Navigieren im Bohrloch

Beim Richtungsbohren, bei dem ein Bohrloch entlang eines geplanten Pfads gesteuert wird, kommt es entscheidend auf präzise Messungen im Bohrloch an. Die genaue Kenntnis der Neigung und des Azimuts des Bohrlochs an jedem Punkt ist wichtig, um ein geologisches Ziel zu treffen, andere Bohrlöcher zu vermeiden und komplexe Bohrlochprofile wie Horizontale zu ermöglichen.

Die Bohrlochvermessung ist ein indirekter Messprozess, bei dem Sensoren zur Erkennung natürlicher Felder oder Trägheitseigenschaften eingesetzt werden. Die Messungen basieren auf drei grundlegenden Referenzen:

• Schwerefeld der Erde:Wird zum Messen der Neigung (Lochwinkel) und der Ausrichtung der hoch-seitigen Werkzeugfläche verwendet. Zu den Sensoren gehören mechanische Pendel, Schwimmerschalter und moderne SensorenBeschleunigungsmesser.
• Erdmagnetfeld:Wird zur Messung des magnetischen Azimuts (Richtung relativ zum magnetischen Norden) und der magnetischen Werkzeugfläche verwendet. Zu den Sensoren gehören Magnetkompasse undMagnetometer(Fluxgate-Magnete). Eine wichtige Voraussetzung für magnetische Untersuchungen ist die Verwendung nicht-magnetischer Bohrstangen, um die Sensoren von den magnetischen Störungen des Stahlbohrstrangs zu isolieren.
• Himmels- oder Trägheitsreferenz:Verwendet fürKreiseluntersuchungen, die unabhängig von Magnetfeldern sind. Diese Instrumente müssen an der Oberfläche auf den wahren Norden ausgerichtet sein, bevor sie in das Loch eingesetzt werden.

Vermessungsinstrumente müssen einer rauen Bohrlochumgebung standhalten, einschließlich hohem Druck (erfordert starke Druckgehäuse), erhöhten Temperaturen (Klassifizierung für Hochtemperaturbetrieb bis zu 182 Grad oder mehr) und erheblichen mechanischen Stößen und Vibrationen während Bohr- oder Auslösevorgängen.

Umfragetools werden anhand ihrer Methoden zur Datenaufzeichnung und -übertragung grob klassifiziert:

• Magnetische Single- und Multi-Shot-Kameras:Diese älteren Werkzeuge nutzten einen Kompass und ein Pendel, um zu einem voreingestellten Zeitpunkt ein Bild ihrer Ausrichtung auf Film aufzunehmen. Sie waren einfach, aber begrenzt und wurden weitgehend abgeschafft.
• Elektronische Single- und Multi-Shot-Recorder:Moderner Ersatz für Filmkameras. Sie verwenden Beschleunigungsmesser und Magnetometer, um die Ausrichtung zu messen und die Daten im internen Speicher zu speichern. Die Daten werden heruntergeladen und verarbeitet, nachdem das Werkzeug an der Oberfläche abgerufen wurde. Sie bieten eine höhere Genauigkeit und werden für geplante Umfragen eingesetzt.
• Lenkwerkzeuge (kabelgebunden):Diese Werkzeuge übertragen Echtzeitdaten über eine im Bohrgestänge verlaufende Drahtleitung (einzelnes Leiterkabel) an die Oberfläche. Sie liefern kontinuierliche Aktualisierungen von Werkzeugfläche, Neigung und Azimut, was für die Ausrichtung eines Bohrlochmotors und die Steuerung des Bohrlochs unerlässlich ist.
• Werkzeuge zur Messung während des Bohrens (MWD) (kabellos):Dies sind die fortschrittlichsten und am weitesten verbreiteten Systeme zum Richtbohren. Bohrlochsensoren übertragen Daten in Echtzeit-ohne Kabel an die Oberfläche, normalerweise mitSchlammimpulstelemetrie(positive oder negative Druckimpulse in der Bohrflüssigkeit). Dies ermöglicht die Steuerung und Vermessung ohne Unterbrechung des Bohrbetriebs.
• Gyroskopische Vermessungswerkzeuge:Diese Instrumente verwenden ein Gyroskop, um die Ausrichtung zu bestimmen, wodurch sie immun gegen magnetische Störungen sind. Sie sind unerlässlich für die Vermessung verrohrter Bohrlöcher, innerhalb von Bohrlochgruppen, wo die magnetischen Störungen durch benachbarte Verrohrungen hoch sind, oder für die Ausrichtung von Nebenleitungen bestehender Verrohrungen.

Der Artikel enthält detaillierte Aufschlüsselungen mehrerer gängiger Werkzeugtypen, die wie folgt zusammengefasst werden können.

1. Elektronische Mehrfachaufnahme (z. B. ESS - Electronic Survey System)

Das ESS ist ein hoch{0}genaues, eigenständiges-Aufzeichnungsgerät.

• Prinzip:Verwendet tri-axiale Beschleunigungsmesser und Magnetometer, um die Schwerkraft und Magnetfelder zu erfassen. Es wird mit Batterien betrieben und speichert Vermessungsdaten in seinem internen Speicher.
• Funktion:Es wird in nicht-magnetischen Bohrstangen betrieben und misst Neigung, Azimut und Werkzeugfläche in programmierten Intervallen. Nach dem Abruf werden die Daten über Oberflächencomputer heruntergeladen und verarbeitet.
• Vorteile:Hohe Genauigkeit, geeignet für kritische Untersuchungen, auch in großen -Winkeln und horizontalen Bohrlöchern. Enthält Softwarefunktionen für die Magnetfeldanalyse und Qualitätskontrolle.

2. Wireline Steering Tool (z. B. SST - Steering Survey Tool)

Das SST liefert während des Bohrens Echtzeitdaten und ermöglicht so sofortige Lenkungsentscheidungen.

• Prinzip:Verwendet Bohrlochsensoren (Beschleunigungsmesser/Magnetometer) in einem Druckzylinder. Strom und Daten werden über ein einzelnes-Leiterkabel übertragen, das innerhalb des Bohrgestänges verläuft und über ein seitliches{2}}Einspeisekabel verbunden ist.
• Funktion:Überträgt kontinuierlich Werkzeugfläche, Neigung und Azimut an die Oberfläche. Die Daten werden auf einem Oberflächencomputer und der Anzeige eines Bohrers angezeigt, sodass der Richtungsbohrer den Motor mit gebogenem Gehäuse genau ausrichten kann.
• Vorteile:Echtzeitdaten, hohe Genauigkeit und die Möglichkeit, die Bedingungen im Bohrloch sofort zu überwachen. Es war ein Arbeitstier für Richtungsbohrungen vor der weit verbreiteten Einführung von MWD.

3. Drahtloses MWD-System (z. B. DWD - Directional While Drilling)

DWD stellt den Industriestandard für modernes Richtbohren dar, insbesondere in komplexen Bohrlöchern.

Prinzip:Bohrlochsensoren (MEP-Sonde) messen die Ausrichtung. Diese Daten werden codiert und an eine Impulsgeberbaugruppe gesendet, die Druckimpulse in der im Bohrgestänge zirkulierenden Bohrflüssigkeit erzeugt.

• Übertragungsmethoden:

1. Positiver Impuls:Ein Ventil schränkt den Schlammfluss vorübergehend ein und erzeugt einen positiven Druckanstieg, der an der Oberfläche erkannt wird.
2. Negativer Impuls:Ein Ventil leitet vorübergehend eine kleine Menge Schlamm aus dem Inneren des Bohrrohrs in den Ringraum ab, wodurch ein Unterdruckabfall entsteht.
3. Kontinuierliche Welle:Ein rotierendes Ventil erzeugt eine kontinuierliche Reihe von Druckwellen; Phasenverschiebungen in der Welle repräsentieren codierte Daten.

• Systemkomponenten:

1. Im Bohrloch:MEP-Sonde (Sensoren), Impulsgeberbaugruppe, Turbinengenerator (angetrieben durch Schlammfluss) und nicht-magnetische Schwerstangen.
2. Oberfläche:Druckwandler (am Standrohr montiert), Oberflächencomputer (MPSR) zur Dekodierung und Verarbeitung von Signalen, Bohreranzeige (DDU) und Drucker.
3. Vorteile:Es ist kein Kabel erforderlich, was erhebliche Zeitersparnis bei der Montage bedeutet. Stellt Echtzeitdaten für die Geosteuerung bereit und ist bei großen -Winkeln und horizontalen Bohrlöchern äußerst zuverlässig. Die Genauigkeit ist hoch und für Neigung, Azimut und Werkzeugfläche gut-definiert.

Die Auswahl eines Richtungsvermessungsinstruments hängt von der spezifischen Anwendung, der Bohrlochumgebung und den Datenanforderungen ab.

• Fürgrundlegende Stellenbefragungen-in Einzelbrunnen ohne magnetische Interferenz,elektronische Multi-Shot-Recorderbieten eine hohe Genauigkeit zu relativ geringen Kosten.
• FürEchtzeitsteuerungbeim Bohren, insbesondere in komplexen Bohrlöchern oder von Offshore-Plattformen,MWD-Systemesind die erste Wahl, da sie Effizienz, Datendichte und Zuverlässigkeit in Einklang bringen.
• Beim Betrieb inMagnetische Umgebungen(verrohrtes Loch, enger Bohrlochabstand),Kreiselwerkzeugesind unverzichtbar, um genaue Azimutdaten zu erhalten.
• Während ältere Technologien wie Filmkameras und kabelgebundene Lenkwerkzeuge weitgehend verdrängt wurden, legten sie den Grundstein für die hochentwickelten Elektronik- und Telemetriesysteme, die modernes Präzisionsbohren ermöglichen.

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