NO301900B1 - Drilling tools for drilling in underground rock formations - Google Patents
Drilling tools for drilling in underground rock formations Download PDFInfo
- Publication number
- NO301900B1 NO301900B1 NO912127A NO912127A NO301900B1 NO 301900 B1 NO301900 B1 NO 301900B1 NO 912127 A NO912127 A NO 912127A NO 912127 A NO912127 A NO 912127A NO 301900 B1 NO301900 B1 NO 301900B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- drilling tool
- pressure
- tool according
- outer housing
- drilling
- Prior art date
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims description 125
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims description 6
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 title claims description 6
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 54
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 18
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 7
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000009347 mechanical transmission Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Description
Oppfinnelsen angår et boreverktøy til forhåndsvalgt retningsboring i underjordiske bergformasjoner, omfattende et rørformet ytterhus som kan forbindes med en borerørstreng via øvre forbindelsesinnretninger, og en borkronedrivaksel som roterer i ytterhuset og bærer en borkrone på sin ut av ytterhuset ragende ende, med en rekke kraftutøvende innretninger, heretter kalt kraftgivere som er fordelt over omkretsen og anordnet i ytterhuset, og som har respektive, hydraulisk aktiverbare trykkrom, til frembringelse av retningsinnstillingskrefter med radialt rettede kraftkomponenter til retningsinnstilling av boreverktøyet, og med en styreinnretning for kraftgiverne, som for hver kraftgiver omfatter en elektrisk betjenbar styreventil for hydraulisk aktivering av kraftgiveren, måleverdiopptagere for posisjonsdata for boreverktøyet og en signalgiver som frembringer elektriske styresignaler for styreventildrivinnretninger. The invention relates to a drilling tool for preselected directional drilling in underground rock formations, comprising a tubular outer housing that can be connected to a drill pipe string via upper connection devices, and a drill bit drive shaft that rotates in the outer housing and carries a drill bit on its end projecting out of the outer housing, with a number of power-exerting devices, hereinafter called power transmitters which are distributed over the circumference and arranged in the outer housing, and which have respective, hydraulically actuated pressure chambers, for generating direction setting forces with radially directed force components for direction setting of the drilling tool, and with a control device for the power transmitters, which for each power transmitter includes an electrically operable control valve for hydraulic activation of the power transmitter, measurement value recorders for position data for the drilling tool and a signal transmitter that generates electrical control signals for control valve drive devices.
Fra WO-A-8905391 er det kjent et boreverktøy av den anvendte type. Til aktivering av kraftgiverne, dvs. de kraftutøvende innretninger, er det ved dette borevektøy anordnet et lukket hydraulikksystem som er anbrakt i verktøyet, og som har en hydraulikkakkumulator og en hydraulikkpumpe. Kraftgiverne påvirker herunder styremeier som blir presset mot borehullvegggen. A drilling tool of the type used is known from WO-A-8905391. In order to activate the power generators, i.e. the force-exerting devices, this drilling tool has a closed hydraulic system which is placed in the tool, and which has a hydraulic accumulator and a hydraulic pump. The power generators also affect the guide bit which is pressed against the borehole wall.
Lukkede, innvendige hydraulikksystemer er velkjent for utførelse av andre funksjoner enn retningsgivning for boreverktøyer (US-A-5 000 272, US-A-4 635 736 og US-A-4 394 881). For aktivering av sylindre er det også kjent å benytte borefluid (US-A-4 241 796), men stemplene av de sylindre som blir aktivert av borefluid, påvirker mekaniske overføringsmidler, hvorigjennom mekaniske kraftgivere blir aktivert til frembringelse av retningskrefter. Closed internal hydraulic systems are well known for performing functions other than directing drilling tools (US-A-5,000,272, US-A-4,635,736 and US-A-4,394,881). For the activation of cylinders, it is also known to use drilling fluid (US-A-4 241 796), but the pistons of the cylinders that are activated by drilling fluid affect mechanical transmission means, through which mechanical power transmitters are activated to produce directional forces.
Hensikten med oppfinnelsen er å skaffe et boreverktøy av den innledningsvis nevnte type med et vesentlig forenklet hydraulikksystem til styring av kraftgiverne, og denne hensikt oppnås ifølge oppfinnelsen med et boreverktøy med de karakteristiske trekk som er angitt i krav 1. Med hensyn til ytterligere utførelsesformer skal det henvises til underkravene. The purpose of the invention is to provide a drilling tool of the type mentioned at the outset with a substantially simplified hydraulic system for controlling the power generators, and this purpose is achieved according to the invention with a drilling tool with the characteristic features stated in claim 1. With regard to further embodiments, it shall refer to the sub-requirements.
For tilveiebringelse av de nødvendige, retningsgivende krefter, blir det som hydraulikkmedium ved verktøyet ifølge oppfinnelsen benyttet det borefluid som i ethvert tilfelle er for hånden, slik det er kjent for utkjøring av kontaktelementer for inngrep med en borehullvegg (US-A-3788136) til økning av rotasjonsmotstanden for et boreverktøy for måleformål, slik at den konstruksjonsmessige utformning av verktøyet blir vesentlig forenklet. Bortsett fra eventuelle tidsbegrensede avbrudd blir de hydrauliske trykkrom av kraftgiverne herved stadig gjennomstrømmet, slik at sedimentdannelser blir motvirket effektivt. In order to provide the necessary directional forces, the hydraulic medium used in the tool according to the invention is the drilling fluid that is at hand in any case, as is known for the deployment of contact elements for engagement with a borehole wall (US-A-3788136) to increase of the rotational resistance of a drilling tool for measuring purposes, so that the constructional design of the tool is significantly simplified. Apart from possible time-limited interruptions, the hydraulic pressure chambers of the power generators are thereby constantly flowed through, so that sediment formation is effectively counteracted.
Kraftgiverne kan bevirke en forskyvning av opplageringen eller understøttelsen av boreverktøyets ytterhus sammen med borkronedrivakselen. Imidlertid kan borkronedrivakselen istedet være avstøttet begrenset radialt forskyvelig i ytterhuset og ved hjelp av en flerhet av kraftgivere som er anordnet fordelt langs omkretsen, være forskyvelig fra en stilling i ytterhuset til en annen stilling for innrettings formål. Ved en slik utformning blir de forskyvninger av bestanddelsopplagringene som er nødvendige ved retningsendringer, flyttet til det indre av boreverktøyet, slik at utformningen av ytterhuset blir forenklet. The power generators can cause a displacement of the storage or support of the drilling tool's outer housing together with the drill bit drive shaft. However, the drill bit drive shaft can instead be supported and limited radially displaceable in the outer housing and, with the help of a plurality of power transmitters which are arranged distributed along the circumference, be displaceable from one position in the outer housing to another position for alignment purposes. With such a design, the displacements of the component storage which are necessary for direction changes are moved to the interior of the drilling tool, so that the design of the outer housing is simplified.
Mange ytterligere detaljer og fordeler fremgår av den følgende beskrivelse og tegningen, som skjematisk nærmere viser flere utførelseseksempler på gjenstanden ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 viser et skjematisk lengdesnitt gjennom et avskåret, første utførelseseksempel på ett boreverktøy ifølge oppfinnelsen, med kraftgivere som påvirker trykkelementer som kan legges an mot borehullveggen. Fig. 2 viser et snitt i likhet med fig. 1, gjennom et annet utførelseseksempel på et boreverktøy med en borkronedrivaksel avstøttet i ytterhuset, idet opplagringen er begrenset radialt forskyvbar, og kraftgivere som påvirker borkronedrivakselen. Many further details and advantages can be seen from the following description and the drawing, which schematically shows more detailed examples of the object according to the invention. Fig. 1 shows a schematic longitudinal section through a cut-off, first embodiment example of a drilling tool according to the invention, with power transmitters that influence pressure elements that can be placed against the borehole wall. Fig. 2 shows a section similar to fig. 1, through another embodiment of a drilling tool with a drill bit drive shaft supported in the outer housing, the storage being limited radially displaceable, and power transmitters that affect the drill bit drive shaft.
Fig. 3 viser et snitt etter linjen III - III på fig. 1 Fig. 3 shows a section along the line III - III in fig. 1
Fig. 4 viser et snitt etter IV - IV på fig. 2. Fig. 4 shows a section after IV - IV in fig. 2.
Fig. 5 viser et snitt i likhet med fig. 4, gjennom et tredje modifisert utførelseseksempel. Fig. 6a viser et hydraulisk koblingsskjema for et boreverktøy ifølge fig. 2, hvor skjemaets høyre og venstre halvdel er forskjellige. Fig. 6b viser et modifisert hydraulisk koblingsskjema for et boreverktøy ifølge fig. 2. Fig. 7 - 9 er riss som skjematisk viser forskjellige anordninger av kraftgivere i boreverktøyet. Fig. 1 viser et boreverktøy til boring i underjordiske bergformasjoner, som omfatter et ytterhus 1 med en stabilisator 100 og en borkronedrivaksel 3 som roterer i ytterhuset 1 og som på sin utragende ende bærer en rotasjonsborkrone 2. Via øvre tilkoblingsinnretninger som er vist ved boreverktøyet ifølge fig. 2, spesielt en øvre tilkoblingsskruegjenge 4, kan ytterhuset forbindes med en borerørstreng slik det skjematisk er antydet på fig. 1 og 2, hvorigjennom boreverktøyet blir tilført borefluid. Borkronedrivakselen 3 blir drevet av en hydraulisk (ikke vist) drivmotor, f.eks. en Moineau-motor eller en turbin som er anbrakt i det øvre området av boreverktøyet og i ytterhuset. Fig. 5 shows a section similar to fig. 4, through a third modified embodiment. Fig. 6a shows a hydraulic connection diagram for a drilling tool according to fig. 2, where the form's right and left halves are different. Fig. 6b shows a modified hydraulic connection diagram for a drilling tool according to fig. 2. Fig. 7 - 9 are drawings which schematically show different arrangements of power transmitters in the drilling tool. Fig. 1 shows a drilling tool for drilling in underground rock formations, which comprises an outer housing 1 with a stabilizer 100 and a drill bit drive shaft 3 which rotates in the outer housing 1 and which on its protruding end carries a rotary drill bit 2. Via upper connection devices which are shown at the drilling tool according to fig. 2, in particular an upper connection screw thread 4, the outer housing can be connected with a drill pipe string as schematically indicated in fig. 1 and 2, through which the drilling tool is supplied with drilling fluid. The drill bit drive shaft 3 is driven by a hydraulic (not shown) drive motor, e.g. a Moineau engine or a turbine located in the upper area of the drilling tool and in the outer housing.
Ytterhuset 1 er forsynt med fire hydraulisk manøvrerbare kraftgivere 6, 7, 8, 9 som er anordnet fordelt langs omkretsen i et felles plan og danner en gruppe. Fortrinnsvis har hvert boreverktøy flere grupper av kraftgivere 6-9 som er anordnet i avstand over hverandre, hvor hensiktsmessig de kraftgivere som i vertikalretningen ligger fluktende over hverandre og har samme funksjon, dvs. er liktvirkende, blir styrt hydraulisk innbyrdes for felles manøvrering. The outer housing 1 is provided with four hydraulically maneuverable power transmitters 6, 7, 8, 9 which are arranged distributed along the circumference in a common plane and form a group. Preferably, each drilling tool has several groups of power transmitters 6-9 which are arranged at a distance above each other, where appropriate the power transmitters which in the vertical direction are flush with one another and have the same function, i.e. are equally effective, are controlled hydraulically among themselves for joint maneuvering.
For den hydrauliske aktivering av kraftgiverne 6, 7, 8, 9 er det anordnet en styreinnretning som for hver kraftgiver ved tilstedeværelse av flere over hverandre anordnede grupper, har en elektrisk manøvrerbar styreventil for hver gruppe av liktvirkende kraftgivere. På fig. 1 er bare styreventilene 10 og 12 til aktivering av kraftgiverne 6 og 8 resp. de liktvirkende kraftgivere som er tilordnet disse, vist. Det vil imidlertid forstås at det også finnes tilsvarende ventiler for kraftgiverne 7 og 9. Elektromagnetene 14, 16 av styreventilene 10, 12 er koblet til en signal- eller impulsgiver som det for det på fig. 2 viste boreverktøy skjematisk er antydet ved hjelp av henvisningstallet 18. Disse signalgivere 18 er sammen med en ytterligere signalgiver 19, som kan være anordnet for forskjellige styringsoppgaver og skjematisk vist på fig. 2, og med en måleverdiopptaker 20 for posisjonsdata for boreverktøyet likeledes en bestanddel av styreinnretningen for kraftgiverne. På fig. 2 er det skjematisk vist en måleverdiopptaker 20, og i tillegg til denne kan det være anordnet ytterligere måleverdiopptagere 21, 22 for posisjonsdata, som vist på fig. 2. Den elektriske forsyning kan sikres ved hjelp av batterier 23 som i likhet med de øvrige elektriske og sensoriske bestanddeler av styreinnretningen kan være anbrakt i et ringformet rom, heretter kalt ringrom 24 av ytterhuset 1.1 stedet for en energikilde som utgjøres av batterier 23, kan det være anordnet en energiforsyning ved hjelp av en elektrisk generator som er drevet av en turbin. Turbinen kan være drevet av borefluid. For the hydraulic activation of the power transmitters 6, 7, 8, 9, a control device is arranged which, for each power transmitter in the presence of several groups arranged one above the other, has an electrically maneuverable control valve for each group of identically acting power transmitters. In fig. 1 are only the control valves 10 and 12 for activation of the power transmitters 6 and 8 resp. the equivalent power generators assigned to these, shown. It will be understood, however, that there are also corresponding valves for the power transmitters 7 and 9. The electromagnets 14, 16 of the control valves 10, 12 are connected to a signal or impulse transmitter as for the one in fig. 2 schematically shown drilling tool is indicated by reference number 18. These signal transmitters 18 are together with a further signal transmitter 19, which can be arranged for different control tasks and shown schematically in fig. 2, and with a measurement value recorder 20 for position data for the drilling tool as well as a component of the control device for the power transmitters. In fig. 2, a measurement value recorder 20 is schematically shown, and in addition to this, further measurement value recorders 21, 22 for position data can be arranged, as shown in fig. 2. The electrical supply can be secured by means of batteries 23 which, like the other electrical and sensory components of the control device, can be placed in an annular space, hereinafter called annular space 24 of the outer housing 1.1 instead of an energy source which is made up of batteries 23, can there must be an energy supply by means of an electric generator which is driven by a turbine. The turbine can be driven by drilling fluid.
Kraftgiverne 6, 7, 8, 9 resp. i forhold til disse liktvirkende, parallellkoblede kraftgivere, påvirker trykkelementer 26, 27, 28, 29 som kan forskyves innad og utad idet de er avstøttet i eller på ytterhuset 1, og i likhet med de fire kraftgivere 6, 7, 8, 9 kan legges an mot borehullveggen 30 under 90 graders sentrumsvinkel. Power generators 6, 7, 8, 9 resp. in relation to these equally acting, parallel-connected power transmitters, influence pressure elements 26, 27, 28, 29 which can be displaced inwards and outwards as they are supported in or on the outer housing 1, and like the four power transmitters 6, 7, 8, 9 can be placed towards the borehole wall 30 under a 90 degree central angle.
Hvert hydrauliske trykkrom 32, 33, 34, 35 av en kraftgiver 6, 7, 8, 9 er via en forbindelsesskanal 36, 37, 38, 39 og den til denne tilordnede styreventil (10, 12 for forbindelseskanalene 36, 38) etter ønske aktiverbart med borefluid med større trykk eller borefluid med mindre trykk. For dette formål er det over gruppen av kraftgiverne 6, 7, 8, 9 for hver forbindelseskanal 36, 37, 38, 39 anordnet en tilførselsledning, hvorav det på fig. 1 bare er vist tilførsels-ledningene 40, 42 for forbindelseskanalene 36, 38. Disse tilførselsledninger blir styrt av den respektive, tilhørende styreventil (i likhet med styreventilene 10, 12) og munner ut fra en ringformet spalte 43 som via en grenledning 44 som fører til ringrommet 45 i borkronedrivakselen 3, er tilsluttet borefluid med større trykk. Each hydraulic pressure chamber 32, 33, 34, 35 of a power source 6, 7, 8, 9 can be activated as desired via a connection channel 36, 37, 38, 39 and the associated control valve (10, 12 for the connection channels 36, 38) with drilling fluid with higher pressure or drilling fluid with lower pressure. For this purpose, a supply line is arranged above the group of power generators 6, 7, 8, 9 for each connection channel 36, 37, 38, 39, of which in fig. 1 only shows the supply lines 40, 42 for the connection channels 36, 38. These supply lines are controlled by the respective, associated control valve (similar to the control valves 10, 12) and open from an annular gap 43 which via a branch line 44 which leads to the annulus 45 in the drill bit drive shaft 3, drilling fluid with greater pressure is connected.
Hver av forbindelseskanalene 36, 37, 38, 39 munner via et strupested ut i ringrommet og dermed i et område med borefluid med mindre trykk, slik det på fig. 1 er vist ved henvisningstallene 46 og 48 for forbindelseskanalene 36 og 38. Each of the connection channels 36, 37, 38, 39 opens via a throat point into the annulus and thus into an area of drilling fluid with less pressure, as shown in fig. 1 is shown by the reference numerals 46 and 48 for the connection channels 36 and 38.
Når styreventilen er åpen, danner det seg ved den på fig. 1 viste utførelse i forbindelseskanalene 36, 37, 38, 39 og i de trykkrom 32, 33, 34, 35 som er tilsluttet disse, et trykk som er større enn det trykk som oppnås når styreventilene er lukket, fordi det i dette tilfelle i forbindelseskanalene 36, 37, 38, 39 og over disses tilkobling til ringrommet 50 dannes et trykk som tilsvarer trykket i borefluidet i ringrommet og som er mindre enn borefluidtrykket i boreverktøyet. When the control valve is open, it forms at the one in fig. 1 showed an embodiment in the connecting channels 36, 37, 38, 39 and in the pressure chambers 32, 33, 34, 35 which are connected to these, a pressure that is greater than the pressure that is achieved when the control valves are closed, because in this case in the connecting channels 36, 37, 38, 39 and above their connection to the annulus 50, a pressure is formed which corresponds to the pressure in the drilling fluid in the annulus and which is less than the drilling fluid pressure in the drilling tool.
I det utførelseseksempel som er vist på fig. 1 er forbindelseskanalene 36, 37, 38, 39 mellom sine ender tilsluttet det tilhørende trykkrom 32, 33, 34, 35 av kraftgiverne 6, 7, 8, 9 via en grenkanal 56, 57, 58, 59, og trykkforandringen i trykkrommene tilsvarer den trykkforandring som samlet oppstår i forbindelseskanalene 36, 37, 38, 39 hvis ene ende påvirkes av borefluid med større trykk og hvis annen ende påvirkes av borefluid med mindre trykk. In the embodiment shown in fig. 1, the connecting channels 36, 37, 38, 39 are connected between their ends to the associated pressure chamber 32, 33, 34, 35 of the power generators 6, 7, 8, 9 via a branch channel 56, 57, 58, 59, and the pressure change in the pressure chambers corresponds to pressure change that collectively occurs in the connection channels 36, 37, 38, 39, one end of which is affected by drilling fluid with greater pressure and the other end of which is affected by drilling fluid with less pressure.
I stedet består også den mulighet å tilordne to adskilte forbindelseskanaler til hvert hydrauliske trykkrom av en kraftgiver, hvor den ene forbindelseskanal står i forbindelse med borefluid med større trykk og den annen med borefluid med mindre trykk, og en styreventil er anordnet i en forbindelseskanal, enten i den med større eller den med mindre borefluidtrykk påvirkede forbindelseskanal resp. -kanaldel. I spesielle tilfeller kan det også være anordnet adskilte styreventiler i begge forbindelseskanaler resp. -kanaldeler. Dette muliggjør f.eks. en spesiell trykkgradering ved differensialtrykkdannelse, spesielt når styreventilene er forsynt med et ventillegeme som i lukkesluttstillingen bare reduserer strømningstverrsnittet av ventilkanalen, men ikke lukker denne fullstendig, noe som kan være ønsket til opprettholdelse av en vedvarende gjennomstrømning av trykkrommene og forbindelseskanalene. Instead, there is also the possibility of assigning two separate connection channels to each hydraulic pressure chamber of a power source, where one connection channel is in connection with drilling fluid with greater pressure and the other with drilling fluid with less pressure, and a control valve is arranged in a connection channel, either in the one with greater or the one with less drilling fluid pressure affected connection channel resp. -channel part. In special cases, separate control valves can also be arranged in both connection channels or - duct parts. This enables e.g. a special pressure gradient during differential pressure formation, especially when the control valves are provided with a valve body which in the closed end position only reduces the flow cross-section of the valve channel, but does not close it completely, which may be desired to maintain a continuous flow through the pressure chambers and connecting channels.
Ved en endring av forbindelsene av forbindelseskanalene 36, 37, 38, 39 med borefluid med større og borefluid med mindre trykk som ved utførelsen ifølge fig. 1 og 2, består også den mulighet å avlede aktiverings-borefluid med større trykk fra en borefluidkanal i likhet med borefluidkanalen 45 i ytterhuset 1, i strømningsretningen foran et strupested, og aktiverings-borefluid med mindre trykk fra den samme borefluidkanal bak strupestedet. By changing the connections of the connection channels 36, 37, 38, 39 with drilling fluid with greater and drilling fluid with less pressure as in the embodiment according to fig. 1 and 2, there is also the possibility of diverting activation drilling fluid with greater pressure from a drilling fluid channel similar to the drilling fluid channel 45 in the outer housing 1, in the direction of flow in front of a bottleneck, and activation drilling fluid with lower pressure from the same drilling fluid channel behind the bottleneck.
Alternativt kan aktiverings-borefluid med større trykk også avledes fra det ringrom 50 som omgir ytterhuset 1, i strømningsretningen foran et strupested for det borefluid som strømmer gjennom ringrommet, og aktiverings-borefluid med mindre trykk kan avledes fra ringrommet 50 bak et slikt strupested. Et slikt strupested kan f.eks. utgjøres av en stabilisator. Alternatively, activation drilling fluid with greater pressure can also be diverted from the annulus 50 which surrounds the outer casing 1, in the direction of flow in front of a bottleneck for the drilling fluid flowing through the annulus, and activation drilling fluid with lower pressure can be diverted from the annulus 50 behind such a bottleneck. Such a bottleneck can e.g. consists of a stabilizer.
Dersom kraftgiverne omfatter stempler 66, 67, 68, 69 eller 266, 267, 268, 269 (fig. 5), noe som er tilfellet for kraftgiverne 6, 7, 8, 9 resp. 206, 207, 208, 209 som er opptatt i sylinderrommene i ytterhuset 1, kan tetningsspalten mellom stempel og sylinder danne den forbindelseskanal resp. -kanaldel som står i forbindelse med borefluid med mindre trykk. I dette tilfelle, men også ellers, er de mot hverandre vendende flater fordelaktig belagt med et beskyttende hardmetall. If the actuators comprise pistons 66, 67, 68, 69 or 266, 267, 268, 269 (fig. 5), which is the case for actuators 6, 7, 8, 9 resp. 206, 207, 208, 209 which are occupied in the cylinder spaces in the outer housing 1, the sealing gap between piston and cylinder can form the connecting channel resp. - channel part that is in contact with drilling fluid with less pressure. In this case, but also otherwise, the facing surfaces are advantageously coated with a protective hard metal.
Styreventilene er fortrinnsvis tildannet med en uforgrenet ventilkanal som er foranderlig bare i sitt strømningstverrsnitt, og som ventillegmene enten åpner eller i lukkestillingen lukker helt eller delvis. Den sistnevnte utførelse har den fordel at styreventilen bare danner et strupested når den befinner seg i sin lukkestilling. The control valves are preferably formed with an unbranched valve channel which is changeable only in its flow cross-section, and which the valve bodies either open or, in the closed position, completely or partially close. The latter design has the advantage that the control valve only forms a throttle when it is in its closed position.
Stemplene 66, 67, 68, 69 ved utførelsen ifølge fig 1 påvirker innersiden av trykkelementene 26, 27, 28, 29 som ved hjelp av anslag 80 er ført begrenset forskyvelig på føringsanleggspartier 76, 77, 78, 79 av ytterhuset 1 og som er utformet som stabilisatorribber. The pistons 66, 67, 68, 69 in the embodiment according to Fig. 1 affect the inner side of the pressure elements 26, 27, 28, 29 which are guided with the aid of stops 80 in a limited displaceable manner on guide system parts 76, 77, 78, 79 of the outer housing 1 and which are designed as stabilizer ribs.
I motsetning til utførelsen av boreverktøyet ifølge fig. 1 er borkronedrivakselen 3 avstøttet slik at den er begrenset radialt forskyvelig i ytterhuset 1 ved utførelsen av boreverktøyet ifølge fig. 2, og ved hjelp av fire kraftgivere 106, 107, 108, 109 (fig. 4) resp. 206, 207, 208, 209 (fig. 5) - eller et multiplum av dette ved flere paralleltvirkende grupper - forskyvbar fra en stilling til en annen i ytterhuset 1 for innrettingsformål. Kraftgiverne 106, 107, 108, 109 er herunder tildannet som foldebelgsstempler som avgrenser et trykkrom 132, 133, 134, 135 som via forbindelseskanaler 136, 137, 138, 139 (fig. 4) er tilsluttet borefluid på den måte som er beskrevet ovenfor i forbindelse med utførelsen ifølge fig. 1 resp. 3. Dette gjelder også for utførelsen ifølge fig. 5 med de der viste forbindelseskanaler 236, 237, 238, 239 som er tilordnet trykkrommene 232, 233, 234, 235. Også denne anordning av styreventilene 110, 112 med sine elektromagnetdrivinnretninger 114 og 116 tilsvarer anordningen ifølge fig. 1. In contrast to the design of the drilling tool according to fig. 1, the drill bit drive shaft 3 is supported so that it is limited radially displaceable in the outer housing 1 in the execution of the drilling tool according to fig. 2, and by means of four power transmitters 106, 107, 108, 109 (fig. 4) resp. 206, 207, 208, 209 (fig. 5) - or a multiple thereof in the case of several parallel-acting groups - displaceable from one position to another in the outer housing 1 for alignment purposes. The power generators 106, 107, 108, 109 are herewith formed as folding bellows pistons which delimit a pressure chamber 132, 133, 134, 135 which is connected via connection channels 136, 137, 138, 139 (fig. 4) to drilling fluid in the manner described above in connection with the embodiment according to fig. 1 or 3. This also applies to the design according to fig. 5 with the connection channels 236, 237, 238, 239 shown there which are assigned to the pressure chambers 232, 233, 234, 235. Also this arrangement of the control valves 110, 112 with its electromagnet drive devices 114 and 116 corresponds to the arrangement according to fig. 1.
. Av de grupper av kraftgivere som påvirker borkronedrivakselen 3 eller trykkelementene 26, 27, 28, 29 blir det fortrinnsvis som oftest anordnet en kraftgivergruppe til forhåndsangivelse av en grunnstilling for borkronedrivakselen 3 og/eller trykkelementene 26, 27, 28, 29. Denne gruppe av kraftgivere 306, 308 (fig. 1 og 6) har stempler 316, 318 som er forsynt med en avsats og beveges ut mot et anslag, og som funksjonerer som sentreringsstempler. I den sluttstilling hvor de ligger an mot anslaget, fastlegger slike stempler 316, 318 en grunnstilling f.eks. en sentreringsstilling, for trykkelementene 26, 27, 28, 29. En analog utforming ved boreinnretningen ifølge fig. 2 gir borkronedrivakselen 3 en tilsvarende grunnstilling resp. sentreringsstilling i ytterhuset 1. . Of the groups of power transmitters that affect the drill bit drive shaft 3 or the pressure elements 26, 27, 28, 29, a power transmitter group is preferably most often arranged to indicate in advance a basic position for the drill bit drive shaft 3 and/or the pressure elements 26, 27, 28, 29. This group of power transmitters 306, 308 (Figs. 1 and 6) have pistons 316, 318 which are provided with a ledge and are moved out towards a stop, and which function as centering pistons. In the final position where they rest against the stop, such pistons 316, 318 determine a basic position, e.g. a centering position, for the pressure elements 26, 27, 28, 29. An analogous design for the drilling device according to fig. 2 gives the drill bit drive shaft 3 a corresponding basic position or centering position in the outer housing 1.
De kraftgivere 306, 308 som fastlegger en grunnstilling, f.eks. en sentreringsstilling, for borkronedrivakselen 3 og/eller trykkelementene 26, 27, 28, 29, kan være hydraulisk uavhengig aktiverbare i forhold til de andre kraftgivere, enten med tanke på en adskilt, uavhengig styring eller en ustyrt, varig aktivering. I det første tilfelle kan de kraftgivere 306, 308 som forut-bestemmer grunnstillingen helt eller delvis tilføres borefluid med lite trykk ved ønsket forskyvning av borkronedrivakselen 3 resp. ytterhuset 1, for å minimalisere motstanden mot forskyvninger ved hjelp av andre grupper av kraftgivere. I det annet tilfelle utgjør de kraftgivere som er bestemmende for grunnstillingsfastleggelsen, en bortfalls sikring som ved et bortfall av styringsinnretningen sikrer muligheten for en fortsettelse av boredriften ved rettlinjet boring. For normal drift må det imidlertid sikres at de kraftgivere som er bestemmende for en forskyvning av borkronedrivakselen 3 eller trykkelementene 26, 27, 28, 29 av ytterhuset 1 bort fra disses grunnstilling kan utøve vesentlig større krefter mot borkronedrivakselen 3 resp. trykkelementene 26, 27, 28, 29 enn det som er mulig med de kraftgivere som fastlegger grunnstillingen. Dette kan skaffes ved tilsvarende utforming av trykkflatene av de aktuelle kraftgivere eller ved at det til retningsendringene er anordnet flere grupper av kraftgivere. En slik forsterket trykking av de kraftgivere som er bestemmende for retningsforandringene i forhold til de kraftgivere som fastlegger grunnstillingen, kan imidlertid også frembringes ved en felles aktivering av alle kraftgiverne og en felles styring. The actuators 306, 308 which determine a basic position, e.g. a centering position, for the drill bit drive shaft 3 and/or the pressure elements 26, 27, 28, 29, can be hydraulically independently actuated in relation to the other power generators, either with a view to a separate, independent control or an uncontrolled, permanent activation. In the first case, the power transmitters 306, 308 which pre-determine the basic position can be fully or partially supplied with drilling fluid at low pressure by the desired displacement of the drill bit drive shaft 3 or the outer housing 1, to minimize the resistance to displacements by means of other groups of power transmitters. In the second case, the power generators which are decisive for determining the basic position constitute a fail-safe which, in the event of a failure of the control device, ensures the possibility of a continuation of the drilling operation by drilling in a straight line. For normal operation, however, it must be ensured that the power generators which determine a displacement of the drill bit drive shaft 3 or the pressure elements 26, 27, 28, 29 of the outer housing 1 away from their basic position can exert significantly greater forces against the drill bit drive shaft 3 or the pressure elements 26, 27, 28, 29 than is possible with the power transmitters that determine the basic position. This can be achieved by corresponding design of the pressure surfaces of the relevant power transmitters or by arranging several groups of power transmitters for the direction changes. However, such an increased pressing of the power generators that determine the direction changes in relation to the power generators that determine the basic position can also be produced by a joint activation of all the power generators and a common control.
Prinsipielt består også den mulighet å forene en ytre styreenhet ifølge fig. 1 og en indre styreenhet ifølge flg. 2 i ett boreverktøy, slik at det via disse finnes en dobbelt mulighet til forhåndsfastleggelse av retningene. In principle, there is also the possibility of combining an external control unit according to fig. 1 and an internal control unit according to fig. 2 in one drilling tool, so that via these there is a double possibility of determining the directions in advance.
Utførelsen ifølge fig. 5 angir en kombinert utrustning av et boreverktøy med en indre og en ytre styring. Stemplene 266, 267, 268, 269 begrenser på den ene side et trykkrom 232, 233, 234, 235 som samtidig utgjør trykkrommet for stemplene 466, 467, 468 og 469 av en kraftgiver 406, 407, 408, 409, som påvirker trykkelementene 426, 427, 428, 429. Disse trykkelementer 426, 427, 428 og 429 kan være tildannet som stabilisatorribber og ført på ytterhuset 1 slik det er beskrevet i forbindelse med fig. 1. Trykkrommet 232, 233, 234, 235 blir tilført borefluid av de respektive forbindelseskanaler 236, 237, 238, 239, slik dette er beskrevet ovenfor i forbindelse med fig. 1. The embodiment according to fig. 5 indicates a combined equipment of a drilling tool with an internal and an external guide. The pistons 266, 267, 268, 269 limit on the one hand a pressure chamber 232, 233, 234, 235 which at the same time constitutes the pressure chamber for the pistons 466, 467, 468 and 469 of a force generator 406, 407, 408, 409, which affects the pressure elements 426 , 427, 428, 429. These pressure elements 426, 427, 428 and 429 can be formed as stabilizer ribs and carried on the outer housing 1 as described in connection with fig. 1. The pressure chamber 232, 233, 234, 235 is supplied with drilling fluid from the respective connection channels 236, 237, 238, 239, as described above in connection with fig. 1.
Som det fremgår av fig. 2, 4 og 5 påvirker kraftgiverne 106, 107, 108, 109 resp. 206, 207, 208, 209 en hylse 81 som kan oppvise kordeformede flate partier i områdene for trykkinngrep med kraftgiverne. Hylsen 81 omgir en sylindrisk lagerskål 82 hvori borkronedrivakselen 3 er dreibart opplagret. Lagerskålen 82 kan også være en del av borkronedrivakselen 3 som roterer med denne. Det bevirker at slitasje unngås og forbedrer belast-ningsfordelingen. As can be seen from fig. 2, 4 and 5 affect the power generators 106, 107, 108, 109 resp. 206, 207, 208, 209 a sleeve 81 which can have cord-shaped flat parts in the areas for pressure engagement with the power transmitters. The sleeve 81 surrounds a cylindrical bearing bowl 82 in which the drill bit drive shaft 3 is rotatably supported. The bearing cup 82 can also be part of the drill bit drive shaft 3 which rotates with it. This prevents wear and improves load distribution.
Den høyre halvdel av fig. 6a viser et hydraulisk aktiveringsdiagram for utførelsen ifølge fig. 2 med en styreventil 110 i området for forbindelseskanalen 136 med større borefluidtrykk, og den venstre halvdel viser en utførelse med anordning av en styreventil 210 i området for forbindelseskanalen 136 med mindre borefluidtrykk. Herved er det anordnet strupesteder 48 i det område av forbindelseskanalen 136 som ikke er forsynt med styreventilen 110, 210, idet disse strupesteder kan tilsvare strupestedene 48 (fig. 1). Ved begge utførelser blir alle kraftgivere styrt samlet og kraftgiverne 306, 308 blir forskjøvet bort fra grunnstillingen av de andre kraftgivere 106, 108. The right half of fig. 6a shows a hydraulic activation diagram for the embodiment according to fig. 2 with a control valve 110 in the area of the connection channel 136 with greater drilling fluid pressure, and the left half shows an embodiment with the arrangement of a control valve 210 in the area of the connection channel 136 with less drilling fluid pressure. Throttle points 48 are thereby arranged in the area of the connection channel 136 which is not provided with the control valve 110, 210, as these throttle points can correspond to the throat points 48 (Fig. 1). In both versions, all power generators are controlled together and the power generators 306, 308 are moved away from the basic position by the other power generators 106, 108.
På fig. 6b er det for en utførelse ifølge fig. 2 vist et aktiveringsdiagram hvor de kraftgivere 306, 308 som fastlegger grunnstillingen, får et uavhengig ustyrt pådrag via en grenkanal som er forgrenet fra forbindelseskanalen 136 over dennes styreventil 110. Kraftgiverne 306, 308 får en varig aktivering som også er virksom dersom styringen av kraftgiverne 306, 308 skulle bortfalle, f.eks. som følge av en elektronikkfeil i styringsinnretningen. In fig. 6b is for an embodiment according to fig. 2 shows an activation diagram where the power transmitters 306, 308 which determine the basic position receive an independent uncontrollable command via a branch channel which is branched from the connecting channel 136 above its control valve 110. The power transmitters 306, 308 receive a permanent activation which is also effective if the control of the power transmitters 306 , 308 should lapse, e.g. as a result of an electronic fault in the control device.
Fig. 7, 8 og 9 viser sluttlig skjematisk variasjonsmuligheter ved anordningen av kraftgiverne inne i boreverktøyet. Fig. 7 viser en anordning av kraftgivere 106, 108 som påvirker borkronedrivakselen 3 nær den ende av boreverktøyet hvor borkronen befinner seg, mens fig. 8 viser en utførelse med kraftgivere som påvirker trykkelementene 26, 28, hvor kraftgiverne befinner seg nær den ende av boreverktøyet som vender bort fra rotasjonsborkronen 2. Utførelsen ifølge fig. 9 viser sluttlig en utførelse med trykkelementer 26, 28 som er påvirket av kraftgivere, og som i dette tilfelle er anordnet nær ende av boreverktøyet hvor borkronen befinner seg. Figs 7, 8 and 9 finally schematically show the possibilities of variation in the arrangement of the power transmitters inside the drilling tool. Fig. 7 shows an arrangement of power transmitters 106, 108 which influence the drill bit drive shaft 3 near the end of the drilling tool where the drill bit is located, while fig. 8 shows an embodiment with power transmitters that influence the pressure elements 26, 28, where the power transmitters are located near the end of the drilling tool that faces away from the rotary drill bit 2. The embodiment according to fig. 9 finally shows an embodiment with pressure elements 26, 28 which are influenced by power transmitters, and which in this case are arranged near the end of the drilling tool where the drill bit is located.
Claims (30)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4017761A DE4017761A1 (en) | 1990-06-01 | 1990-06-01 | DRILLING TOOL FOR DRILLING HOLES IN SUBSTRATE ROCK INFORMATION |
EP90115963A EP0459008B1 (en) | 1990-06-01 | 1990-08-21 | Drilling tool for directional drilling |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO912127D0 NO912127D0 (en) | 1991-06-03 |
NO912127L NO912127L (en) | 1991-12-02 |
NO301900B1 true NO301900B1 (en) | 1997-12-22 |
Family
ID=25893777
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO912127A NO301900B1 (en) | 1990-06-01 | 1991-06-03 | Drilling tools for drilling in underground rock formations |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CA (1) | CA2043695C (en) |
NO (1) | NO301900B1 (en) |
-
1991
- 1991-05-31 CA CA 2043695 patent/CA2043695C/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-06-03 NO NO912127A patent/NO301900B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA2043695C (en) | 2001-12-04 |
CA2043695A1 (en) | 1991-12-02 |
NO912127D0 (en) | 1991-06-03 |
NO912127L (en) | 1991-12-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5168941A (en) | Drilling tool for sinking wells in underground rock formations | |
US4635736A (en) | Drill steering apparatus | |
US7306060B2 (en) | Drilling assembly with a steering device for coiled-tubing operations | |
CA2523725C (en) | Steerable drilling apparatus having a differential displacement side-force exerting mechanism | |
EP3485128B1 (en) | Rotary steerable system with a steering device around a drive coupled to a disintegrating device for forming deviated wellbores | |
EP4015760A1 (en) | A rotary steerable drilling assembly with a rotating steering device for drilling deviated wellbores | |
US20020088648A1 (en) | Drilling assembly with a steering device for coiled -tubing operations | |
EP2064411B1 (en) | Downhole hydraulic control system with failsafe features | |
JP6821802B2 (en) | Rotary steerable device | |
SA520411743B1 (en) | Rotary steerable system having actuator with linkage | |
CA2150735A1 (en) | Modulated bias unit for rotary drilling | |
NO20130113A1 (en) | Scratchable drill bit controllable drilling system | |
NO821728L (en) | SERVICE VALVE FOR REMOVAL OF DRILL HOLE CONDITIONS | |
US20180223625A1 (en) | Fully electric tool for downhole inflow control | |
NO340228B1 (en) | Control system that is minimally sensitive to hydrostatic pressure in the control line. | |
US11396775B2 (en) | Rotary steerable drilling assembly with a rotating steering device for drilling deviated wellbores | |
CN113107365B (en) | Flexible rotary drilling guide device | |
US3799200A (en) | Flow and pressure regulating control for hydraulic motors | |
US8342266B2 (en) | Timed steering nozzle on a downhole drill bit | |
US5107933A (en) | Hydraulic drilling outfit | |
NO301900B1 (en) | Drilling tools for drilling in underground rock formations | |
JP2001152781A (en) | Apparatus and method for controlling shield machine | |
NO336290B1 (en) | A device and a method for controlling the device. | |
JP2019183529A (en) | Multiple shield machine | |
GB867025A (en) | Improvements relating to borehole drilling |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MK1K | Patent expired |