Bei der hydraulischen Datenübertragung braucht es empfindliche Drucksensoren, die gleichzeitig sehr hohen Drücken standhalten. Dies trifft besonders auf den Einsatz in Measurement While Drilling (MWD)-Anwendungen zu.

Im Rahmen von Measurement While Drilling (MWD)-Anwendungen werden Daten während Bohrungen erhoben. Besonders bei Offshore-Richtbohrungen ist MWD eine Standard-Anwendung geworden. Die Echtzeit-Datenerhebung ist essenziell, damit der Bediener des Bohrers diesen in die anvisierte Zone steuern kann. Zu diesem Zweck werden verschiedene Sensoren am Bohrkopf montiert, die Aufschluss über die Bohrumgebung in Echtzeit geben sollen. Dabei kommen Neigungs-, Temperatur-, Ultraschall- und auch Strahlungssensoren zum Einsatz. Diese verschiedenen Sensoren sind physisch oder digital miteinander verbunden und an einer Logikeinheit angeschlossen, die die Informationen in binäre Ziffern umwandelt. Diese Daten aus dem Bohrloch werden über Mud Pulse Telemetry („Schlammimpulstelemetrie“) an die Oberfläche übermittelt. Abgesehen von der Überwachung und Steuerung des Bohrvorgangs werden sie für weitere Aspekte genutzt, darunter:

• Informationen zum Zustand der Bohrkrone
• Protokollierung der geologischen Beschaffenheit der penetrierten Erdschichten
• Erstellung von Leistungsstatistiken zur Identifizierung möglicher Verbesserungen
• Risikoanalyse für zukünftige Bohrungen

Bei Mud Pulse Telemetry handelt es sich um ein binäres Kodierungsübertragungssystem, das mit Flüssigkeiten verwendet wird. Dies wird durch ein Ventil erreicht, dass den Druck des Bohrschlamms innerhalb des Bohrstrangs variiert und somit die Aufzeichnungen der am Bohrkopf montierten Sensorik in Druckimpulse umwandelt. Über den Bohrschlamm gelangen diese Pulsationen an die Oberfläche. Die Druckimpulse werden an der Oberfläche von einem Drucktransmitter gemessen und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses Signal wird an ein Lesegerät übermittelt und digitalisiert. Mittels Computern können die übermittelten Informationen rekonstruiert werden.

STS stellt Anwendern in der Offshore-Richtbohrung analoge Drucktransmitter zur Verfügung, die bei der Mud Pulse Telemetry eingesetzt werden. Die Anforderungen an die eingesetzte Sensorik sind hoch: Sie müssen extrem empfindlich sein, um bereits kleinste Druckunterschiede sicher zu registrieren. Zur gleichen Zeit müssen die Sensoren Drücken von bis zu 1.000 bar standhalten. Denn es sind bei sehr tiefen Bohrungen sehr hohe Drücke nötig, um den Bohrkopf anzutreiben. Auch die zur Mud Pulse Telemetry an der Oberfläche verwendeten Drucktransmitter sind diesen Kräften ausgesetzt.

Abbildung 1: Analoger Drucktransmitter für den Mud Pulse Telemetry Einsatz

Abgesehen von der hohen Empfindlichkeit sind auch sehr schnelle Reaktionszeiten gefragt, um eine gute Datenkommunikation in Echtzeit zu gewährleisten. Darüber hinaus sollte das Messinstrument möglichst rauscharm sein, um verfälschte Messergebnisse weitestgehend auszuschliessen. Besonders die Schlammpumpen verursachen in Bohranwendungen das meiste Signalrauschen. Auch der Antrieb des Bohrers ist eine Störquelle. Aus diesem Grund sind analoge Sensoren mit einem 4 mA … 20 mA Ausgangssignal die beste Lösung für die Mud Pulse Telemetry.