DE1800387B2 - - Google Patents

Description

beweglich in einer äußeren Keilverzahnung eines Zwischenstücks des Bohrstrangs eingreift. Auf diese Weise lassen sich die Richtelemente schnell und präzise in bezug auf den Bohrstrang verstellen, so daß der Bohrmeißel und der untere Bohrstrangabschnitt zur Herstellung des gewünschten Bohrungsveriaufs in die erforderliche Richtung gedrückt werden.

Dabei hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, zusätzlich zu der einen hülsanförmigen Ausrichteinrichtung eine weitere hülsenförmige Ausrichteinrichtung unterhalb des Tieflochmotors anzuordnen, die ebenfalls Richtelemente aufweist, deren radiale Erstreckung größer ist als der Radius der Schneidelemente des Bohrmeißels. Die beiden Ausrichteinrichtungen können mit äußeren Rippen versehen sein, die sich in Längsrichtung des Bohrstranges erstrekken und, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens, in radial entgegengesetzten Richtungen vom Bohrstrang aus nach außen ragen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung, auf die sich die folgende Beschreibung bezieht, schematisch dargestellt. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Bohrstranges mit ausgefahrener, oberer Ausrichteinrichtung,

Fig.2 eine Ansicht ähnlich der von Fig. 1, mit eingezogener, oberer Ausrichteinrichtung,

F i g. 3 eine vergrößerte Schnittansidit längs der Linie3-3 in Fig. 1,

Fig.4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Konstruktion,

F i g. 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Konstruktion,

F i g. 6 eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 6-6 in F i g. 4,

F i g. 7 eine vergrößerte Detailschnittansicht eines Teils einer Ausrichteinrichtung mit einem hydraulisch angetriebenen, seitlich mit der Bohrlochwand in Berührung kommenden Element und

F i g. 8 tine Seitenansicht einer Ausrichteinrichtung gemäß F i g. 7.

In den F i g. 1 und 2 ist bei 8 ein Bohrstrang gezeigt. Dieser Bohrstrang besteht gewöhnlich aus Bohrrohrabschnitten und Bohrstrangflanschen, die durch Gewinde verbunden sind. Eine Hülse 16 ist Teil des Strangs und trägt mehrere Schuhe, die sich in seitlicher Richtung relativ zu der Hülse 16 so ausfahren lassen, daß sie die Wandung des Bohrlochs berühren.

Am unteren Ende der Hülse 16 ist ein Tieflochmotor 20 angeordnet, der hydraulisch, elektrisch oder auf irgendeine andere Weise angetrieben werden kann. Dieser Motor ist vorzugsweise eine hydraulisch betriebene Pumpe, die die unter Druck stehende Bohrflüssigkeit verwendet, welche in dem Bohrstrang abwärts zum Bohrmeißel gepumpt wird und die außerdem dazu benutzt wird, die Schuhe 18 seitlich aus der Hülse 16 hinauszudrücken. DiR Pumpe weist ein äußeres Gehäuse 22 auf sowie einen inneren Rotor, wobei das Gehäuse 22 in einem unteren Lagergehäuse 24 endet, das das Lager für das untere Ende des Innenrotors oder der Antriebswelle beherbergt. An dem Boden des Motorlagergehäuses 24 ist ein Tiefbohrer 26 befestigt, der einen Bohrmeißel 28 besitzt, welcher so gelagert ist, daß er sich in dem Tiefbohrer drehen kann, und der mit dem Motorrotor oder der Antriebswelle des Motors drehfest verbunden ist.

Das Lagergehäuse 24 ist an seinem oberen Teil mit Außengewinde 30 versehen, über das das obere Ende einer hülsenförmigen Ausrichteinrichtung 32 geschraubt ist, die zwei senkrechte, radial gerichtete Rippt υ 34 aufweist. Die Ausrichteinrichtung besteht aus einer Hülse 32 und Rippen 34 und läßt sich auf

ίο dem Bohrstrang mit oder chne die obere oder zusätzliche Ausrichteinrichtung 16 verwenden. Die Rippen 34 nehmen nur einen Teil des Umfanges der Hülse 32 ein und erstrecken sich über eine größere Strecke in seitlicher Richtung als der Bohrmeißel 28.

Der in F i g. 1 dargestellte Teil des Bohrstrangs ist von der Mittellage aus leicht nach links ausgebogen. Dies hat seine Ursache in dem auf dem Strangelement lastenden Stranggewicht. Wenn der untere Teil des Stranges in der gezeigten Weise nach links ausgebogen ist. ist der Bohrer bestrebt, in einer bezüglich der Zeichnung nach rechts geneigten Ebene zu arbeiten. Dies wird aber durch die Rippen 34 verhindert, die nach rechts weisen, sowie durch die oberen Schuhe 18, die seitlich nach links herausragen.

Wenn die Bohrung 36, von F ι g. 1 aus gesehen, beispielsweise nach links geneigt werden soll, wird der Bohrstrang in das Bohrloch so abgesenkt, daß die Rippen 34 nach rechts gerichtet sind. Da sich der Bohrstrang, die Hülse 32 und auch ihre Rippen 34 nicht drehen, behalten die Rippen dieselbe Stellung auf der einen Seite des Bohrloches 36 bei. Auf Grund der seitlichen Erstreckung der Rippen 34 in bezug auf den Bohrmeißel 28 wird letzterer durch die Berührung der Rippen 34 mit der Seitenwand des Bohrlochs nach links gedrückt bzw. in eine Richtung, die den vorstehenden Rippen 34 entgegengesetzt ist. Dies hat zur Folge, daß die Bohrung, von F i g. 1 aus gesehen, in den Fällen, in denen eine Schrägbohrung erwünscht ist, einen nach links gerichteten schrägen oder gekrümmten Verlauf nimmt. Wenn die Erdbodenformation, die durchbohrt wird, so beschaffen ist, daß sie dazu neigt, den Bohrmeißel aus der Senkrechten abzulenken, sowie in den Fällen, in denen eine senkrechte Bohrung erwünscht ist, läßt sich auch die aus der Hülse 32 und den Rippen 34 bestehende Ausrichteinrichtung benutzen. Wenn sich die Ausrichteinrichtung in der in Fig. 1 gezeig'cn Stellung befindet, so bedeutet dies eine Bodenbeschaffenheit, die dazu neigt, den Meißel 28 nach rechts zu schieben, da jedoch die Rippen 34 an dem rechten Wandabschnitt des Bohrlochs 36 anliegen, wird der Meißel daran gehindert, sich zu verschieben oder zu verlaufen, und die Bohrung wird in gerader Richtung niedergebracht.

Wenn die obere oder zusätzliche Ausrichteinrichtung 16 verwendet wird, wird sie vorzugsweise über dem Tieflochmotor 20 angeordnet, so daß sie durch ihn in senkrechter Richtung von der Ausrichteinrichtung, also der Hülse 32 und den Rippen 34, am unteren Ende des Motors in einer gewissen Entfernung gehalten wird. Darüber hinaus berühren die Schuhe 18, die aus der Ausrichteinrichtung 16 seitlich herausragen, denjenigen Seitenwandabschnitt des Bohrlochs 36, der dem von den Rippen 34 berührten entgegengesetzt ist. Dies führt dazu, daß die obere oder zusätzliche Ausrichteinrichtung 16 den benachbarten Teil des Bohrschaftes, von F i g. 1 aus gesehen, nach rechts drückt, während die Rinnen 34 nnlip. Hpm Rn-

den des Stranges diesen Teil des Stranges nach links drücken. Durch Verwendung zweier senkrecht mit Abstand übereinander angeordneter Atisrichleinrichtungen, die in entgegengesetzten Richtungen wirken, läßt sich der Neigungswinkel über eine gegebene Bohrungslänge vergrößern.

In Fi g. 2 sind die oberen Ausrichtschuhe 18 in die hülsenförmige Ausrichteinrichtung eingezogen. Ob das Gewicht des Stranges ausreicht oder nicht ausreicht, um den Strang auszubiegen, ist bei der Darstellung in F i g. 2 unerheblich. Weil bei der in F i g. 2 gezeigten Anordnung der Meißel 28 zentriert ist und die unteren Rippen 34 rechts angeordnet sind, neigt der Strang über der unteren hülsenförmigen Ausrichteinrichtung 32 dazu, nach links zu kippen, wobei die obere Ausrichieinrichtung 16 exzentrisch zu der senkrechten Achse des Bohrlochs liegt. Die Bauweise des Bohrstrangs und Art des Materials, aus dem er angefertigt ist, sind jedoch so, daß der Bohrstrang bestrebt ist, sich geradezurichten und sich in einem senkrechten Bohrloch selbst zu zentrieren. Diese Eigenschaften und die Lage der Rippen 34 auf der rechen Seite der Bohrloch·.-,and erzeugen eine umgekehrte Neigungswirkung, die zur Folge hat, daß sich der Bohrmeißel 28, vo" Fig. 2 au« gesehen, leicht nach links neigt.

In F i g. 4 ist eine andere Ausführungsform dargestellt, bei der die untere hülsenförmige Ausrichteinrichtung 32 und die Rippen 34 wie in den F i g. 1 und 3 verwendet werden. Außerdem ist eine obere hülsenförmige Ausrichteinrichtung 42 mit Rippen 44 eingebaut, die ihrer Konstruktion nach der Hülse 32 bzw. den Rippen 34 mit ein<"" einzigen Ausnahme entsprechen. Γ*:ο oocre Ausrichteinrichtung 42 ist Π:-' i....eren Keilnuten 46 versehen, die e.\i einer äußeren senkrechten Keilverzahnung 48 auf einem Zwischenstück 50 passen, da."- einen Bohrschaftabschnitt 52 mit dem oberen Ende des Tieflochmotorgehäsues 54 verbindet. Dadurch kann die obere hülsenförmige Ausrichteinrichtung 42 durch Drehen des Bohrstrangs relativ zu der unteren Ausrichteinrichtung 32 mit ihren Rippen 34 einstellt werden. Wie aus F i g. 4 ersichtlich ist. sind die Rippen der unteren Ausrichteini ichtui'i» >n seitlicher Richtung entgegengesetzt zu den Rippen 44 der oberen Ausrichteinrichtung angeordnet, so daß, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, der untere Teil des Bohrschaftes und der Bohrmeißel nach links gedrückt werden, um dadurch ein schräges Bohren zu ermöglichen oder einem schrägen Verlauf der Bohrung in gewissen Erdschichten <n Fällen, wo eine genau senkrechte Bohrung erwünscht ist, entgegenzuwirken.

In Fig.4 ist der zwischen der unteren Ausiichteinrichtung 32 und der oberen Ausrichteinrichtung 42 vorhandene Bohrstrang nach links in der gleichen Weise ausgebogen wie der in Fig. 1 gezeigte, und zwar aus den gleichen Gründen, wie sie im Zusammenhang mit F i g. 1 erläutert wurden.

Wie aus Fig.6 ersichtlich, können die äußeren senkrechten Kanten der Rippen mit Hartmetall 57 versehen werden, um dadurch den Verschleiß der Rippen ~u vermindern, der eintritt, wenn der Strang in das Bohrloch abgesenkt oder aus dem Bohrloch gehoben wird. Außerdem wird darauf hingewiesen, daß die in Fig.6 gezeigte Keilverzahnungsanordnung, falls dies gewünscht wird, auch an der unteren Ausrichteinrichtung verwendet werden kann.

In Fig.5 ist eine weitere Ausführungsform beschrieben, die eine obere Ausrichteinrichtung 56 aufweist, welche der Ausrichteinrichtung,16 der Fig. 1 und 2 entsprechen kann. Diese Auslichteinrichtung ist vorzugsweise am oberen Ende eines Tieflochmotors 58 angeordnet. Am unteren Ende des Motors 58 ist beispielsweise durch ein Gewinde 60 eine Hülse 62 angebracht, die schraubenförmig gewundene Rippen 64 aufweist, welche sich in gleichmäßigem. Abstand um die senkrechte Achse des Bohrstrangs in

ίο. seitliche Richtupg von der Hülse 62 weg erstrecken. Die Hülse 62 mit ihren Rippen 64 bildet einen Bohrstrangstabilisator, der bestrebt ist, den Meißel 28 in der Mitte des Bohrlochs 68 zu halten. Der Stabilisator 62, 64 kann einer bekannten Ausführungsform entsprechen. Bei der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsform wird der Stabilisator jedoch in Verbindung mit der Ausrichteinrichtung, beispielsweise der Einrichtui\2 56 eingesetzt. Bei dieser Kombination besteht die Möglichkeit, auf einer schiefen Ebene zu bohren, weil die Ausrichteinrichtung 56, wie aus F i g. 5 ersichtlich ist, den Bohrstrang nach rechts drückt und, da der Stabilisator 62, 64 symmetrisch aufgebaut ist, das untere Ende des Bohrstranges leicht nach links neigt, und zwar um den Stabilisator 62, 64 als Drehpunkt. Da der Stabilisator 62, 64 sehr viel näher an dem Meißel 28 angeordnet ist als die Ausrichteinrichtung 56, wirkt letzten, dahingehend, daß sie einen nur minimalen Neigungswinkel der Bohrung zuläßt.

Da sich der Stabilisator 62, 64 in F i g. 5 von der Achse des Bohrstrangs nach allen Richtungen gleichmäßig nach außen erstreckt, wird dieser Teil des Bohrstrangs konzentrisch zu der senkrechten Achso des Bohrloches gehalten. Wiederum wird, unabhängig von irgendeiner möglichen Ausbiegung auf Grund des Stranggewichtes, sich das untere Ende des Stranges, wenn sich der obere Stabilisator 56 in der gezeigten Stellung befindet, in der seine Schuhe 59 nach links herausragen, um den unteren Stabilisator 62, 64 als Drehpunkt neigen und dadurch bewirken, daß sich der Meißel 28 leicht nach rechts neigt.

In den F1 g. 7 and 8 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der bewegliche Rippen 66 in der hülsenförmigen Ausrichteinrichtung an Stelle der festliegenden Rippen 34 der Fig. 1. 2 und 4 verwendet werden. Die Rippen sind in sich in Längsrichtung erstreckende, kolben ähnliche Elemente 68 eingesetzt, die mit geeigneten Packungen 70 versehen sind, welche in einen in der Wandung der Ausrichteinric'irung 32 vorhandenen, senkrechten Schlitz 72 passen, um dadurch zwischen dem Kolben und der Ausrichteinrichtung 32 eine Gleitdichtung zu bilden. Einzelheiten der Vorrichtung zur Absperrung des die Innenseite der Ausrichteinrichtung 32 beaufschlagen-

den Hydraulikdruckes und der Arbeitsflächen der Kolben 68 sind nicht dargestell, weil sie an sich bekannt sind. Die Konstruktion gleicht etwa derjenigen, die in der USA.-Patentschrift 3 298 449 beschrieben ist.

Bei den obigen Ausfuhrungsformen kann die untere Ausrichteinrichtung entweder allein oder in Verbindung mit der oberen oder zusätzlichen Ausrichteinrichtung verwendet werden, um dadurch eine noch bessere Steuerung zu erreichen sowie die Größe der Neigung in einer bestimmten Tiefe des herzustellenden Bohrloches zu erhöhen. Ferner läßt sich erkennen, daß in den Fällen, in denen ein präzis gesteuerter, minimalter Neigungswinkel gewünscht

wird, eine Anordming der in Fig.5 gezeigten Art verwendet werden kann.

Die untere Ausrichteinrichtung, wie sie in Fig. I₅ 2 und 4 gezeigt ist, läßt sich einfach und wirtschaftlich aus einer Hülse und zwei an dieser-angeschweißten Rippen herstellen. Das Lagergehäuse eines Tieflochmotors kann mit Außengewinde versehen werden, um in bequemer Weise eine Ausrichthülse aufzunehmen und zu haltern. Es hat sich herausgestellt, daß die Gewindeverbindung wischen der Hülse und dem unteren Lagergehäuse des Tieflochmotors die Hülse auf dem Lagergehäuse festhält und gegen Die- \ hung sichert. Falls jedoch die Hülse aus 'irgendeinem Grunde gelöst und von dem Gewinde des Motorlagergehauses entfernt werden soll, dann kann sie in dem Böhiloch nicht verlorengehen, weil ihr Innendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser' des Bohrmeißels.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

I Längsachse angeordnet ist, wobei die andere

Patentanspräiche· Ausrichteinrichtung mit Abstand oberhalb des

Stabilisators angeordnet ist.

I 1. Vorrichtung zum Ausrichten eines nichtro- 5

X tierenden Bohrstranges, mit welchem ein Tief-

r- lochmotor, ein Bohrmeißel und ein zwischen

Motor und Meißel angeordnetes, rotierendes Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aus-

i Meißelzwischenstück verbunden sind, die eine richten eines nichtrotierenden Bohrstranges, mit wel-

I oberhalb des Motors drehfest .angebrachte, Mil- ίο chem ein Tieflochmotor, ein Bohrmeißel und ein

i senförmige Ausrichteinriditung mit Richtelemen- zwischen Motor und Meißel angeordnetes, rotieren-

ΐ ten aufweist, deren radiale Erstreckung größer ist des Meißelzwischenstück verbunden sind, die eine

C als der Radius der Schneidelemente des Bohrmei- oberhalb des Motors drehfest angebrachte, hülsen-

i- ßels, dadurch gekennzeichnet, daß die förmige Ausrichteinrichtung mit Richtelementen auf-

f hülsenförmige Ausrichteinrichtung (42, 56) für 15 weist, deren radiale Erstreckung größer ist als der

eine Verdrehung gegenüber dem Bohrstrang (52) Radius der Schneidelemente des Bohrmeißels.
I eine längsverlaufende, innere Keilverzahnung Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art sind ; (46) aufweist, welche längsbeweglich in eine au- die hülsenförmigen Ausrichteinrichtungen und ihre 1 ßere Keilverzahnung (48) eines Zwischenstückes Richtelemente auf dem Bohrstrang fest angebracht ¹ (50) des Bohrstranges (52) eingreift. 20 (»The Oil and Gas Journal«, 19. November 3 962, 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- S. 185 bis 195). Dadurch ist eine Verstellung der _{ kennzeichnet, daß zusätzlich zu der einen hülsen- Richtelemente bei sich ändernden Bohrbedingungen I förmigen Ausrichteinrichtung (42, 56) eine wei- und insbesondere bei sich ändernder Ausrichtung des I tere hülsenförmige Ausrichteinirichtung (32, 62) Bohrstranges nur mit einem relativ hohen Montagej unterhalb des Tieflochmotors (20, 54, 58) an- 25 aufwand und auch Aufwand an Rüstzeit möglich, I geordnet ist, die Richtelemente aufweist, deren wodurch sich unter Umständen relativ lange Still-I radiale Erstreckung größer ist als der Radius der Standzeiten der Bohrvorrichtung ergeben, die uner-I Schneidelemente des Bohrmeißels (28). wünscht sind. Des weiteren sind die Richtelemente I 3. Vorrichtung nach Ansprach 1 oder 2, da- bei der bekannten Vorrichtung verhältnismäßig weit f durch gekennzeichnet, daß die Ausrichteinrich- 30 von dem Bohrmeißel entfernt angeordnet, wodurch * tungen (32, 62; 42, 56) äußere Rippen (34. 44; sie in einer entsprechend großen Entfernung von ; 59, 64) als Richtelemente aufweist, die sich in dem Meißel mit der Bohrlochwand in Berührung tre-Längsrichtung der Einrichtungen erstrecken. ten, so daß nicht nur eine gewünschte Änderung der 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- Bohrrichtung in Abweichung von der Senkrechten I kennzeichnet, daß die Rippen (34) der einen 35 nur allmählich erfolgen kann, sondern auch die Bei- I Ausrichteinrichtung (32) in eine radiale Richtung behaltung des gewünschten Bohrrichtungswinkels ί ausrichtbar sind, die derjenigen der Rippen (44) von Meißel und unterem Bohrstrangabschnitt gegender anderen Abrichteinrichtung (42) entgegenge- über de^r Senkrechten nur schwer steuerbar ist.
I setzt ist. Ferner ist eine längsbeweglich angeordnete Aus-I 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, da- 4° richteinrichtung für Tiefbohrmwijiel bekannt, bei der 1 durch gekennzeichnet, daß die Rippen der einen die Richtelemen te auf einer Hülse festklemmbar sind I Ausrichteinrichtung (42) in bezug auf den Bohr- und mit Hilft einer Nut- und Federverbindung auf 1 strang C«· 52) radial beweglich sind. '.er Hülse vertikal verschoben werden können, wobei S 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- aber die Hülse auf dem Bohrstrang frei drehbar gela- > kennzeichnet, daß die Rippen in bezug auf den 45 gert ist, so daß sie sich während des Bohrens entsprei Bohrstrang (8, 52) in Längsrichtung beweglich chend dem Bohrungsverlauf um die Strangachse drej sind. hen kann. Diese Ausrichteinrichtung ermöglicht da-I 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 her keine zwangläufige Ausrichtung und Festlegung ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen der Bohrrichtung, sondern dient im wesentlichen nur j¹ (44, 59) der einen Ausrichteinrichtung (42, 56) in 50 als Abstandshalter zwischen der Bohrungswand und bezug auf die Rippen (34, 64) der anderen Aus- dem Bohrstrang, dessen Winkellage nicht festgesetzt l richteinrichtung (32, 62) drehbar sind, und daß werden kann, sondern sich in Abhängigkeit von der die Ausrichteinrichtungen mit einer Vorrichtung Bohrstranglage innerhalb des Bohrlochs frei einstellt, zum Verdrehen der Rippen der einen Einrichtung um den Strang in einer bestimmten Höhe an der I in bezug auf die Rippen der anderen Einrichtung 55 Bohrlochwand abzustützen (USA.-Patentschrift P versehen sind. 2 734 721).

ι·· 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin,

kennzeichnet, daß die unterhalb des Tieflochmo- die Ausrichteinrichtung gegenüber dem Bohrstrang

tors (54; 58) befindliche Ausrichteinrichtung (32, mit verhältnismäßig einfachen Mitteln längsbeweg-

62) ein oberes Innengewinde (30, 60) hat, mit 60 lieh und horizontal verdrehbar zu machen und mög-

dem sie auf ein entsprechendes Gewinde am liehst nähe am Bohrmeißel anzuordnen, so daß sich

* Bohrstrang; (8,52) aufschraübbagist. Winkelabweichungen von der Senkrechten schneller

9. Vorrichtung nach eitlem der Ansprüche 2 erreichen lassen und die Bewegungsrichtung des

\ bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Bohrmeißels besser steuerbar ist.

V beiden Ausrichteinrichtungen als Bohrstrangsta- 65 Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß

bilisator (62, 64) ausgebildet ist, der am unteren die hülsenförmige Ausrichteinrichtung für eine Ver-

t Ende des Bohrstranges und in radialer Richtung drehung gegenüber dem Bohrstrang eine längsverlau-

H nach außen ragenu syrir^nsch zu dessen fende innere Keilverzahnung aufweist, welche längs^