DE815939C

DE815939C - Borehole inclinometer

Info

Publication number: DE815939C
Application number: DEP46609A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl-Berging Hahn; Wilhelm Raub
Original assignee: Wintershall AG
Current assignee: Wintershall AG
Priority date: 1949-06-22
Filing date: 1949-06-22
Publication date: 1951-10-08

Description

Bohrlochneigungsmesser Bohrlöcher sind meist nicht vollkommen senkrecht, sondern weichen in verschiedenen Tiefen von der Senkrechten mehr oder weniger ab. Gewöhnlich ist diese Abweichung unbeabsichtigt und unerwünscht, weil dann die erreichte tiefste Endteufe nicht mehr genau unter dem Bohrlochmund liegt. Zuweilen ist aber die Schrägbohrung nach einer bestimmten Richtung auch geplant. In jedem Falle ist es daher von Wichtigkeit, festzustellen, wie groß die Bohrlochneigung in verschiedenen Teufen ist und nach welcher Richtung hin die Abweichung vorliegt. Zur Feststellung dieser Neigungen nach Größe und Richtung werden Neigungsmesser in verschiedenster Ausführung verwendet.Borehole inclinometer Boreholes are usually not completely perpendicular, but deviate more or less from the vertical at different depths. Usually this deviation is unintentional and undesirable because then the reached deepest final depth is no longer exactly below the borehole mouth. But sometimes it is the inclined drilling is also planned in a certain direction. In any case it is it is therefore important to determine how great the borehole slope is in various The depth is and the direction in which the deviation is present. To determine These inclinations according to size and direction are inclinometers in the most varied Execution used.

Eine der ersten Methoden zur Neigungsmessung bestand darin, daß eine Glasflasche mit Flußsäure teilweise gefüllt wurde, dann in eine bestimmte Tiefe des Bohrloches eingelassen, hier einige Zeit belassen, dann wieder herausgezogen und ausgewaschen wurde. Es zeichnete sich dann der Flüssigkeitsspiegel der Flußsäure durch einen bestimmten eingeätzten Ring im Glase ab, der zur Senkrechten eine Neigung besitzt. Hieraus kann man dann auf die Abweichung des Bohrloches schließen.One of the first methods of measuring inclination was to use a Glass bottle was partially filled with hydrofluoric acid, then to a certain depth of the borehole, left here for a while, then pulled out again and washed out. The liquid level of the hydrofluoric acid was then drawn by a certain etched ring in the glass, which inclines to the vertical owns. From this one can then infer the deviation of the borehole.

Andere Apparate benutzen Flüssigkeiten, die in bestimmten Tiefen in Gefäßen erstarren.Other devices use liquids that are at certain depths in Vessels solidify.

Andere Apparate benutzen wieder schreibende Pendel, die auf Papieren oder photographischen Platten oder Filmen in gewissen Zeitabständen Merkmale hinterlassen, aus denen sich die Neigung bei verschiedenen Tiefen errechnen läßt.Other devices again use pendulums that write on paper or leave marks on photographic plates or films at certain time intervals, from which the inclination at different depths can be calculated.

Die Apparate, die ätzende oder erstarrende Flüssigkeiten benutzen, sind schwerfällig zu handhaben und recht ungenau. Die anderen, die mit Pendeln arbeiten, verwenden meist Uhrwerke, Federn, Stopfbüchsen, Kolbenzylinder und ähnliche Maschinenelemente, die infolge Reibung, Erschütterung u. dgl. wegen ihres oft recht verwickelten Aufbaus häufig zu Fehlerergebnissen führen. Sie sind auch bezüglich Anschaffung und Unterhalt recht kostspielig. Um diese Nachteile zu vermeiden, ist der hier beschriebene Bohrlochneigungsmesser entwickelt worden. Er ist billig und derartig einfach, daß Fehlmessungen fast ausgeschlossen sind.The devices that use corrosive or solidifying liquids, are cumbersome to use and very imprecise. The others who work with pendulums mostly use clockworks, springs, stuffing boxes, piston cylinders and similar machine elements, those resulting from friction, shock, and the like, because of their often very complex nature Construction often lead to error results. They are also related to purchase and maintenance quite expensive. To avoid these disadvantages, the borehole inclinometer described here is useful has been developed. It is cheap and so simple that incorrect measurements are almost impossible are.

Er beruht auf folgenden physikalischen Tatsachen i. Eine Flüssigkeit fließt infolge der Schwerkraft in einem luftgefülten Raume stets nach unten.It is based on the following physical facts i. A liquid always flows downwards due to gravity in an air-filled space.

2. Die Zeitdauer des Fließens läßt sich durch Form und Abmessung vorn Düsen genau regeln.2. The duration of the flow can be determined by the shape and dimensions Regulate the nozzles precisely.

3. Die luftgefüllten Körper, die leichter als die Flüssigkeit sind, schwimmen auf dieser, und zwar im Gegensatz zu mechanisch bewegten Körpern fast reibungslos.3. The air-filled bodies, which are lighter than the liquid, swim on it, almost in contrast to mechanically moved bodies smoothly.

Der Grundgedanke der Erfindung ist folgender: In einem allseitig geschlossenen Gefäß befindet sich ein Schwimmer, der den Gefäßwandungen nicht ganz dicht anliegt und der auf seiner Oberseite ein Blättchen, z. B. aus Papier, trägt, welches die Anbringung von Markierungen gestattet. Oberhalb des Schwimmers ist ein Pendel frei beweglich aufgehängt, oberhalb desselben ist das Gefäß durch eine Platte in zwei Teile geteilt. Die Platte weist eine Düse auf. Um die Vorrichtung gebrauchsfertig zu machen, wird der obere Teil des Gefäßes mit Flüssigkeit gefüllt. Wird die Vorrichtung nun in das Bohrloch herabgelassen, so strömt die Flüssigkeit an dem Pendel und dem Schwimmer vorbei nach unten und hebt den Schwimmer an, bis dieser die Spitze des Pendels berührt, welches auf dem auf dem Schwimmer liegenden Blättchen eine Markierung anbringt. Aus der Abweichung dieser Markierung von dem Mittelpunkt des Blättchens- läßt sich die Neigung des Bohrloches ohne weiteres berechnen. Da auch die Ausflußzeit der Flüssigkeit aus der Düse bekannt ist, bis sie die gewünschte Berührung hervorruft, weiß man auch, nach welcher Zeit das Instrument aus dem Bohrloch entfernt werden muß. Natürlich kann man auch mehrere Schwimmer und Pendel übereinander vorsehen und für verschiedene Ausflußgeschwindigkeiten der entsprechenden Flüssigkeiten sorgen, um die Neigung in verschiedenen Tiefen des Bohrloches festzustellen.The basic idea of the invention is as follows: In a closed on all sides There is a float in the vessel, which does not lie very close to the walls of the vessel and on its upper side a leaflet, e.g. B. made of paper, which carries the Attachment of markings permitted. A pendulum is free above the float suspended movably, above it the vessel is divided into two by a plate Parts shared. The plate has a nozzle. To make the device ready to use To make it, the upper part of the vessel is filled with liquid. Will the device now lowered into the borehole, the liquid flows on the pendulum and the The float passes down and lifts the float until it reaches the top of the Pendulum touches, which is a mark on the leaf lying on the float attaches. From the deviation of this mark from the center of the leaflet the inclination of the borehole can easily be calculated. There is also the outflow time the liquid from the nozzle is known until it creates the desired touch, one also knows after what time the instrument can be removed from the borehole got to. Of course, you can also provide several floats and pendulums one above the other and ensure different outflow velocities of the corresponding liquids, to determine the inclination at different depths of the borehole.

Die Zeichnung dient zur Veranschaulichung der Konstruktion und der Arbeitsweise dieses Bohrlochneigungsmessers.The drawing serves to illustrate the construction and the How this borehole inclinometer works.

In Fig. I bedeuten: i einen druckfesten Hohlzylinder, möglichst aus nichtmagnetischem Metall; er ist durch eine Gewindeverbindung 22 in eine obere und untere Hälfte zerlegbar; 2 einen eingeschraubten Deckel mit der Öse 21 zur Aufhängung an einem Draht, Seil o. dgl.; 3 einen eingeschraubten Bodendeckel; d eine Trennplatte, die mit dem Hohlzylinder i flüssigkeitsdicht verbunden ist und eine Düse i i sowie ein Luftausgleichsrohr 17 besitzt; 7 Pendel, die in den Pendelträgern 5 mittig nach allen Seiten frei beweglich aufgehängt sind und durch die Gewichte 8 stets senkrecht gehalten werden; mit Ausnahme des oberen sind auf den Pendelträgern auswechselbare Papierblättchen 15 angebracht; 6 einen Schwimmer, der oben ebenfalls ein Papierblättchen 15 trägt; 12 einen gelenkig bei 13 aufgehängten Schreibstift mit Gewicht 18, der auf dem Papierblättchen 16 Aufzeichnungen macht; i9 den oberen Flüssigkeitsraum zur Aufnahme einer geeigneten Treibflüssigkeit, wie z. B. Trafoöl; 2o den unteren Flüssigkeitsraum, der die aus Raum i9 durch Düse i i ausströmende Flüssigkeit aufnimmt; dabei wird der Schwimmer 6 emporgehoben.In Fig. I: i mean a pressure-resistant hollow cylinder, if possible off non-magnetic metal; it is through a threaded connection 22 in an upper and lower half can be dismantled; 2 a screwed-in cover with the eyelet 21 for suspension on a wire, rope or the like; 3 a screwed-in bottom cover; d a partition plate, which is connected to the hollow cylinder i in a liquid-tight manner and a nozzle i and i has an air balance pipe 17; 7 pendulums, which are in the pendulum carriers 5 in the middle are suspended freely movable on all sides and always vertical due to the weights 8 being held; with the exception of the one above, the pendulum carriers are interchangeable Paper leaflet 15 attached; 6 a swimmer who also has a piece of paper on top 15 carries; 12 an articulated at 13 suspended pen with weight 18, the makes 16 notes on the paper; i9 the upper fluid space for receiving a suitable propellant liquid, such as. B. transformer oil; 2o the lower one Liquid space which receives the liquid flowing out of space i9 through nozzle i i; the float 6 is lifted up.

Fig. 1I zeigt den Pen(tellzörl)er 5 von oben gesehen.Fig. 1I shows the pen (tellzörl) he 5 seen from above.

Fig. III zeigt das Papierblättchen 15, auf dem konzentrische Kreise als Maßstab für die Abweichung sowie ein mit Richtungspfeil versehener Durchmesser zur Orientierung aufgezeichnet sind.Fig. III shows the paper sheet 15 on which concentric circles as a measure of the deviation and a diameter with a directional arrow are recorded for orientation.

In Fig. IV bedeuten: 23 ein Meßtischchen, welches in der Hülse 26 beweglich eingebaut ist; die Hohlräume des Meßtisdhchens sind mit einem weichen klebrigen Stoff, z. B. Wachs, ausgefüllt und werden oben mit einem Papierblättchen 15, nach unten mit einem Papierblättchen 27 abgedeckt; das Blättchen 27 besitzt einen Durchmesser mit Richtungspfeil sowie Radien mit bekanntem Winkelabstand; in der Mitte hat das Blättchen 27 eine Aussparung für das Magnetnadellager; 24 eine Magnetnadel, die auf dem Tragbolzen 25 verschiebbar in dem Bodenstuck der Hülse 26 gehalten wird; die Magnetnadel besitzt nach oben gerichtete Markierungsspitzen 30, und zwar auf Nord- und Südpol in verschiedener Anzahl.In Fig. IV: 23 denotes a measuring table which is in the sleeve 26 is movably installed; the cavities of the measuring table are covered with a soft one sticky material, e.g. B. Wax, filled in and topped with a piece of paper 15, covered at the bottom with a sheet of paper 27; the leaflet 27 has a diameter with a directional arrow and radii with a known angular distance; in in the middle the leaflet 27 has a recess for the magnetic needle bearing; 24 one Magnetic needle, which is slidable on the support pin 25 in the bottom piece of the sleeve 26 is held; the magnetic needle has marker tips pointing upwards 30, in different numbers on the north and south poles.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt (siehe Fig. I) Das Gerät wird nach (lein Einsetzen des mit einem Papierblättchen versehenen Schwimmers 6 und der Pendelträger 5, von denen der untere mit einem Papierblättchen versehen ist, mittels der Gewindeverbindung 22 dicht verschraubt. Raum i9 wird dann mit Flüssigkeit gefüllt und der Neigungsmesser in das Bohrloch eingelassen bis zu der Teufe, an der die Messung erfolgen soll. Das dauert z. B. 25 Minuten. Inzwischen läuft die Flüssigkeit aus 19 durch die Düse i i an, den Pendelträgern 5 und dem Scihwimmer 6 vorbei in den Raum 2o und hebt dabei den Schwimmer 6 an. Nach z. B. 30 Minuten erreicht dieser das untere Pendel 7, dessen Spitze das Papierblättchen 15 an der Stelle, die der Neigung entspricht, durchlocht. Bei weiterem Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels im Raum 20 werden- Schwimmer 6 und der untere Pendelträger 5 gemeinsam angehoben, und es erfolgt nach Verlauf von beispielsweise 6 Minuten die Durchlochung des oberen Papierblättchens 15 durch die Spitze des oberen Pendels 7. Die zwischen den Markierungen liegende Zeitspanne kann dazu benutzt werden, das Meßgerät auf eine andere Teufe in der Bohrung zu bringen. Damit ist die Möglichkeit gegeben, in einer Bohrung mit einmaligem Einfahren des Gerätes die Neigungswinkel in verschiedenen Teufen zu messen.The device works as follows (see Fig. I) The device is after (lein insertion of the float 6 provided with a paper sheet and the pendulum carrier 5, of which the lower one is provided with a paper sheet, screwed tightly by means of the threaded connection 22. Space i9 is then filled with liquid and the inclinometer let into the borehole to the depth at which the measurement is to be made. This takes 25 minutes, for example 6 into room 2o and lifts the float 6. After, for example, 30 minutes it reaches the lower pendulum 7, the tip of which pierces the paper sheet 15 at the point corresponding to the inclination Room 20 - float 6 and the lower pendulum support 5 are raised together, and after a period of, for example, 6 minutes, the upper paper sheet 15 is perforated ch the tip of the upper pendulum 7. The time between the marks can be used to bring the measuring device to another depth in the hole. This enables the angle of inclination to be measured at different depths in a borehole with a single retraction of the device.

Der in Fig. IV dargestellte Kompaßaufsatz wird dann verwendet, wenn außer der Neigung selbst auch die geographische Richtung der Neigung festgestellt werden soll. Richtungsmessungen sind nur dann möglich, wenn das Bohrloch auf der zu messenden Strecke frei von Verrohrung oder Stahlgestänge ist, also keine magnetische Störung durch Eisen auftreten kann. Es ist wohl möglich, die Richtung durch das Gestänge zu messen), wenn über der Schwerstange, an deren Ende der Bohrmeißel verschraubt ist, eine Meßstrecke aus unmagnetischem Stahl (besonders Stahllegierung) eingebaut ist. Innerhalb dieser Meßstrecke kann sich dann die Magnetnadel ungestört in die Nord-Süd-Richtung einstellen.The compass attachment shown in Fig. IV is used when in addition to the inclination itself, the geographical direction of the inclination was also established shall be. Directional measurements are only then possible if that The borehole on the section to be measured is free of casing or steel rods, so no magnetic interference from iron can occur. It is possible to measure the direction through the linkage), if above the drill collar, at their End of the drill bit is screwed, a measuring section made of non-magnetic steel (especially Steel alloy) is installed. The magnetic needle can then be located within this measuring section Adjust undisturbed in the north-south direction.

Für das Folgende siehe Fig. V: Der Kompaßaufsatz wird bei der Durchführung der Messung am unteren Ende der Pendelträger 5 mittels Hülse 26 angesetzt. Schwimmer 6 hebt den Bolzen 25 an und drückt die Magnetnadel 24 mit den Markierungsspitzen 30 in das unter dem Meßtischchen 23 angebrachte Papierblättchen 27 ein. Damit ist die Nord-Süd-Richtung festgelegt. Nach dem Einstich in das Blättchen 27 schiebt der Schwimmer 6 das Meßtischchen 25 zur Pendelnadel des unteren Pendelträgers 5. Dort erfolgt der Einstich in das Papierblättchen 15. Derselbe Vorgang wiederholt sich entsprechend der Anzahl der im Meßgerät eingebauten, mit Kompaßaufsatz versehenen Schwimmer. Nach dem Ausbau des Gerätes können die Papierblättchen entnommen und die Einstiche ausgewertet werden.For the following see FIG. V: The compass attachment is attached to the lower end of the pendulum carrier 5 by means of a sleeve 26 when the measurement is carried out. The float 6 lifts the bolt 25 and presses the magnetic needle 24 with the marking tips 30 into the paper sheet 27 attached under the measuring table 23. This defines the north-south direction. After puncturing the leaflet 27, the swimmer 6 pushes the measuring table 25 to the pendulum needle of the lower pendulum carrier 5. There the puncture is made into the paper leaflet 15. The same process is repeated according to the number of swimmers fitted with a compass attachment in the measuring device. After removing the device, the paper flakes can be removed and the punctures evaluated.

Während der gesamten Zeit hat der Schreibstift 12 auf Papier 16 einen Linienzug aufgezeichnet, der einen Hinweis gibt, ob der Apparat auch Punkte stärkerer Abweichung durchfahren hat.During the entire time the pen 12 has one on paper 16 Line trace recorded, which gives an indication of whether the apparatus also points stronger Has gone through deviation.

\h'enn die Treibflüssigkeit z. B. mittels Ablaßhahn aus dem Raum 2o entfernt ist und neue Papierblättchen eingelegt worden sind, ist das Gerät wieder einsatzfähig.\ h'if the propellant liquid z. B. by means of a drain cock from the room 2o is removed and new pieces of paper have been inserted, the device is back operational.

Infolge der Einfachheit des Gerätes ist die Bedienung leicht, die Anschaffung billig und die Ergebnisse sind sicher und genau. Es ist für die hier beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung ohne Belang, wieviel Schwimmer und Pendel verwendet werden, etwa ein, zwei oder mehr, welche Flüssigkeit Verwendung findet, also Wasser, öl, Quecksilber usw., aus welchem Material die Teile hergestellt sind, also aus Stahl, Messing, Preßstoff usw., welche Abmessungen die Vorrichtung hat, also welchen Durchmesser, Länge, Wandstärke usw., ob der Apparat an einem Draht oder einem Seil eingelassen wird, ob er hineingepumpt wird oder ob man ilin in (las Gestänge hineinwirft, ob der Apparat zwecks Vermeidung von Erschütterungen noch Federn und Dämpfungsvorrichtungen erhält oder nicht, wie die einzelnen Elemente in ihren Einzelheiten gestaltet sind, also ob rund oder eckig, groß oder klein usw., ob zur Registrierung Papier, Film oder ein anderes blättchenförmiges Material Verwendung findet.The simplicity of the device makes it easy to use, cheap to buy and the results are safe and accurate. It is irrelevant for the device according to the invention described here how many floats and pendulums are used, for example one, two or more, which liquid is used, i.e. water, oil, mercury, etc., from which material the parts are made, i.e. steel , Brass, pressed material, etc., what dimensions the device has, i.e. what diameter, length, wall thickness, etc., whether the device is embedded on a wire or a rope, whether it is pumped into it or whether one throws ilin into (read rods, whether the device still receives springs and damping devices in order to avoid vibrations or not, how the individual elements are designed in their details, i.e. whether round or square, large or small, etc., whether paper, film or another leaf-shaped material is used for registration.

Claims

PATENT CLAIMS: i. A method for determining the course of boreholes at any depth by measuring their deviation from the vertical and determining their cardinal direction, characterized in that liquid flows out of an upper space through a nozzle in a pressure-tight closed hollow cylinder, and that the liquid flows into a float in predetermined periods of time to form weight-weighted pendulums suspended in the middle, which mark the inclinations on pieces of paper inserted. z. Borehole inclinometer for carrying out the method according to Claim i, characterized in that an upper space in a pressure-tight hollow cylinder is sealed by a partition plate provided with an outflow nozzle. 3. Bohrlodhneigungsmesser for performing the method according to claim i, characterized in that in the middle of a pressure-tight hollow cylinder below the partition plate with nozzle weight-weighted pendulums are suspended freely movable on all sides, the pendulum tips are designed as marker pens. 4. Bahrloch inclinometer for carrying out the method according to claim i, characterized in that a freely movable float in the direction of the device axis is arranged in the space below the pendulum, which is arihebbar by liquid and can be pressed against the pendulum tips. 5. Borehole inclinometer for carrying out the method according to claim i, characterized in that directional magnets are used, which are attached either to the float or to the pendulum carrier and mark the north direction by puncturing. 6. Borehole inclinometer, characterized in that a weight-weighted, freely oscillating pen is arranged in the pressure-tight hollow cylinder, which continuously records the course of the borehole.