum Tragen des Gewichts des Bohrgestänges aufweist;

mit einem Belastungsverstärker (25) mit einem zylindrischen Abschnitt, der sich koaxial zum rohrförmigen Körper (11) erstreckt und an diesem befestigt ist, damit ein Teil der Tragbelastung durch den Belastungsverstärker verläuft;

mit Sensormitteln (30), die zum Abtasten der im Belastungsverstärker (25) auftretenden Belastungen durch Drehmoment und Kompression auf dem Belastungsverstärker montiert sind; und

mit Mitteln (40, 46, 49, 51, 55, 61, 63) zum mechanischen Ausgleichen der axialen Belastungen, die in dem Belastungsverstärker aufgrund der lokalen Druckdifferenz zwischen dem Bohrgestängeinnenkanal und dem Bohrlochring auftreten;

dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichmittel ein Ausgleichsrohr (40) enthalten, das sich koaxial zum Belastungsverstärker (25) erstreckt und nur an einem Ende an der Bohrgestängeuntereinheit befestigt ist, und einen ersten und einen zweiten koaxialen Ringkolben enthalten (51, 46), die mit dem Ausgleichsrohr (40) bzw. mit dem rohrförmigen Körper (11) in Eingriff stehen; und daß auf die Kolben der Druck des Bohrlochrings und des Bohrgestänges wirkt, um den rohrförmigen Körper (11) und das Ausgleichsrohr (40) in entgegengesetzte axiale Richtungen zu zwingen, um eine Ausgleichskraft auf den Belastungsverstärker (25) auszuüben, die von der Druckdifferenz zwischen dem Bohrgestängeinnenkanal und dem Bohrlochring abhängt.

2. Bohrgestänge nach Anspruch 1, bei dem das Ausgleichsrohr (40) den Belastungsverstärker (25) von dem Druck des Bohrgestängeinnenkanals isoliert, aber der Belastungsverstärker dem Druck des Bohrlochrings ausgesetzt ist.

3. Bohrgestänge nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Gummischuh (41) um die zylindrische Wand des Belastungsverstärkers (25) herum montiert ist, um ein abgedichtetes Volumen um die Sensormittel (30) herum zu bilden.

4. Bohrgestänge nach Anspruch 3, bei dem der Belastungsverstärker (25) innerhalb des Gummischuhs (41) einen Abschnitt (29) mit einer reduzierten Wandstärke in Bezug auf den Rest des zylindrischen Abschnitts aufweist.

5. Bohrgestänge nach Anspruch 4, bei dem die Sensormittel Dehnungsmeßstreifen (30) aufweisen, die auf dem Abschnitt mit der reduzierten Wandstärke befestigt sind.

6. Bohrgestänge nach Anspruch 3, bei dem das abgedichtete Volumen mit einem elektrisch inerten Fluid (43) gefüllt ist.

7. Bohrgestänge nach Anspruch 1, bei dem die Ringkolben (51, 46) in einer Kolbenkammer (48, 53, 55) angeordnet sind, die zwischen dem rohrförmigen Körper (11) und dem Ausgleichsrohr (40) geformt ist.

8. Bohrgestänge nach Anspruch 7, bei dem die beiden Ringkolben (51) 46) die Kolbenkammer in drei axial beabstandete Abteile (48, 53, 55) unterteilen, und bei dem das Abteil (53) zwischen den Ringkolben (51, 46) über einen Durchlaß (61) für ein Fluid mit dem Bohrgestängeinnenkanal in Verbindung steht, und bei dem die anderen beiden Abteile (48, 55) über Durchlässe (49, 63) für ein Fluid mit dem Bohrlochring in Verbindung stehen.

9. Bohrgestänge nach Anspruch 8, bei dem der erste Ringkolben (51) unterhalb des zweiten Ringkolbens (46) angeordnet ist, um eine axiale Zugkraft auf das Ausgleichsrohr (40) auszuüben, während der zweite Ringkolben (46) eine axiale Kompressionskraft auf den rohrförmigen Körper (11) ausübt, wenn der Druck in dem Bohrgestängeinnenkanal den Druck in dem Bohrlochring übersteigt.

10. Bohrgestänge nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die durch den Außendurchmesser der Kolben (51, 46) definierte Fläche A 2 im wesentlichen doppelt so groß ist, wie die Fläche A 1 der Innenbohrung der Bohrgestängeuntereinheit.

11. Bohrgestänge nach Anspruch 10, bei dem die Fläche A 2 im wesentlichen 2,15 mal größer ist, als die Fläche der Innenbohrungsfläche A 1.

12. Bohrgestänge nach Anspruch 7, bei dem der erste Kolben (51) einen Vorsprung aufweist, der sich von dem Ausgleichsrohr (40) durch die Kammer erstreckt, um in gleitenden Eingriff mit der zylindrischen Wand des rohrförmigen Körpers (11) zu kommen.

13. Bohrgestänge nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (46) einen Vorsprung aufweist, der sich von dem rohrförmigen Körper (11) durch die Kammer erstreckt, um in gleitenden Eingriff mit der zylindrischen Wand des Ausgleichsrohres (40) zu kommen.

14. Bohrgestänge nach Anspruch 13, bei dem der rohrförmige Körper (11) einen Absatz (58) aufweist, der sich in die Kammer (48) hineinerstreckt, um mit dem zweiten Kolben (46) zusammenzuwirken.

15. Bohrgestänge nach Anspruch 7, bei dem das obere Ende der Kolbenkammer durch einen Ringkolben (85) gebildet ist, der gleitend innerhalb der Kolbenkammer (86, 94) angeordnet ist.

16. Bohrgestänge nach Anspruch 15, bei dem das durch den rohrförmigen Körper (11) und das Ausgleichsrohr gebildete Volumen (86) oberhalb des Ringkolbens (85) mit einem elektrisch inerten Fluid gefüllt ist.