用于深井的钻机支柱

本发明首先涉及根据权利要求1和5的共同前序部分所述的一 种钻孔管道。此外，本发明还涉及根据权利要求13和18的共同前 序部分所述的一种衬套。而且，本发明还涉及根据权利要求27所述 的一种用于深井的钻机支柱(drill column)。

DE 27 44 829 C2公开了一种具有由导电材料制成的钻孔管道主 体的钻孔管道，电管道导体穿过钻孔管道主体并连接到配置在钻孔 管道主体上一端的接触连接部，管道导体和接触连接部与钻孔管道 主体电绝缘。在公知钻孔管道的情况下，将电导体导向保护管道内。 保护管道与电导体一起在纵向上沿钻孔管道主体的内壁延伸，且是 螺旋形并以这种形式以弹回的方式相对钻孔管道主体的轴向钻孔的 内壁压缩。然而，当用钻井泥浆冲洗时，在这种情况下钻井泥浆以 非常高的速率通过钻柱抽出，不能防止保护管道和配置在保护管道 内的导体受到不利影响。而且，由钻柱留下的机具保持悬挂在保护 管道的转角处并损害保护管道或导体。

本发明的目的是提供在各情况下开始提到的那类型的钻孔管 道，衬套以及钻机支柱，采用钻孔管道，衬套以及钻机支柱可以将 电能和/或数据从表面传送到钻孔的底部，并且返回高地可靠度以及 低的故障敏感度。

在各情况下通过开始提到的具有专利权利要求1和5的特征部 分特征的那类型钻孔管道以及通过开始提到的具有专利权利要求13 和18的特征部分特征的那类型衬套实现上述目的。此外，根据本发 明通过在专利权利要求27中要求的钻机支柱实现本目的。

由于根据本发明的系统设计中，一方面钻孔管道、另一方面衬 套与各自的导体与接触连接部相连，系统导致当钻孔管道连接到衬 套以便延伸钻机支柱时，在各情况下导电连接经两电极形成。在这 种情况下，通过钻机支柱主体形成一个电极而通过配置在钻机支柱 主体内的导体形成另一电极。然后这种结构可以将电能从表面传送 到钻孔的任意希望点且在没有延迟的情况下将数据经导体传送到表 面。导体可以由可以传送能量和数据的材料制成。

钻孔管道和衬套，远到有关的导体的配置基本具有相同的设计。 在本发明的第一实施例中，根据权利要求1和13，构造适于固定到 管道内侧的管道导体以及固定到衬套内侧的衬套导体。因此需要将 它们固定在柱架的内部，由于一些钻井泥浆通过钻机支柱钻具组以 非常高的速度抽出并且这可以导致对导体的不利影响，如果没有足 够的固定的话。为了在柱架内可靠地保护导体，在钻孔管道主体的 管道内侧上或在衬套主体的衬套内侧上设置纵向沟槽。可以在新钻 孔管道和衬套的情况下以及在那些已经使用过的钻孔管道和衬套的 情况下通过相应的特别装置实现沟槽使得也可以容易回顾式 (retrospectively)实施本发明。在钻具组内部的导体通过沟槽保护，沟 槽优选为平行于柱架的中心轴伸展，具体地说，如果沟槽的厚度大 于导体的直径，将使得导体完全容纳在沟槽内。而且，为了将导体 固定在沟槽内，所述导体应经绝缘件铸造。另外，为了保证需要的 电绝缘，还可以通过相应导体绝缘件将导体完全包覆。而且，为了 从钻具组外部将钻具组内部电绝缘，采用电绝缘层，特别在管道内 侧的整个表面上气相沉积，在这个情况下绝缘层优选为覆盖导体。

在本发明的另一实施例中，根据权利要求5和18，提供适于管 状的管道导体或衬套导体，由于管道导体或衬套导体将穿过钻探主 体或衬套主体和/或将钻探主体或衬套主体包覆，以及优选地，由于 管道导体或衬套导体以及钻探主体或衬套主体基本具有相同的线性 热膨胀性能，将在下文描述根据本发明的钻孔管道的设计。根据本 发明所描述的特征可相应转移到衬套。衬套具有用于钻孔管道的相 应设计。提供内管道和/或外管道作为管道导体或衬套导体是必须的， 能量和数据经所述内管道和/或外管道从表面传送到钻孔的底部。

为了保证即使在相当深的钻探深度下能量和数据的传送，构造 优选适于管道导体或衬套导体以及适于钻孔管道主体或衬套主体以 具有基本相同的线性热膨胀性能。由线性热膨胀系数α限定的线性 热膨胀性能表示如果物体的温度增加1℃，物体的长度增加多少。如 果管道导体具有与钻孔管道主体可比或相同的线性热膨胀性能，即 使在相当深的钻探深度也没有关于钻孔管道主体的管道导体的轴向 移位。由于管道导体和钻孔管道具有不同的线性膨胀度，因此不会 出现能量和数据传送分裂或中断的危险。在上下文中，管道导体和 钻孔管道主体可以用相同的材料生产，出于简单的原因优选为钢。 原则上，然而，还可以用具有合适的线性膨胀性能的合金作为用于 管道导体的材料。

为了在管道导体和钻孔管道主体之间提供固定连接，管道导体 可以以粘性和/或压力配合方式连接到钻孔管道主体。例如，可以将 管道导体黏附结合到钻孔管道主体。对于要作为管道导体插入到钻 孔管道主体内的开槽套筒来说是轻而易举的，在这个情况下需要相 应地压缩套筒的外表面以便使其可以将套筒插入到钻孔管道主体 内。在套筒外表面内的复位作用力导致在所述钻孔管道主体内的套 筒和钻孔管道主体之间的压力配合连接。自然地，对于钻孔管道主 体收缩到套筒上也是轻而易举的。

优选在管道导体和钻孔管道之间提供0.5cm到2.5cm的间隙，特 别是1.5cm的间隙。间隙可以用铸造混合物填充，特别是塑胶，优 选为环氧树脂。铸造混合物首先在管道导体和钻孔管道之间产生粘 性结合并且还作为绝缘层。管道导体的内侧外表面优选由进一步的 绝缘层涂覆。在另一方面，如果构造适于管道导体将钻孔管道主体 包覆，管道导体的外侧由非导电材料涂覆。

由于管道导体的线路电阻随着管道的长度增加而增加，管道导 体的壁厚优选固定为最大钻探深度的函数。在这种情况下，可以优 选提供壁厚为0.5mm到1.5mm，特别是0.7mm到1.2mm的管道导 体以胜任到2000m的钻探深度。在另一方面，如果打算一直钻探到 5000m的深度，可以使用具有壁厚是4mm到8mm，优选为5mm到 6mm的管道导体。根据本发明的管道导体或衬套导体的上述特征允 许在低电压或优选为42伏特的非常低的电压下传送能量。

如果导体设在钻柱的内部，可以将管道接触连接部设在钻孔管 道主体的端侧前面。在这种情况下端侧前面代表朝向管道内侧的肩 状物。为了能够与管道接触连接部相互作用，衬套接触连接部设在 朝向衬套内侧的前侧肩状物上。当获得机械连接时，即，当钻孔管 道和衬套旋到一起时，那么在一方面的管道导体和另一方面的衬套 导体之间经在两侧的接触连接部产生电连接。

由于钻孔管道一般旋入到衬套，对于管道接触连接部以及衬套 接触连接部的周向设计是尤其有利的，即，以接触连接部环的形式。 为了保证在各自的接触连接部和钻柱主体之间的电绝缘，在这种情 况下管道接触连接部应配置在停留在前面上的绝缘环上，同时衬套 接触连接部应配置在停留在肩状物上的绝缘环上。为了在这种情况 下保证不仅与钻机支柱主体而且与钻柱的内部以及当钻孔操作过程 中位于其中的矿泥足够绝缘，应由弹性材料制成的绝缘环应具有用 于容纳各自的接触连接部的环形沟槽，在这种情况下环形沟槽深度 应大于接触连接部的高度。这种结构保证了当钻孔管道旋入衬套时， 由于当接触连接部产生同时接触时这些环挤压到一起而形成的相互 面向的环表面有足够的密封。

由于在长度为几千米的极长钻机支柱的情况下，可能在衬套和 钻孔管道之间产生纵向移动，可能的解决方案是对接触连接部进行 弹簧加载，特别是在远离前面或肩状物的方向上。由于弹簧加载， 接触连接部推进为相互接近使得钻孔管道和相邻的衬套的任何移动 不能导致在接触连接部之间的电接触的中断。

而且，为了防止钻井泥浆从环形空间经过到接触连接部之间的 中间空间内，至少一个周向密封件设在钻孔管道主体的销区域内。 密封件优选为定位在从管道外部到销的阶梯处和/或在从阶梯到销的 过渡处。一个或多个密封件也可以设在销本身的区域内。在衬套上， 可能的解决方法是提供至少一个在衬套主体的外侧前面的周向密封 件。

显然，本发明在钻机支柱中不仅设置一个导体而是可以设置多 个导体。由于导体在其直径方面不能选定为具有任意希望的尺寸以 便不考虑由于钻机支柱的内侧上的沟槽太深而严重削弱钻机的强 度，一般在任何情况下具有小直径的导体的数量作为用于操作定位 在钻孔内的各自的测量和分析仪表的电能需求的函数。

下文将参考附图描述本发明的示范性实施例，其中：

图1显示了引入到钻孔内的钻机支柱的示意图；

图2显示了钻孔管道的管道端的示意图；

图3显示了衬套的一部分的示意图；

图4显示了钻孔管道的一部分的截面图；

图5显示了钻孔管道的一部分的详细示意图；

图6显示了衬套的详细示意图；

图7显示了钻孔管道的部分示意图，钻孔管道已经旋入到衬套 内，并具有固定在沟槽内的管道导体或衬套导体；以及

图8显示了具有管状管道导体的钻孔管道的部分示意图。

图1是钻孔设备1的示意图。钻孔设备1具有配置在表面的钻 床床头箱2以及在钻探状态下定位的钻孔4中的钻机支柱3。钻头单 元5定位在钻机支柱3的另一端。在所示的示范性实施例中，连接 到经导体7在表面定位的评估装置8上的检测装置6直接定位在钻 头单元5的上方。检测装置6可以记录在钻孔期间的检测值，然后 检测值可以直接经评估装置8评定。

在这种情况下钻机支柱3本身包括很多交替排列的钻孔管道10 以及衬套11。在讨论的那类型的钻孔管道10的长度可达10m或更 长，而用于深井的钻机支柱3的长度可以是几千米。

图2以及在图4中显示的详细图说明了钻孔管道10的一部分。 钻孔管道10具有由导电材料制成的钻孔管道主体12。提供可穿过钻 孔管道主体12的至少一个电管道导体7a，所述电管道导体7a在端 部(准确说在两端)连接到设在钻孔管道主体12上的管道接触连接 部13，管道导体7a和管道接触连接部13与钻孔管道主体12电绝缘。 如图4特别所示，管道导体7a固定到管道内侧14。为了这个目的， 用于电管道导体7a的纵向沟槽15设在管道内侧14上。在这种情况 下，沟槽15是燕尾槽。然而，原则上，任何其他的沟槽形状也是可 以的。沟槽15与钻孔管道10的中心轴平行伸展。在这种情况下沟 槽15的深度大于管道导体7a的外径。管道导体7a经绝缘件16夹持 在沟槽15内。绝缘件16除了固定的功能外还具有电绝缘功能。管 道导体7a具有在整个管道导体7a长度上方延伸的导体绝缘件17。 如在图4中可以进一步所示，电绝缘层18气相沉积在管道内侧14 的整个表面上方且还覆盖沟槽15并且从而覆盖管道导体7a。绝缘层 18应用在管道内侧14的整个表面上方。

管道接触连接部13设在钻孔管道10的管道端的端侧前面19上。 在这种情况下，显然地，在各情况下一个相应管道接触连接部13设 在钻孔管道主体12的两端，即使下文没有特别描述这个结构。管道 接触连接部13是环向设计并且具有接触环的形式。而且，管道接触 连接部13配置在停留在前面19上的绝缘环20上。出于容纳管道接 触连接部13的目的，由弹性材料制成的绝缘环20具有环形沟槽21。 在这种情况下，环形沟槽21的深度大于管道接触连接部13的高度。

而且，在这种情况下管道接触连接部13是在远离前面19的方 向上，也就是在朝衬套11连接到钻孔管道10的方向上受弹簧加载。

设有外螺纹23的销22定位在钻孔管道10的两管道端。端部与 管道外侧25并接的阶梯24定位在具有外螺纹23的销22之间。在 这种情况下是O形环的周向密封件26定位在阶梯24和外螺纹23之 间的过渡处。代替密封件26或者除了密封件之外，还可以在阶梯24 上配置环形密封件。

图3以及在图6中显示的详细图说明了衬套11的一部分。衬套 11具有由导电材料制成的衬套主体27。电衬套导体7b穿过衬套主 体27并且在端部(准确说在衬套主体27的两端)连接到衬套接触 连接部28，即使这种结构没有特别说明。衬套导体7b和衬套接触连 接部28与衬套主体27电绝缘。

衬套导体7b固定到衬套内侧29。出于这个目的，纵向沟槽30 设在衬套主体27的衬套内侧29上。沟槽30具有与沟槽15相同的 设计。而且，沟槽30与衬套11的中心轴平行伸展。图示没有显示 衬套导体7b经绝缘件铸造到沟槽30内且是通过导体绝缘件包覆的 事实。此外，电绝缘层31是气相沉积在衬套内侧29上以及在管道 内侧14上，所述电绝缘层31还覆盖衬套导体7b。

如在图6中特别所示，衬套接触连接部28设在前侧肩状物32 上。肩状物32定位在内螺纹33和衬套内侧29之间。衬套接触连接 部28是环向设计并且排列在停留在肩状物32上的绝缘环20上。绝 缘环20在类型和设计上相应于设在钻孔管道10上的绝缘环20，即， 具有出于容纳衬套接触连接部28目的的环形沟槽21，在这种情况下 环形沟槽21的深度大于衬套接触连接部28的高度。而且，衬套接 触连接部28在远离肩状物32的方向上受弹簧加载。可以关于接触 连接部13、28设计弹簧加载以便一个或多个弹簧(例如小的螺旋压 缩弹簧)作用在接触连接部的相应下侧。此外，弹性舌状物可以设 在各自的接触连接部上。原则上弹性舌状物可以向内和/或向外指向， 然后其可以用于向外指向弹性舌状物突出超过实际接触连接部并且 产生要形成的电接触。

在这种情况下，周向密封件35定位在衬套主体27的外侧前面34 上。外侧前面34定位在内螺纹33和衬套外侧36之间。

上述的钻孔管道10和衬套11协同管道导体7a和衬套导体7b导 致经钻机支柱3的两极能量和数据传送系统。在这种情况下，通过 包括钻孔管道主体12和衬套主体27的钻机支柱主体形成一个极， 而通过包括管道导体7a和衬套导体7b以及接触连接部13和28的导 体7形成另一个极。而且由于将钻孔管道10旋入衬套11提供了一 方面经接触连接部13、28以及另一方面经钻孔管道主体12和衬套 主体27的材料的电连接，根据本发明的系统具有钻机支柱3以及进 而两极可以如希望地延伸的优点。

经设在第一钻孔管道10上的滑环(slipring)采集器(未示)能量 供给到导体7且数据从导体7流出。滑环采集器连接到管道导体7a 并且与钻孔管道主体12绝缘。滑环采集器依次连接到评估装置8， 同时钻机支柱主体形成到地面的连接。

图8说明了具有管状管道导体7a的钻孔管道10的部分示意图。 管道导体7a经绝缘层37黏附结合到管道内侧14的整个表面上方。 绝缘层37可以是，例如，保证管道导体7a与钻孔管道10电绝缘的 环氧树脂，并且采用环氧树脂铸造在管道内侧14和管道导体7a之间 的间隙。此外，进一步绝缘层38设在管道导体7a的内侧外表面上且 优选涂覆具有低表面粗糙度的非导电材料。在生产操作中或在冲洗 操作中当有流体穿过钻孔管道10时，在内部的管道导体7a的低摩擦 涂覆有助于低流阻。在图8中显示的具有管状管道导体7a的钻孔管 道10的实施例可以与具有管状衬套导体7b的衬套11的设计相对应。 当管道导体7a或衬套导体7b在各情况下导向到纵向沟槽15、30时， 钻孔管道10以及衬套11的接触连接部基本与上述实施例相对应， 在这种情况下需要保证各自的接触连接部与钻孔管道10或衬套11 绝缘。在管状设计的情况下，管道导体7a和衬套导体7b可以在端部 具有套环以便以简单的方式产生线接触。