CH653406A5

CH653406A5 - DEVICE FOR PRODUCING TARGETED HOLES.

Info

Publication number: CH653406A5
Application number: CH4481A
Authority: CH
Inventors: Heinz Wallussek; Martin Wiebe; Thomas Roeder
Original assignee: Bergwerksverband Gmbh
Priority date: 1980-01-05
Filing date: 1981-01-05
Publication date: 1985-12-31
Also published as: AT373358B; AU536279B2; CA1154749A; FR2473105A1; SE8008775L; BR8008612A; GB2066878B; ATA581A; FR2473105B1; SE441376B; AU6586080A; GB2066878A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Herstellung zielgerichteter Bohrungen, insbesondere von Bohrlöchern im Steinkohlenbergbau, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a device for producing targeted bores, in particular boreholes in hard coal mining, according to the preamble of patent claim 1.

Derartige Einrichtungen dienen dazu, Bohrungen möglichst dicht an das vorbestimmte Ziel heranzubringen. Solche Zielbohrungen sind für Aufschluss, Versorgungs- oder Rettungsbohrungen von besonderer Bedeutung. Devices of this type serve to bring boreholes as close as possible to the predetermined target. Target drilling of this type is of particular importance for exploration, supply or rescue drilling.

Es ist bekannt, zur Stabilisierung des Bohrgestänge-stranges hinter der Bohrkrone eine starre Zielbohrstange anzuordnen. Diese Zielbohrstangen können nur den Bohrgestängestrang stabilisieren aber nicht das Verlaufen der Bohrung ausschliessen. Insbesondere ist es mit derartigen Zielbohrstangen nicht möglich, eine nach und nach aufgebaute Abweichung von der vorgegebenen Bohrrichtung im Laufe der Bohrarbeiten zu korrigieren. Besonders nachteilig ist, It is known to arrange a rigid target boring bar behind the drill bit to stabilize the drill string. These target boring bars can only stabilize the drill string but cannot exclude the running of the hole. In particular, it is not possible with target boring bars of this type to correct a gradually built-up deviation from the predefined drilling direction in the course of the drilling work. Is particularly disadvantageous

dass die während der Bohrarbeiten aufgetretene Abweichung erst am Zielort genau feststellbar ist. Des weiteren ist versucht worden, mit Hilfe einer Pendelsteuerung mehr oder weniger automatisch wirkende Zielbohrstangen zum Einsatz zu bringen. Die relativ aufwendige Steuerung kann durch Einstellfehler oder Störungen im System zu Abweichungen führen, die ebenfalls erst am Zielort bzw. nach Abschluss der Bohrung festgestellt werden können. Ursache solcher Fehlbohrungen kann auch der vorhandene Trägheitsbereich im System der Pendelsteuerung sein. that the deviation that occurred during the drilling work can only be determined precisely at the destination. Furthermore, attempts have been made to use target boring bars that act more or less automatically with the aid of a pendulum control. The relatively complex control can lead to deviations due to setting errors or faults in the system, which can also only be determined at the target location or after completion of the drilling. Such incorrect drilling can also be caused by the existing range of inertia in the pendulum control system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, über die der Bohrlochverlauf sowohl kontrolliert wie auch korrigiert werden kann. The invention has for its object to provide a device by means of which the course of the borehole can be both checked and corrected.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, According to the invention, this object is achieved by

dass die Zielbohrstange einen inneren, drehbar gelagerten Teil und einen äusseren, feststehenden Teil aufweist, wobei am oder im äusseren feststehenden Teil elektrische Neigungsmesser und verstellbare, schwenkbar gelagerte Steuerleisten angeordnet sind. that the target boring bar has an inner, rotatably mounted part and an outer, fixed part, electrical inclinometers and adjustable, pivotably mounted control strips being arranged on or in the outer fixed part.

Eine derart ausgerüstete Zielbohrstange erlaubt eine fortlaufende Kontrolle des Bohrlochverlaufes über die elektrischen Neigungsmesserund eine entsprechende Korrektur über die Steuerleisten, die je nach Abweichung aus dem äusseren feststehenden Teil herausgefahren werden können. Dabei ist es möglich, die von den elektrischen Neigungsmessern angezeigte Abweichung über im Bohrgestänge verlaufende Messkabel bis zum Steuerstand zu melden, wo eine Auswertung erfolgt, und von wo entsprechende Gegenmass-nahmen eingeleitet werden bzw. die entsprechenden Steuerleisten beaufschlagt werden. Die Kontrolle und Steuerung erfolgt abschnittsweise zweckmässigerweise in den Bohrpausen, weil in diesen Zeiträumen Erschütterungen und sonstige Fehlerquellen ausgeschaltet sind, jedoch ist das Messen und Steuern auch während des Bohrens durchführbar. A target boring bar equipped in this way allows continuous monitoring of the course of the borehole via the electrical inclinometer and a corresponding correction via the control strips, which can be moved out of the outer fixed part depending on the deviation. It is possible to report the deviation indicated by the electrical inclinometers via measuring cables running in the drill pipe to the control station, where an evaluation is carried out and from where appropriate countermeasures are initiated or the corresponding control strips are applied. The control and control is expediently carried out in sections during the drilling breaks because shocks and other sources of error are switched off during these periods, but the measurement and control can also be carried out during drilling.

Einem Verlaufen der Bohrung wird in zweckmässiger Weise mit Hilfe einer derart ausgerüsteten Zielbohrstange entgegengewirkt, bei der die Steuerleisten am Kopf der Zielbohrstange gelagert und über im oberen Teil der Zielbohrstange angeordnete, hydraulisch beaufschlagbare Zylinder ausschwenkbar sind. Auf diese Weise können mit kleinsten Zylinderbewegungen die notwendigen Korrekturen durchgeführt werden und zwar in dem die Steuerleisten so ausgefahren werden, wie bei einem Schirm die Schirmstangen. Gleichzeitig gewährt eine derartige Verlagerung und Anordnung der Steuerleisten einen weitgehenden Schutz der für die Steuerung benötigten Teile. A running of the bore is advantageously counteracted with the aid of a target boring bar equipped in this way, in which the control strips are mounted on the head of the target boring bar and can be swung out via hydraulically actuatable cylinders arranged in the upper part of the target boring bar. In this way, the necessary corrections can be carried out with the smallest of cylinder movements, namely in that the control strips are extended in the same way as the shield rods for a screen. At the same time, such a shift and arrangement of the control strips provides extensive protection for the parts required for the control.

Nach einer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass den Neigungsmessern Magnetventile zugeordnet sind, die die Versorgung der Zylinder regeln. Dabei sind die Magnetventile so eingestellt, dass sie die aussen angeordneten Steuerleisten analog zu den Neigungsmesserdaten beaufschlagen. According to an embodiment of the invention, it is provided that the inclinometers are assigned solenoid valves that regulate the supply to the cylinders. The solenoid valves are set so that they act on the externally arranged control strips analogously to the inclinometer data.

Zur Kontrolle und zur Vermeidung von Fehlmessungen ist To control and avoid incorrect measurements

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

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es zweckmässig, die Neigungsmesser kreuzweise anzuordnen. Fehlmessungen können so vom Steuerstand aus leicht ermittelt und durch korrigierendes Eingreifen ausgeschaltet werden. it is advisable to arrange the inclinometer crosswise. Erroneous measurements can be easily determined from the steering position and eliminated by corrective intervention.

Der erforderliche Betriebsdruck für die hydraulische Steuerung wird zweckmässig in der Zielbohrstange selbst erzeugt. Hierzu ist erfindungsgemäss auf dem drehbar gelagerten Teil der Zielbohrstange ein Exzenter angeordnet, über den der notwendige Betriebsdruck erzeugt werden kann, wobei über zwischen Druckerzeuger und Zylinder geschaltete druckbegrenzte Hydrospeicher das Betätigen der Zylinder auch während der Bohrpausen möglich ist. The operating pressure required for the hydraulic control system is expediently generated in the target boring bar itself. For this purpose, according to the invention, an eccentric is arranged on the rotatably mounted part of the target boring bar, via which the necessary operating pressure can be generated, the actuation of the cylinders also being possible during the drilling breaks via pressure-limited hydraulic accumulators connected between the pressure generator and the cylinder.

Zur Vermeidung eines innerhalb des Bohrgestänges geführten Versorgungskabels und zur Erzeugung einer ausreichenden Versorgungsspannung innerhalb der Zielbohrstange selbst ist nach einer weiteren zweckmässigen Ausbildung vorgesehen, dass auf der Welle eines mit dem äusseren feststehenden Teil der Zielbohrstange verbundenen Generators ein Zahnrad befestigt ist, das in einem zweiten auf dem drehbar gelagerten Teil befestigten Zahnrad kämmt. Hierbei ist insbesondere dann eine einwandfreie Übertragung der Drehenergie möglich, wenn das zweite Zahnrad auf das die drehende Bohrwelle darstellende drehbar gelagerte Teil der Zielbohrstange aufgeschrumpft ist. Zweckmässig ist es dabei, um überstehende Teile zu verhindern, den Generator innerhalb des feststehenden Teils der Zielbohrstange anzuordnen. In order to avoid a supply cable guided within the drill pipe and to generate a sufficient supply voltage within the target boring bar itself, according to a further expedient design it is provided that on the shaft of a generator connected to the outer fixed part of the target boring bar, a gearwheel is fastened, which in a second meshes with the rotatably mounted gear. In this case, a correct transmission of the rotational energy is possible in particular when the second gear wheel is shrunk onto the rotatably mounted part of the target boring bar that represents the rotating drilling shaft. In order to prevent protruding parts, it is expedient to arrange the generator within the fixed part of the target boring bar.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Innenwand des äusseren feststehenden Teils der Zielbohrstange als Stator und die Oberfläche des drehbar gelagerten Teils als Rotor ausgebildet sind. Dabei weist der Stator vorzugsweise eine fest mit dem feststehenden Teil verbundene Rohrhülse auf, während der Rotor Permanentmagnete enthält, die mit dem drehbar gelagerten Teil kraftschlüssig verbunden sind. Eine derartige Einrichtung ist sehr kleinbauend und daher besonders für die erfindungsgemäss vorgesehenen Einsatzfälle geeignet. A further embodiment of the invention provides that the inner wall of the outer fixed part of the target boring bar is designed as a stator and the surface of the rotatably mounted part as a rotor. The stator preferably has a tubular sleeve that is fixedly connected to the fixed part, while the rotor contains permanent magnets that are non-positively connected to the rotatably mounted part. Such a device is very small and therefore particularly suitable for the applications provided according to the invention.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Fehllaufen einer Bohrung durch die beliebig oft zu wiederholenden Kontrollmassnahmen leicht ermittelt und durch entsprechende Korrekturmassnahmen ausgeschaltet werden kann. Dadurch werden die mit dem Fehllaufen einer Bohrung verbundenen, oft erheblichen zusätzlichen Kosten und Bohrzeiten vermieden. An essential advantage of the invention is that the incorrect running of a bore can be easily determined by the control measures to be repeated as often as required and can be eliminated by appropriate corrective measures. This avoids the often considerable additional costs and drilling times associated with the incorrect running of a well.

Der technische Fortschritt der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass mit einer derartigen Zielbohrstange eine automatische Korrektur bei eintretenden Abweichungen von der vorgegebenen Bohrrichtung bei gleichzeitiger Kontrolle der Bohrverlaufes vom Bohrstand aus möglich ist. Der technische Fortschritt ist weiter insbesondere darin zu sehen, dass die in der Bohrstange angeordneten Mess- und Regelorgane ohne zusätzliche Energiezufuhr betrieben werden können. The technical progress of the invention can be seen in particular in the fact that with such a target boring bar an automatic correction in the event of deviations from the predefined drilling direction is possible, while at the same time the drilling process is checked from the drilling rig. The technical progress can be seen in particular in the fact that the measuring and control elements arranged in the boring bar can be operated without additional energy supply.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments shown in the drawing. Show it:

Fig. 1 eine erfindungsgemässe Zielbohrstange, teilweise im Schnitt, 1 is a target boring bar according to the invention, partly in section,

Fig. 2 eine Zielbohrstange mit Kontroll- und Korrektureinrichtung im Schnitt, und Fig. 2 shows a target boring bar with control and correction device in section, and

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Einrichtung gemäss Fig. 2. 3 shows a second embodiment of the device according to FIG. 2.

Wie aus der weitgehend schematisierten Darstellung nach Fig. 1 zu ersehen ist, besteht die Zielbohrstange 1, die in den As can be seen from the largely schematic representation of FIG. 1, there is the target boring bar 1, which in the

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Bohrgestängestrang eingesetzt ist, im wesentlichen aus dem inneren drehbar gelagerten Teil 3 und dem äusseren feststehenden Teil 4. Mittig durch die Zielbohrstange 1 führt der Spülkanal 22, über den die nicht dargestellte Bohrkrone mit Spülflüssigkeit versorgt wird. Drill pipe string is used, essentially consisting of the inner rotatably mounted part 3 and the outer fixed part 4. The flushing channel 22, through which the drill bit, not shown, is supplied with flushing liquid, runs centrally through the target drill rod 1.

Am Kopf 2 der Zielbohrstange 1 sind die Steuerleisten 9 über Halterungen 8 mit dem feststehenden Teil 4 der Zielbohrstange 1 verbunden. Diese Steuerleisten 9 sind über die im oberen Teil 6 der Zielbohrstange 1 angeordneten Zylinder 10,11 beaufschlagbar, so dass sie bei entsprechender Beaufschlagung sich im unteren Teil 7 der Zielbohrstange 1 vom feststehenden Teil 4 entfernen. Über die Wegbegrenzer 12 wird ihre Bewegung vereinheitlicht, wobei über die den Wegbegrenzern 12 zugeordneten Federn 13 gleichzeitig dafür Sorge getragen ist, dass die Steuerleisten 9 in ihre Ausgangslage zurückbewegt werden, wenn die Zylinder drucklos geschaltet sind. At the head 2 of the target boring bar 1, the control strips 9 are connected to the fixed part 4 of the target boring bar 1 via brackets 8. These control strips 9 can be acted upon by the cylinders 10, 11 arranged in the upper part 6 of the target boring bar 1, so that they move away from the fixed part 4 in the lower part 7 of the target boring bar 1 when appropriately acted upon. Their movement is standardized via the travel limiters 12, with the springs 13 assigned to the travel limiters 12 simultaneously ensuring that the control strips 9 are moved back into their starting position when the cylinders are depressurized.

Die Regelung der Zylinder 10,11 erfolgt über die Magnetventile 16,17, die ihrerseits über die Neigungsmesser 14 gesteuert sind. Die Neigungsmesser 14 ihrerseits sind so geschaltet, dass die von ihnen ermittelten Abweichungen gleichzeitig über das Messkabel oder ein anderes Verfahren zum Steuerstand gemeldet werden. The regulation of the cylinders 10, 11 takes place via the solenoid valves 16, 17, which in turn are controlled via the inclinometer 14. The inclinometers 14 are in turn switched so that the deviations determined by them are reported to the control station simultaneously via the measuring cable or another method.

Der erforderliche Betriebsdruck für die hydraulische Steuerung wird durch den drehenden Teil der Zielbohrstange 1 bzw. durch den zugeordneten Exzenter 23 erzeugt. Die eingebauten druckbegrenzten Hydrospeicher 20 ermöglichen das Betätigen der Zylinder 10,11 in den Bohrpausen, wobei die benötigte Flüssigkeit über den Druckerzeuger 19 dem Tank 18 entnommen wird. The operating pressure required for the hydraulic control is generated by the rotating part of the target boring bar 1 or by the associated eccentric 23. The built-in pressure-limited hydraulic accumulators 20 enable the cylinders 10, 11 to be actuated during the pauses in the drilling, the required liquid being removed from the tank 18 via the pressure generator 19.

Die Stromversorgung für die elektrischen Neigungsmesser 14 und die Magnetventile 16,17 erfolgt im dargestellten Beispiel über das gleichzeitig als Mess- und Steuerkabel 15 benutzte Kabel oder nach einem anderen Verfahren. The power supply for the electrical inclinometer 14 and the solenoid valves 16, 17 takes place in the example shown via the cable used simultaneously as the measuring and control cable 15 or by another method.

Es ist auch möglich, die Neigungsmesser mit den jeweiligen Steuerzylindern direkt zu koppeln. Dabei kann aber ohne zusätzlichen Aufwand die Sichtkontrolle vom Bohrstand aus nicht durchgeführt werden. It is also possible to couple the inclinometers directly to the respective control cylinders. However, the visual inspection from the drilling rig cannot be carried out without additional effort.

Fig. 2 zeigt eine weitere Möglichkeit, die elektrischen Neigungsmesser 14 und die Magnetventile 16,17 mit der notwendigen Versorgungsspannung zu beaufschlagen. Hierzu ist der Generator 25 bestimmt, der bei der Darstellung gemäss Fig. 2 der Einfachheit halber auf das äussere feststehende Teil 4 aufgesetzt ist. Auf die Welle 26 ist ein Zahnrad 27 aufgesetzt, das in einem zweiten Zahnrad 28 kämmt. Dieses Zahnrad 28 ist auf das die Bohrwelle darstellende innere drehbar gelagerte Teil 3 beispielsweise aufgeschrumpft. Es ist des weiteren denkbar, dass dieses Zahnrad in der Bohrwelle, d.h. also im inneren drehbar gelagerten Teil 3, ausgebildet ist, so dass die Bohrwelle selbst nicht durch zusätzliche Kräfte beansprucht wird. Am Gehäuse des Generators 25 sind die Klemmen 29 vorgesehen, an denen die Versorgungsspannung für die Verbraucher, d.h. für den elektrischen Neigungsmesser 14 und die Magnetventile 16,17, abgenommen wird. FIG. 2 shows a further possibility of applying the necessary supply voltage to the electrical inclinometer 14 and the solenoid valves 16, 17. For this purpose, the generator 25 is determined, which in the illustration according to FIG. 2 is placed on the outer fixed part 4 for the sake of simplicity. A gear 27, which meshes in a second gear 28, is placed on the shaft 26. This gear wheel 28 is, for example, shrunk onto the inner rotatably mounted part 3 which represents the drilling shaft. It is also conceivable that this gear in the drilling shaft, i.e. So in the inner rotatably mounted part 3, is formed so that the drilling shaft itself is not stressed by additional forces. On the housing of the generator 25, the terminals 29 are provided, at which the supply voltage for the consumers, i.e. for the electrical inclinometer 14 and the solenoid valves 16, 17 is removed.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist die Zielbohrstange 1 so ausgebildet, dass praktisch keinerlei vorstehende Teile vorhanden sind. Der Stator 30 weist dabei eine Rohrhülse auf, die fest mit dem feststehenden Teil 4 der Zielbohrstange verbunden ist. Der notwendige Rotor 31 wird von Permamentmagneten gebildet, die mit der Bohrwelle, d.h. mit dem inneren, drehbar gelagerten Teil 3 der Zielbohrstange 1, kraftschlüssig verbunden sind. Die für die Verbraucher benötigte Versorgungsspannung wird hier an den Klemmen 32 abgenommen. In the embodiment shown in FIG. 3, the target boring bar 1 is designed such that there are practically no projecting parts. The stator 30 has a tubular sleeve which is fixedly connected to the fixed part 4 of the target boring bar. The necessary rotor 31 is formed by permanent magnets which are connected to the drilling shaft, i.e. are non-positively connected to the inner, rotatably mounted part 3 of the target boring bar 1. The supply voltage required for the consumer is taken off here at terminals 32.

3 3rd

s s

10 10th

IS IS

20 20th

25 25th

30 30th

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40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

653406 PATENT CLAIMS

1. Device for producing targeted bores, in particular of boreholes in the coal industry, which has a target boring bar arranged in the drill string behind the drill bit, characterized in that the target boring bar (1) has an inner, rotatably mounted part (3) and an outer, fixed part ( 4), electrical inclinometers (14) and adjustable, pivotably mounted control strips (9) being arranged on or in the outer fixed part.

2. Device according to claim 1, characterized in that the control strips (9) are mounted on the head (2) of the target boring bar (1) and can be pivoted out via hydraulically actuatable cylinders (10, 11) arranged in the part (6) of the target boring bar connected downstream of the drill bit .

3. Device according to claim 2, characterized in that the inclinometers (14) are assigned solenoid valves (16, 17) which regulate the supply to the cylinders (10, 11).

4. Device according to claim 1, characterized in that the inclinometers (14) are arranged crosswise.

5. Device according to claim 1, characterized in that an eccentric is arranged on the rotatably mounted part (3) of the target boring bar (1).

6. Device according to claim 1, characterized in that in the outer fixed part (4) of the target boring bar (1) a generator is arranged which can be driven via the rotatably mounted part (3) and supplies batteries accommodated in the target boring bar.

7. Device according to claim 2, characterized in that means for transmitting the values determined by the inclinometers (14) are provided to a control station arranged at the mouth of the borehole or a combined measuring control cable (15) is laid between the target boring bar (l) and the control station Is, for controlling the cylinders (10, 11) electrically switchable solenoid valves (16, 17) and for supplying energy to the device, a generator which can be driven by the inner tube (3) and an eccentric (23) arranged on the inner tube (3) Pressure generators (19) and a hydraulic accumulator (20) providing the necessary pressure when the inner tube (3) is stationary are provided.

8. Device according to claim 7, characterized in that pressure-limited hydraulic accumulators (20) are connected between the pressure generator (19) and the cylinder (10, 11).

9. Device according to claim 1, characterized in that on the shaft (26) of a with the outer fixed part (4) of the target boring bar (1) connected generator (25) a gear (27) is attached, which in a second on the rotatably mounted part (3) attached gear (28) meshes.

10. The device according to claim 9, characterized in that the second gear (28) is shrunk onto the rotatably mounted part (3) of the target boring bar (1) representing the rotating drilling shaft.

11. The device according to claim 9, characterized in that the generator (25) within the fixed part (4) of the target boring bar (1) is arranged.

12. The device according to claim 1, characterized in that the inner wall of the outer fixed part (4) of the target boring bar (1) as a stator (30) and the surface of the rotatably mounted part (3) are designed as a rotor (31) of a generator.

13. The device according to claim 12, characterized in that the stator (30) has a tubular sleeve fixedly connected to the fixed part (4) and the rotor (31) contains permanent magnets which are non-positively connected to the rotatably mounted part (3).