DE112013007404T5

DE112013007404T5 - Rotationsverankerung von Bohrwerkzeugkomponenten

Info

Publication number: DE112013007404T5
Application number: DE112013007404.4T
Authority: DE
Inventors: Sandip Satish Sonar; Mukesh Bhaskar Kshirsagar
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2016-05-25
Also published as: GB201600262D0; NO20160063A1; AU2013399678B2; GB2533491A; MX2016000094A; MX366706B; AU2013399678A1; CA2918019A1; RU2615534C1; WO2015034491A1; AR097560A1; US20160130895A1; CN105408577B; GB2533491B; NO346786B1; US10060211B2; CA2918019C; CN105408577A

Abstract

Zusammenfassung: Ein Rotationsverankerungsmechanismus wird auf einem während des Betriebs nicht rotierenden Gehäuse montiert, das einen Teil eines Bohrstrangs bildet. Eine Verankerungsverbindung, die einen Teil des Verankerungsmechanismus bildet, ist radial erweiterbar und einziehbar, um ein auf der Verankerungsverbindung montiertes Verankerungselement, wie eine Rolle, radial zum Gehäuse hin und von ihm weg zu bewegen, um mit einer Bohrlochwand in Eingriff zu treten, um einer Rotation des Gehäuses im Verhältnis zum Bohrgestänge, das angetrieben im Gehäuse rotiert, zu widerstehen. Die Verankerungsverbindung beinhaltet in Wirkverbindung stehende Montageverbindungsglieder, die auf dem Gehäuse montiert sind, um um jeweilige Montageachsen zu schwenken, die in einem festgelegten räumlichen Verhältnis parallel zueinander sind. Ein Betätigungsmechanismus ist mit der Verankerungsverbindung gekoppelt, um eine Betätigungskraft auf die Verankerungsverbindung auszuüben. Eine Winkelausrichtung der Betätigungskraft im Verhältnis zum Gehäuse variiert in Reaktion auf Veränderungen der radialen Expansion der Verankerungsverbindung.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft allgemein Komponenten von Bohrsträngen in Bohrvorgängen und Verfahren zum Betreiben von Bohrlochbohrwerkzeugen. Einige Ausführungsformen betreffen insbesondere Rotationsverankerungssysteme, Vorrichtungen, Mechanismen, Geräte und Verfahren, um einer Rotation bestimmter Bohrlochwerkzeugkomponenten während der angetriebenen Rotation eines Bohrstrangs zu widerstehen. Die Offenbarung betrifft außerdem das Lenken eines Bohrstrangs und rotierende lenkbare Systeme, Vorrichtungen, Mechanismen und Verfahren zum Lenken eines Bohrstrangs.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Bohrlöcher für die Kohlenwasserstoff-(Öl- und Gas-)Förderung sowie für andere Zwecke werden üblicherweise mit einem Bohrstrang gebohrt, der ein röhrenförmiges Bohrgestänge enthält, das eine Bohrbaugruppe aufweist, die einen am unteren Ende davon befestigten Bohrmeißel enthält. Der Bohrmeißel wird rotiert, um Material der Steinformation abzuschneiden oder zu zerkleinern, um das Bohrloch zu bohren. Die Rotation des Bohrmeißels wird häuftig durch Rotation des Bohrstrangs erzielt, z. B. von einer Bohrplattform am Bohrlochmund. Stattdessen oder zusätzlich wird wenigstens ein Teil des Bohrgestänges in einigen Ausführungsformen durch einen Bohrmotor, der angrenzend an den Bohrmeißel einen Teil des Bohrstrangs bildet, angetrieben.
Einige Elemente des Bohrstrangs können jedoch nicht rotierende oder rotationsstatische Komponenten enthalten, die während des Betriebs mit dem angetriebenen, rotierenden Bohrgestänge nicht rotieren. Stattdessen behalten derartige nicht rotierende Komponenten eine im Wesentlichen konstante Rotationsausrichtung im Verhältnis zu einer Formation bei, durch welche sich das Bohrloch erstreckt. Lenkbare Rotationssysteme (Rotary Steerable Systems, RSS) umfassen zum Beispiel häufig ein(e) nicht rotierende(s) Gehäuse oder Manschette, die mit dem Bohrstrang in Längsrichtung entlang des Bohrlochs verschiebbare ist, jedoch während gerichteter Bohrvorgänge nicht mit dem Bohrstrang rotieren soll.
Beim Bohren von Öl- und Gasbohrlöchern für die Erkundung- und Förderung von Kohlenwasserstoffen ist es häufig notwendig, das Bohrloch entlang einer bestimmten Richtung von der Vertikalen abzulenken. Dies wird als Richtbohren bezeichnet. Richtbohren wird, neben anderen Zwecken, eingesetzt, um die Drainage eines bestimmten Bohrlochs zu verbessern, indem zum Beispiel abknickende Zweigbohrungen von einem primären Bohrloch gebildet werden. In Meeresumgebung, wo eine einzelne Offshore-Produktionsplattform unter Verwendung abknickender Bohrungen, die sich von der Produktionsplattform in jede beliebige Richtung ausbreiten können, mehrere Kohlenwasserstofflagerstätten erreichen kann, ist es ebenfalls nützlich.
In Richtbohrungsvorgängen, die lenkbare Rotationssysteme mit einem nicht rotierenden Gehäuse einsetzen, ist Gehäuserollen unerwünscht. Das/die stationäre Gehäuse oder Manschette, in welchem/welcher das Bohrgestänge oder die Röhre des Bohrstrangs üblicherweise rotiert, stellt eine Referenz für das Lenken des Bohrmeißels während der Richtbohrung bereit. Jede Abweichung von der Referenz lenkt den Bohrvorgang von einem gewünschten Bohrlochpfad ab.
Rotationsstase des nicht rotierenden Gehäuses wird häufig durch einen Rotationsverankerungsmechanismus erzielt, der auf dem Gehäuse montiert ist und radial expandierbar ist, um gegen die Bohrlochwand zu drücken, wodurch ein rotationsresistive Drehmoment von der Formation auf das Gehäuse ausgeübt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Einige Ausführungsformen sind als Beispiele und nicht als Einschränkung in den Figuren der beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 ein schematisches Diagramm einer Bohranlage, die einen Bohrstrang enthält, der eine Lenkvorrichtung mit einem Rotationsverankerungsmechanismus aufweist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
2 eine bildhafte Seitenansicht einer Bohrlochbaugruppe eines Bohrstrangs mit einer Lenkvorrichtung, die einen Rotationsverankerungsmechanismus aufweist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
3 eine isolierte dreidimensionale Ansicht eines nicht rotierenden Werkzeuggehäuses, das einen Rotationsverankerungsmechanismus umfasst, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
4A–4B isolierte Seitenansichten eines Rotationsverankerungsmechanismus gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, die eine Verankerungsverbindung des Rotationsverankerungsmechanismus in einem vollständig eingezogenen Zustand (4A) und in einem erweiterten Zustand (4B) zeigen.
5 eine aufgeteilte dreidimensionale Ansicht eines Rotationsverankerungsmechanismus gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, die Einzelheiten eines beispielhaften variablen Verbindungsglieds zeigt, das einen Teil einer Verankerungsverbindung bildet, wobei das variable Verbindungsglied in Reaktion auf Veränderungen eines Grads der radialen Expansion der Verankerungsverbindung in seiner Länge dynamisch anpassbar ist.
6 eine isolierte Draufsicht eines Paares an Rotationsverankerungsmechanismen, die einen Teil einer Lenkvorrichtung für das Bohrgestänge bilden, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
7 eine Draufsicht eines Bohrstranganbauteils oder -einsatzes, das/der ein Paar an Rotationsverankerungsmechanismen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält.
8 eine teilweise Seitenansicht eines Bohrstranganbauteils, das ein Paar Rotationsverankerungsmechanismen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält.
9 umfasst eine axiale Endansicht einer Bohrstrangvorrichtung, die ein nicht rotierendes Gehäuse und eine Vielzahl von Rotationsverankerungsgeräten oder Antirotationsgeräten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst, wobei jedes Rotationsverankerungsgerät ein Paar Rotationsverankerungsmechanismen umfasst, die zu Illustrationszwecken als in einem erweiterten Zustand bzw. in einem eingezogenen Zustand gezeigt sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die nachfolgende ausführliche Beschreibung beschreibt beispielhafte Ausführungsformen der Offenbarung mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen, die verschiedene Einzelheiten von Beispielen darstellen, die zeigen, wie die Offenbarung umgesetzt werden kann. Die Beschreibung erwähnt verschiedene Beispiele neuartiger Verfahren, Systeme und Vorrichtungen mit Verweis auf diese Zeichnungen und beschreibt die dargestellten Ausführungsformen in ausreichenden Einzelheiten, um es Fachleuten auf dem Gebiet zu ermöglichen, den offenbarten Gegenstand umzusetzen. Zahlreiche andere Ausführungsformen als die hier beschriebenen veranschaulichenden Beispiele können verwendet werden, um diese Techniken umzusetzen. Strukturelle und betriebliche Veränderungen zusätzlich zu den spezifisch hier erwähnten Alternativen können vorgenommen werden, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen.
In dieser Beschreibung sollen Verweise auf „eine Ausführungsform” oder „ein Beispiel” nicht notwendiger Weise auf die gleiche Ausführungsform oder das gleiche Beispiel verweisen; derartige Ausführungsformen sind jedoch ebenso nicht ausschließend, außer dies ist dementsprechend aufgeführt oder liegt für Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet mit dem Vorteil dieser Offenbarung auf der Hand. Demnach können verschiedene Kombinationen und/oder Zusammenschlüsse der hier beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele enthalten sein, sowie weitere Ausführungsformen und Beispiele, wie im Umfang aller Ansprüche basierend auf der Offenbarung sowie alle gültigen Äquivalente derartiger Ansprüche definiert.
Entsprechend einem Aspekt der Offenbarung sind ein Bohrstrang und eine Bohranlage mit einem Rotationsverankerungsmechanismus bereitgestellt, der auf einem während des Betriebs nicht rotierenden Gehäuse montiert ist, das einen Teil des Bohrgestänges bildet, wobei der Rotationsverankerungsmechanismus eine Verankerungsverbindung umfasst, die radial erweiterbar und zusammenziehbar ist, um ein Verankerungselement, wie eine Rolle, radial zum Gehäuse hin und von ihm weg zu bewegen, um selektiv mit einer Bohrlochwand in Eingriff zu treten, um einer Rotation des Gehäuses im Verhältnis zum Bohrgestänge, das angetrieben im Gehäuse rotiert, zu widerstehen. Die Verankerungsverbindung kann eine Vielzahl von Rotationsverbindungsgliedpaaren (von denen jede zwei steife Verbindungsgliedelemente umfasst, die schwenkbar miteinander verbunden sind), wobei die Vielzahl von Rotationsverbindungspaaren im Wesentlichen parallele jeweilige Schwenkachsen aufweist, und ein prismatisches Verbindungsgliedpaar, das schwenkbar mit wenigstens einem der Rotationspaare verbunden ist, umfassen, wobei das prismatische Paar ein Paar steife Elemente umfasst, die in Längsrichtung ausgerichtet sind und in Reaktion auf Veränderungen im Grad einer radialen Expansion des Verbindungsmechanismus im Verhältnis zueinander in Längsrichtung verschiebbar sind.
Das prismatische Paar kann demnach eine Verbindung mit variabler Länge für die Verankerungsverbindung bereitstellen, die in Reaktion auf Veränderung im Grad der radialen Expansion des Verbindungsmechanismus dynamisch erweiterbar und einziehbar ist.
Die Verankerungsverbindung kann ferner einen Betätigungsmechanismus umfassen, wie eine elastisch komprimierbare Feder, um das Verankerungselement radial nach außen in Kontakt mit der Bohrlochwand zu forcieren. In einigen Ausführungsformen kann eine Druckfeder auf das prismatische Verbindungsgliedpaar wirken, um die Erweiterung der zusammengesetzten variablen Verbindung zu forcieren und die Verankerungsverbindung zu erweitern.
1 ist eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Bohranlage 100, die einen Bohrstrang 108 mit einem lenkbaren Rotationssystem aufweist, das einen Rotationsverankerungsmechanismus 315 aufweist (siehe z. B. 3) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Die Bohranlage 100 beinhaltet ein unterirdisches Bohrloch 104, in dem sich der Bohrstrang 108 befindet. Der Bohrstrang 108 kann mit Gelenken verbundene Abschnitte des Rohrgestänges umfassen, die von einer Bohrplattform 112 hängen, die an einem Bohrlochmund gesichert ist. Eine Bohrlochbaugruppe oder Bohrlochsohlenbaugruppe (BHA) 122 an einem unteren Ende des Bohrstrangs 108 kann einen Bohrmeißel 116 enthalten, um Erdformationen an einem vorderen Ende des Bohrstrangs 108 zu zerkleinern, um das Bohrloch 104 zu leiten.
Das Bohrloch 104 ist demnach typischerweise ein im Wesentlichen zylindrischer, länglicher Hohlraum mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnittumriss, der entlang der Länge des Bohrlochs 104 mehr oder weniger konstant bleibt. Das Bohrloch 104 kann in einigen Fällen geradlinig sein, kann jedoch häufig eine oder mehrere Kurven, Biegungen, Knicke oder Winkel entlang seiner Länge aufweisen. Im mit Verweis auf das Bohrloch 104 und Komponenten darin (außer deutlich anderweitig durch den Kontext vorgegeben) verwendeten Sinne ist die „Achse” des Bohrlochs 104 (und demnach des Bohrstrangs 108 oder Teilen davon) eine in Längsrichtung verlaufende Mittellinie des zylindrischen Bohrlochs 104. „Axial” bedeutet demnach eine Richtung entlang einer Linie im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung des Bohrlochs 104 an dem jeweiligen Punkt oder Abschnitt des betreffenden Bohrlochs 104; „radial” bedeutet eine Richtung im Wesentlichen entlang einer Linie, die wenigstens annähernd die Bohrlochachse schneidet und in einer Ebene im Wesentlichen lotrecht zur Bohrlochachse liegt; „tangential” bedeutet eine Richtung im Wesentlichen entlang einer Linie, die in einer Ebene im Wesentlichen lotrecht zu der Bohrlochachse liegt, und die radial in einem Abstand (an ihrem der Achse am nächsten gelegenen Punkt) von der Bohrlochachse durch einen Abstand, der im Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung nicht trivial ist, angeordnet ist; und „umlaufend” oder „rotierend” bedeutet ein im Wesentlichen bogenförmiger oder kreisförmiger Pfad, der durch die Rotation eines tangentialen Vektors um die Bohrlochachse beschrieben wird. Es gilt zu beachten, dass umlaufende oder rotierende Bewegung zu jedem Zeitpunkt tangentiale Bewegung umfasst.
Im hier verwendeten Sinne steht eine Bewegung oder eine Position „vorwärts” oder „ins Bohrloch” (und abgeleitete oder verwandte Bezeichnungen) für eine axiale Bewegung oder eine relative axiale Position entlang des Bohrlochs 104 zum Bohrmeißel 116 hin, weiter weg von der Oberfläche. „Rückwärts”, „nach hinten” oder „aus dem Bohrloch” steht hingegen für eine Bewegung oder relative Position axial entlang des Bohrlochs 104 weg vom Bohrloch 116 und zur Erdoberfläche hin.
Bohrfluid (z. B. Bohr„schlamm” oder andere Fluide, die im Bohrloch vorhanden sein können) wird von einem Bohrfluidspeicher, zum Beispiel einer Lagergrube, an der Erdoberfläche, die mit der Bohrlochmündung, allgemein mit 130 gekennzeichnet, durch ein Pumpensystem 132 zirkuliert, welches das Bohrfluid nach unten in ein Bohrloch 128, das durch einen hohlen Innenraum des Bohrstrangs 108 bereitgestellt ist, drückt, sodass das Bohrfluid unter verhältnismäßig hohem Druck durch den Bohrmeißel 116 austritt. Nachdem es aus dem Bohrstrang 108 austritt, bewegt sich das Bohrfluid entlang des Bohrlochs 104 zurück nach oben und nimmt einen Bohrlochringraum 134 ein, der zwischen dem Bohrstrang 108 und einer Wand 115 des Bohrlochs 104 definiert ist. Wenngleich zahlreiche andere ringförmige Räume mit der Anlage 100 assoziiert sein können, beziehen sich Ringdruck, Ringabstand und dergleichen auf Merkmale des Bohrlochringraums 134, außer anderweitig angegeben oder außer deutlich anderweitig durch den Kontext vorgegeben. Es gilt zu beachten, dass das Bohrfluid entlang des Innendurchmessers (d. h. der Bohrung 128) des Bohrstrangs 108, typischerweise durch das Rohrgestänge 118 bereitgestellt wird, wobei der Fluidfluss aus der Bohrung 128 am Bohrmeißel 116 eingeschränkt ist. Das Bohrgestänge 118 des Bohrstrangs 108 führt demnach Doppelfunktionen (a) Übertragen von Drehmoment und Rotation von der Bohrlochkopf zum Bohrmeißel 116 und (b) Leiten von Bohrfluid ins Bohrloch aus.
Das Bohrfluid fließt dann nach oben entlang des Ringraums 134 und trägt Bohrklein vom Boden des Bohrlochs 104 zum Bohrlochkopf, wo das Bohrklein entfernt und das Bohrfluid in den Bohrfluidspeicher 132 geleitet wird.
Die Bohranlage 100 kann ein lenkbares Rotationssystem (RSS) enthalten, das ein Rotationslenkwerkzeug 123 umfasst, das in den Bohrstrang 108 integriert ist und einen linearen Teil davon bildet. Das Lenkwerkzeug 123 ermöglicht direktionale Steuerung über den Bohrmeißel 116 während Rotationsbohrvorgängen, indem die Ausrichtung des Bohrmeißels 116 gesteuert wird. Auf diese Weise kann die Richtung des sich ergebenden Bohrlochs 104 gesteuert werden.
Das Lenkwerkzeug 123 umfasst in dieser beispielhaften Ausführungsform ein(e) röhrenförmige(s) Manschette oder Gehäuse 129, die/das sich in Längsrichtung entlang eines Teils des Bohrstrangs 108 erstreckt, koaxial einen Teil des Bohrgestänges 118 aufnehmend (siehe z. B. 2). Der Abschnitt des Bohrgestänges 118, der durch das Gehäuse 129 verläuft, wird ferner als eine Antriebswelle bezeichnet; es gilt jedoch zu beachten, dass die gesamte Länge des Bohrgestänges 118 effektiv als eine Antriebswelle fungiert und Drehmoment und Rotation von einem Antriebssystem an der Bohrplattform 112 an den Bohrmeißel 116 überträgt. Das Lenkwerkzeug 123 kann demnach einen Teil des Bohrgestänges 118 umfassen, der die Antriebswelle bereitstellt, mit dem Gehäuse 129 darauf montiert. Das Gehäuse 129 ist im Wesentlichen koaxial auf der Antriebswelle montiert, wobei die Antriebswelle im Verhältnis zum Gehäuse 129 rotierbar ist, um eine angetriebene Rotation der Antriebswelle im Gehäuse 129 zu ermöglichen, während das Gehäuse 129 eine konstante Rotationsausrichtung beibehält. Es gilt zu beachten, dass das Gehäuse 129 dazu dienen kann, die Richtung des Bohrgestänges 118 zu biegen oder abzulenken, und daher nicht zu jeder Zeit perfekt koaxial zum Rohrgestänge 118 sein braucht. Terminologie, die sich auf eine koaxiale Anordnung dieser Komponenten bezieht, ist als eine derartige leichte Fehlausrichtung einschließend zu verstehen. Auf ähnliche Weise bedeutet eine Beschreibung einer rotierbaren Montage des Gehäuses 129 auf dem Rohrgestänge 118 nicht, dass das Gehäuse 129 während des Bohrbetriebs rotiert, sondern zeigt stattdessen, dass das Gehäuse 129 und das Rohrgestänge 118 nicht rotational miteinander verknüpft sind, und demnach im Verhältnis zueinander rotierbar sind, was eine Nichtrotation des Gehäuses 129 ermöglicht.
Das Rotationsverankerungsgerät 315 ist auf dem Gehäuse 129 montiert, um einer Rotation des Gehäuses 129 mit dem Rohrgestänge 118 um eine Längsachse 209 (2) des Bohrstrangs 108 zu widerstehen, sodass das Gehäuse 129 im Wesentlichen im Hinblick auf Rotation stationär ist. Das Rotationsverankerungsgerät 315 ist konfiguriert, um eine derartige Rotationsverankerung durch Eingriff mit einer Wand 115 des Bohrlochs 104 zu erzielen, sodass Widerstandsdrehmoment von der Bohrlochwand 115 über das Rotationsverankerungsgerät 315 auf das Gehäuse 129 übertragen wird. Der Betrieb eines beispielhaften Rotationsverankerungsgeräts 315 wird ausführlicher mit Verweis auf 3–9 beschrieben.
Direktionale Bohrsteuerung durch die Verwendung einer Vorrichtung, die eine stationäre Komponente umfasst, wie das Gehäuse 129, ist im Stand der Technik bekannt, in dieser beispielhaften Ausführungsform umfassend Deflektion der Achse der Antriebswelle entlang der Länge des Gehäuses 129, z. B. durch Wellenbiegemechanismen, die durch das Gehäuse 129 getragen werden. Wie erwähnt, ist es für genaues Lenken kritisch, dass das Gehäuse 129 während derartiger Lenkvorgänge nicht rotiert, da das stationäre Gehäuse 129 als Referenz für die Lenkrichtung dient.
Die BHA 122 kann ferner einen Stabilisator 153 (siehe auch 2) nah am Meißel umfassen, der sich nah hinter dem Bohrmeißel 116 befindet, angrenzend an ein Ende des Gehäuses 129 weiter unten im Bohrloch.
Die Anlage 100 kann ein Oberflächensteuerungssystem 140 enthalten, um Signale von Sensoren im Bohrloch und Geräten der Telemetrieausrüstung zu empfangen, wobei die Sensoren und Telemetrieausrüstung in den Bohrstrang 108 integriert sind. In dieser beispielhaften Ausführungsform umfasst die BHA 122 eine Mess- und Steuerungsbaugruppe 120, die linear im Bohrstrang 108 verbunden ist und sich direkt über dem Lenkwerkzeug 123 im Bohrloch befindet. Die Mess- und Steuerungsbaugruppe 120 kann Geräteausstattung enthalten, um Bohrlochparameter, Bohrstrangleistung und dergleichen zu messen. Die Baugruppe 120 kann ferner Telemetrieausrüstung enthalten, um Kommunikation mit dem Oberflächensteuerungssystem 140 zu ermöglichen, z. B. um Mess- und Geräteausstattungsinformationen zu übertragen, und um Steuerungssignale von dem Oberflächensteuerungssystem 140 zu empfangen. Derartige Steuerungssignale können durch einen Bediener bereitgestellte Lenkbefehle enthalten, die an das Lenkwerkzeug 123 weitergeleitet werden.
Das Oberflächensteuerungssystem 140 kann Bohrparameter und andere Informationen auf einer Anzeige oder einem Bildschirm anzeigen, die/der durch einen Bediener verwendet wird, um die Bohrvorgänge zu steuern. Einige Bohranlagenarten können teilweise oder vollständig automatisiert sein, sodass Bohrsteuerungsvorgänge entweder manuell, halbautomatisch oder vollautomatisch sein können. Das Oberflächensteuerungssystem 140 kann ein Computersystem umfassen, das ein oder mehr Datenprozessoren und Datenspeicher aufweist. Das Oberflächensteuerungssystem 140 kann die Bohrvorgänge betreffende Daten, Daten von Sensoren und Geräten an der Oberfläche, aus dem Bohrloch empfangene Daten verarbeiten und kann einen oder mehrere Vorgänge von Bohrlochwerkzeugen und Geräten, die sich im Bohrloch befinden, und/oder Oberflächengeräten steuern.
3 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des Lenkwerkzeugs 123 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Das Gehäuse 129 ist in dieser beispielhaften Ausführungsform mit drei Rotationsverankerungsgeräten 315 ausgestattet, die in regelmäßigen Abständen um den Umfang des Gehäuses 129 angeordnet sind, sodass benachbarte Rotationsverankerungsgeräte 315 um 120° voneinander beabstandet sind.
In diesem Beispiel ist jedes Rotationsverankerungsgerät 315 durch eine Baugruppe bereitgestellt, die ein modular entfernbares und austauschbares Befestigungselement oder einen Einsatz bildet, das/der teilpermanent an einer radial äußeren Oberfläche des Gehäuses 129 befestigt ist. Das Gehäuse 129 ist demnach geformt, sodass es einen komplementären aufnehmenden Hohlraum oder eine Fassung 305 für jedes der Geräte 315 definiert.
Jedes Rotationsverankerungsgerät 15 umfasst einen Körper oder Rahmen 308, der mit einem Paar Rotationsverankerungsmechanismen 318, die im Rahmen 308 aufgenommen und mit ihm verbunden sind, teilpermanent am Gehäuse 129 befestigt ist. Jeder Rotationsverankerungsmechanismus 318 umfasst je eine Verankerungsverbindung 321, die ein Verankerungselement in der beispielhaften Form einer Rolle 323 verlagerbar mit dem Gehäuse 129 verbindet. Jede Verankerungsverbindung 321 ist unabhängig radial nach außen vom Gehäuse 129 erweiterbar, um die Rolle 323 radial weg vom Gehäuse 129 und zur Bohrlochwand 115 hin zu bewegen. Umgekehrt ist die Verankerungsverbindung 321 in Reaktion auf gezwungene Bewegung der Rolle 323 radial näher zum Gehäuse 129 radial aus einer derartigen erweiterten Position einziehbar.
Die Verankerungsverbindungen 321 des Paars Rotationsverankerungsmechanismen 318 sind in einem bestimmten Gerät 315 identisch, weisen jedoch entgegengesetzte Längsausrichtungen auf, sodass ihre Rollen 323 in Längsrichtung gestuft sind. In diesem Beispiel umfasst jede Rolle 323 ein Paar scheibenförmiger Schaufeln 325 (siehe z. B. 6), die koaxial auf einer gemeinsamen Spindel 537 (5) montiert sind, die Komponententeile der Verankerungsverbindung 321 schwenkbar miteinander verbindet (wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird).
Eine Rotationsachse 412 (siehe z. B. 4) jeder der Rotten 323 ist mehr oder weniger tangential im Verhältnis zur Längsachse des Gehäuses 129 ausgerichtet, um Rollenkontakt mit der Formation bereitzustellen, wodurch ein Rollen der Rollschaufeln 325 in Längsrichtung entlang der zylindrischen Bohrlochwand 115 in Reaktion auf Längsbewegung des Bohrstrangs 108, auf dem das Gehäuse 129 montiert ist, ermöglicht wird. Die Rollenschaufeln 325 können konfiguriert sein, um in die Bohrlochwand 115 einzudringen, in diesem Beispiel schmal zulaufend zur radialen Umfangskante. Während der Verwendung können die Schaufeln 325 demnach in die Bohrlochwand 115 schneiden, um die Übertragung von Widerstandsdrehmoment zu den Schaufeln 325 durch die Wand zu fördern, während eine Bewegung in Längsrichtung entlang dieser ermöglicht wird.
Wie aus 3 ersichtlich ist, definiert eine teilzylindrische Platte des Rahmens 308 eine Abdeckung 327, die sich teilweise über die gelenkigen Verankerungsverbindungen 321 erstreckt, die effektiv einen Teil der radial äußeren Oberfläche des Gehäuses 129 bildet. Die Abdeckung 327 definiert eine Öffnung oder einen Schlitz 329, die/der einen radialen Durchlass der Verbindungskomponenten und der Rollen 323 durch die Abdeckung 327 ermöglicht (siehe auch 7).
Zwecks Klarheit der Darstellung zeigen 4A und 4B einen der Rotationsverankerungsmechanismen 318 isoliert, wobei sich die Verankerungsverbindung 321 in 4A in einem vollständig eingezogenen Zustand befindet und in 4B in einem vollständig erweiterten Zustand befindet. Die beispielhafte Verankerungsverbindung 321 umfasst eine Vielzahl von Verbindungsgliedern, die miteinander verbunden und/oder derart montiert sind, dass die Enden der entsprechenden Verbindungsglieder um eine jeweilige Schwenkachse schwenken. Die Schwenkachsen können im Wesentlichen parallel sein (annähernd tangential im Verhältnis zu der Achse des Gehäuses), sodass die Verankerungsverbindung 321 eine sogenannte planare Verbindung bereitstellt.
Eins der Verbindungsglieder der Verankerungsverbindung 321 kann in seiner Länge variabel sein, um den Abstand zwischen den Achsen, um die es schwenkbar ist, dynamisch zu verändern. In dieser Ausführungsform ist ein variables Verbindungsglied durch eine Teleskopstange 331, die im Verhältnis verlagerbare Verbindungsgliedkomponenten in der beispielhaften Form eines Paars steifer Metallröhren 519 (siehe 5) umfasst, die koaxial ausgerichtet und verschiebbar miteinander verbunden sind, wobei eine der Röhren 519 teleskopisch in der anderen aufgenommen ist. Es gilt zu beachten, dass, wenngleich die Teleskopstange 331 hier als ein Verbindungsglied mit einer variablen Länge beschreiben ist, die Röhren 519 außerdem als ein Paar steifer Verbindungsgliedelemente beschrieben werden können, die verschiebbar miteinander verbunden sind, um ein prismatisches Verbindungsgliedpaar zu bilden.
Mit kurzem Verweis auf 5 ist ersichtlich, dass die Teleskopstange 331, die das variable Verbindungsglied bereitstellt, einen Teil eines Betätigungsmechanismus 523 bildet, der in die Verankerungsverbindung 321 integriert ist, um eine Expansion der Verankerungsverbindung 321 zu forcieren. Der Betätigungsmechanismus 523 kann eine Federanordnung umfassen, die in diesem Beispiel eine spiralförmige Druckfeder 529 ist, die koaxial in einem in Längsrichtung verlaufenden inneren Hohlraum angeordnet ist, der durch die Röhren 519 der Teleskopstange 331 definiert wird. Entgegengesetzte Enden der Feder 529 drücken gegen die entsprechenden Röhren 519 und drücken diese auseinander.
Eine proximale eine der Röhren 519 ist auf dem Gehäuse 129 (in diesem Beispiel durch den Rahmen 308) montiert, um um eine Montageachse 416 (in 4 als Punkt D gekennzeichnet) schwenkbar zu sein, die im Wesentlichen tangential im Verhältnis zur Längsachse 209 ist und sich somit im Wesentlichen lotrecht zur Längsrichtung des Bohrlochs 104 erstreckt. Ein Kugelgelenk 541 stellt in diesem Beispiel die schwenkbare Verbindung der Teleskopstange 331 mit dem Gehäuse 129 bereit, wobei ein proximales Ende der proximalen Röhre 519 eine teilweise konvexe äußere Form aufweist, die in einer komplementären konkaven Fassung 305 aufgenommen ist, die durch den Rahmen 308 des Einsatzes bereitgestellt ist. Das radiale Schwenken der Teleskopstange 331 nach außen wird an der Obergrenze seiner Bewegungsreichweite durch ein Hindernis auf der Abdeckung 327 gestoppt, dessen Position einem vollständig erweiterten Zustand der Verankerungsverbindung entspricht. Die Verankerungsverbindung ist demnach durch die Teleskopstange 331 am Gehäuse 129 montiert, das demnach ein Montageverbindungsglied mit variabler Länge bereitstellt, das um eine fixierte Achse (416) im Verhältnis zum Gehäuse 129 schwenkbar ist. Es ist anzumerken, dass der Rahmen 308, wenn er am Gehäuse 129 befestigt ist, in Längsrichtung, radial und rotational mit dem Gehäuse 129 formschlüssig verbunden ist und einen integrierten strukturellen Teil des Gehäuses 129 bildet, und die Beschreibung oder Referenzen von Verbindung oder Montage von Komponenten zum Gehäuse 129 enthält eine Verbindung oder Montage derartiger Komponenten am Rahmen 308 und umgekehrt.
Zurückkehrend jetzt zu 4A und 4B ist ersichtlich, dass die anderen Verbindungsglieder der Verankerungsverbindung 321 in dieser beispielhaften Ausführungsform durch steife Verbindungsgliedelemente mit nicht variabler Länge bereitgestellt sind, hier bereitgestellt durch steife Verbindungsgliedstangen. Die Teleskopstange 331 wird als ein einziges Verbindungsglied mit variabler Länge angesehen, die Verankerungsverbindung 321 umfasst in diesem Beispiel einen viergliedrigen Mechanismus. Die Verbindungsgliedstangen umfassen ein steifes Montageverbindungsglied 400 (das entlang Linie 0A wirkt), ein indirektes Montageverbindungsglied 420 (BE) und ein Zwischenverbindungsglied 424 (EA).
Das steife Montageverbindungsglied 400 ist schwenkbar an einem proximalen Ende davon auf dem Rahmen 308 montiert, um um eine Montageachse 404 (gekennzeichnet als Punkt O) zu schwenken, die im Wesentlichen parallel zur Montageachse 416 der Teleskopstange 331 ist. Das entgegengesetzte, distale Ende des steifen Montageverbindungsglieds 400 ist am distalen Ende der Teleskopstange 331 an einem äußeren Gelenk 408 (gekennzeichnet als Punkt A) verbunden, sodass die Teleskopstange 331 und das steife Montageverbindungsglied 400 (0A) im Verhältnis um eine Gelenkachse 436 schwenkbar sind, die im Wesentlichen parallel zu den Montageachsen 416, 404 ist. Das steife Montageverbindungsglied 400 ist in diesem Beispiel gewinkelt und bildet einen Knick radial nach außen angrenzend an sein distales Ende, um ein flaches radiales Profil für die Verankerungsverbindung 321 zu ermöglichen. Die Rolle 323 wird an dem äußeren Gelenk 408 durch die Verankerungsverbindung 321 getragen, wobei ihre Rollenachse 412 koaxial zur Gelenkachse 436 verläuft.
Das indirekte Montageverbindungsglied 420 (BE) ist auf ähnliche Weise wie das steife Montageverbindungsglied 400 mit dem Gehäuse 129 verbunden, wobei es um eine entsprechende Montageachse 428 (gekennzeichnet durch Punkt B), die parallel zu den anderen Montageachsen 416, 404 ist, schwenkbar ist. Das indirekte Montageverbindungsglied 420 ist jedoch nicht direkt schwenkbar mit dem äußeren Gelenk 408 verbunden, ist jedoch stattdessen an einem schwebenden Gelenk 432, das eine zugeordnete Schwenkachse (durch E gekennzeichnet), um die das indirekte Montageverbindungsglied 420 und das Zwischenverbindungsglied 424 schwenkbar sind, mit einem Zwischenverbindungsglied 424 verbunden. Die Gelenkachse 436 ist im Wesentlichen parallel zu der Montageachse 428. Daher ist ersichtlich, dass jedes Paar schwenkbar verknüpfter steifer Verbindungsglieder ein Rotationspaar bilden, wobei das variable Verbindungsglied DA eine Komponente der Rotationsverbindungsgliedpaare mit variabler Länge mit Verbindungsgliedern EA und OA umfasst.
Das entgegengesetzte, radiale äußere Ende des Zwischenverbindungsglieds 424 ist am äußeren Gelenk 408 (A) schwenkbar sowohl mit dem steifen Montageverbindungsglied 400 als auch der Teleskopstange 331 verbunden, um um die Gelenkachse 436 zu schwenken.
4A zeigt die Verankerungsverbindung 321 in einem vollständig eingezogenen Zustand, in dem sich die Rolle 323 an einer radial am weitesten innen gelegenen Position befindet. 4B zeigt die Verankerungsverbindung 321 in einem vollständig erweiterten Zustand, in dem sich die Rolle 323 in ihrer am weitesten radial vom Gehäuse 129 beabstandeten Position befindet. Es gilt zu beachten, dass die Expansion der Verankerungsverbindung 321 das radiale Schwenken aller drei der Montageverbindungsglieder 331, 400 und 420 nach außen umfasst, was durch die forcierte Erweiterung der Teleskopstange 331 verursacht wird. Die Bewegung der äußeren Gelenkachse 436 (und demnach der Rolle 323) beschreibt einen Bogen auf einem Radius um die Montageachse 404, wobei die steife Verbindungsgliedstange das steife Montageverbindungsglied 400 (0A) bereitstellt, das sich zwischen der Montageachse 404 und der äußeren Gelenkachse 436 erstreckt. Die Montageachsen 404, 428 und 416 sind am Gehäuse fixiert und demnach in einem festen räumlichen Verhältnis.
Es gilt zu beachten, dass, wenn sie sich im vollständig eingezogenen Zustand befindet (4A), sich die Teleskopstange 331 wenigstens teilweise radial nach außen erstreckt, sodass eine Linie zwischen ihrer Montageachse 416 und der äußeren Gelenkachse 436 eine positive radiale Komponente aufweist. Eine derartige radial nach außen verlaufende Ausrichtung im eingezogenen Zustand fördert die einfache Expansion der Verankerungsverbindung 321 durch Vergrößern eines Hebelarms eines Moments, das durch die Teleskopstange 331 auf das steife Verankerungsverbindungsglied 400 (0A) ausgeübt wird. Dieser Hebelarm kann ferner durch eine Auswahl der radialen Positionen der Montageachse 416 und der Montageachse 404 verstärkt werden. Wie aus 4A ersichtlich, ist beispielsweise die Montageachse 416 der Teleskopstange 331 radial über die Montageachse 404 des steifen Montageverbindungsglieds 400 (0A) hinaus positioniert, sodass, selbst wenn sich die Teleskopstange 331 axial erweitern würde, wenn sie vollständig eingezogen ist (was in diesem Beispiel nicht der Fall ist), eine Betätigungskraft entlang der Länge der Teleskopstange 331 dazu neigen würde, das steife Montageverbindungsglied 400 (0A) radial nach außen zu schwenken.
Wenngleich der Verbindungsmechanismus der Verankerungsverbindung 321 als eine planare Verbindung beschrieben ist, bedeutet dies nicht, dass die Verbindungsgliedstangen und die Teleskopstange 331 in einer gemeinsamen Ebene liegen, sondern drückt stattdessen aus, dass die Schwenkachsen der Verbindung (z. B. alle der Schwenkgelenke zwischen den Verbindungsgliedern und alle der schwenkbaren Montageverbindungen) im Wesentlichen parallel zueinander sind.
Wie aus 6 und 7 (die ein Paar Rotationsverankerungsmechanismen 318 eines der Geräte 315 radial nach innen betrachtet und rechtwinklig zu den Rollenachsen 436 zeigen) ersichtlich, kann/können eine oder mehrere der Verbindungsgliedstangen lateral gewinkelt oder gebogen sein (d. h. im Umfang oder tangential von der Längsrichtung des Verbindungsglieds abweichend). In diesem Beispiel ist das proximale Ende (an Punkt O) des steifen Montageverbindungsglieds 400 axial teilweise mit dem proximalen Ende (an Punkt B) des indirekten Montageverbindungsglieds 420 ausgerichtet, weist jedoch eine laterale Stufe 606 angrenzend an das indirekte Montageverbindungsglied 420 auf, um das Verbindungsglied 420 an Punkt B freizuhalten. Dadurch sind das steife Montageverbindungsglied 400 und das indirekte Montageverbindungsglied 420 in einer nah beabstandeten Anordnung nebeneinander angrenzend an die Montageachse 404. Eine Montageformation an Punkt B kann demnach eine laterale Verankerung für das steife Montageverbindungsglied 400 bereitstellen.
An und angrenzend an die Montageachsen 428 des indirekten Montageverbindungsglieds 420 ist das steife Montageverbindungsglied 400 mit dem proximalen Ende des Zwischenverbindungsglieds 424 (an Punkt E) axial ausgerichtet. Das steife Montageverbindungsglied 400 ist lateral nach außen abgewinkelt, jedoch an einer mittigen Knickstelle 612, um das Zwischenverbindungsglied 424 freizuhalten. Zu guter Letzt weist das steife Montageverbindungsglied 400 eine umgekehrte Knickstelle 618 angrenzend an seinem distalen Ende (an Punkt A) auf, sodass ein Abschnitt des steifen Montageverbindungsglieds 400 an seinem distalen Ende axial verläuft, wenn in der Ausrichtung aus 6 und 7 betrachtet.
Das Zwischenverbindungsglied 424 weist einen einzigen lateralen Schritt auf, um einen Endabschnitt des Zwischenverbindungsglieds 424 derart zu positionieren, dass das distale Ende 533 der Teleskopstange 331 lateral am äußeren Gelenk 408 (an Punkt A) zwischen den distalen Enden des steifen Montageverbindungsglieds 400 und des Zwischenverbindungsglieds 424 eingefasst ist. Die distalen Enden der entsprechenden Verbindungsglieder, die am äußeren Gelenk 408 verbunden sind, weisen jeweilige sich lateral erstreckende Öffnungen oder Ösen auf (d. h. sich tangential im Verhältnis zum Bohrloch 104 erstreckend), die koaxial ausgerichtet sind, um die Spindel 537 der Rolle 323 aufzunehmen. Wie vorab erwähnt, sind die distalen Enden der relevanten Verbindungsglieder an dem äußeren Gelenk 408 zwischen den Schaufeln 325 der Rolle 323 angeordnet.
Die laterale Konfigurierung der Verankerungsverbindung 321 allgemein und des steifen Montageverbindungsglieds 400 (0A) insbesondere ermöglicht eine besondere Anordnung eines Paars der Rotationsverankerungsmechanismen 318, sodass sie ein kompaktes laterales Profit aufweisen. Die Verankerungsverbindungen 321 der jeweiligen Rotationsverankerungsmechanismen 318 in einem verknüpften Paar weisen entgegengesetzte axiale Ausrichtungen auf (z. B. um 180° rotiert, wenn in der Richtung aus 6 betrachtet). Dies ermöglicht das Positionieren der Rolle 323 eines der Rotationsverankerungsmechanismen 318 in einem lateralen Raum oder einer Aussparung, der/die durch den anderen Mechanismus 318 definiert ist.
Wie aus 6 und 9 ersichtlich ist, ermöglicht die Konfiguration der Mechanismen 318 wie beschrieben eine verhältnismäßige Umfangspositionierung der Rollen 323, sodass sie wenigstens teilweise überlappen, wenn sie in einer axialen Richtung (9) betrachtet werden. Eine kumulative laterale Breite des Paars Rotationsverankerungsmechanismen 318 ist demnach geringer als das Doppelte der lateralen Breite von einem der Mechanismen 318. Es gilt zu beachten, dass eine der Verankerungsverbindungen 321 jedes Rotationsverankerungsgeräts 315 aus 9 radial erweitert ist, wobei die andere Verankerungsverbindung 321 in einem radial eingezogenen Zustand dargestellt ist. Die schrittweise Expansion aus 9 wird gezeigt, um die Umfangüberlappung zwischen den Rollen 323 in einem Paar zu veranschaulichen und um die unabhängige Expandierbarkeit der entsprechenden Verankerungsverbindungen in jedem Paar zu betonen. Ein weiterer Vorteil des lateralen Profils der Verbindungsglieder ist, wie beschrieben, dass die laterale Steifheit der Verankerungsverbindung 321 durch eine größere laterale Breite verstärkt wird, wodurch die effektive Drehmomentübertragung über die Verankerungsverbindung 321 zwischen der Formation und dem Gehäuse 129 gefördert wird.
Wie aus 7 ersichtlich ist, kann der Schlitz 329 der Abdeckung 327 einen abgeflachten S-förmigen Umriss aufweisen, der die natürlich abgestuften Positionen der Rollen 323 und die Teile der jeweiligen gelenkigen Verankerungsverbindungen 321, die radial über die Abdeckung 327 hinaus stehen, wenn sich die Verankerungsverbindungen 321 in ihren vollständig erweiterten Zuständen befinden, aufnimmt (siehe z. B. 8).
Während des Betriebs sind die gelenkigen Verankerungsverbindungen 321 zuerst vollständig erweitert (z. B. 8) und werden durch den Federdruck der Teleskopstange 331 radial nach außen forciert. Sobald sie sich im Bohrloch 104 befinden, liegen die Rollen 323 jedoch an der Bohrlochwand 115 an und werden radial nach innen zum Gehäuse 129 hin gedrückt. Die Verankerungsverbindung 321 widersteht elastisch einer derartigen radialen Kompression (erneut aufgrund der elastischen Kompression der Feder 529 der Teleskopstage 331 in Reaktion auf radiales Zusammenziehen der Verankerungsverbindung 321), sodass eine Kraft radial nach außen allgemein normal zum entsprechenden Abschnitt der Bohrlochwand 115 durch die Verankerungsverbindung 321 auf der Rolle 323 ausgeübt wird.
Lagerreibung zwischen der Antriebswelle, die durch das Gehäuse 129 verläuft, übt ein Rotationsdrehmoment auf das Gehäuse 129 auf, welches dazu neigt, das Gehäuse 129 mit der Antriebswelle zu rotieren. Kontaktkräfte zwischen den Rollen 323 und der Bohrlochwand 115 weisen sowohl eine radiale Komponente und eine tangentiale Komponente auf, wenn das Bohrgestänge 118 rotiert wird, was ein Antirotationsmoment über die Verankerungsverbindung 321 auf das Gehäuse 129 ausübt. Der Kontakt zwischen den Rollen 323 und der Bohrlochwand 115 kann gelegentlich ausschließlich Oberflächenkontakt umfassen, wobei Rotationswiderstand in diesem Fall hauptsächlich durch Reibung zwischen den Rollen 323 und der Bohrlochwand 115 entsteht. Die Rollen 323 schneiden jedoch typischerweise in die Bohrlochwand und dringen in die Erdformation ein, sodass die rotierende oder tangentiale Interaktion wenigstens bis zu einem gewissen Grad durch den positiven Eingriff zwischen den Rollen 323 und der Bohrlochwand 115 bedingt ist. Um einen derartigen Eingriff zu ermöglichen, können die Rollen 323 derart geformt sein, dass jede Rolle zu einem verhältnismäßig scharfen im Umfang verlaufenden radial äußeren Umfang oder Rand zugespitzt ist, wie eine Pflugschar.
Der radiale Abstand des äußeren Durchmessers des Gehäuses 129 von der Bohrlochwand 115 kann während des Bohrbetriebs variieren. Demnach ist eine Seite des Gehäuses 129, die sich auf der Innenseite einer Biegung oder Kurve während einer Abweichung von der Bohrrichtung befindet, zum Beispiel näher an der Wand 115 als es für die diametrisch entgegengesetzte Seite des Gehäuses 129 der Fall ist. Rotationsexzentrizitäten im Bohrstrang 108 können außerdem eine zyklische oder oszillierende radiale Bewegung des Gehäuses 129 veranlassen.
Die Federverbindung 321 ist konstruiert, um derartige Variabilität in radialer Position dynamisch auszugleichen, während eine ausreichend radial nach außen wirkende Verankerungskraft beibehalten wird, um eine Rotationsverankerung der Rollen 323 an die Bohrlochwand 115 zu fördern. In Reaktion auf eine Verringerung eines radialen Abstands an der entsprechenden Längsposition dient die zugeordnete Rolle 323 als primäres Bewegungselement für die Verbindung 321 und wirkt über die Spindel 537 am äußeren Gelenk 408 direkt auf das variable Montageverbindungsglied 331, das steife Montageverbindungsglied 400 und das Zwischenverbindungsglied 424. Da das steife Montageverbindungsglied 400 steif ist und eine fixierte Scharnier- oder Schwenkmontage auf dem Gehäuse 129 aufweist, ist die äußere Gelenkachse 436 auf eine bogenförmige Bewegung um die Montageachse 404 beschränkt. Der Lokus der Gelenkachse 436 ist schematisch in 4A durch den Bogen 440 angezeigt, der auf dem Radius OA liegt.
Um eine Bewegung der Steuerung 323 zum Gehäuse 129 hin zu ermöglichen, verkürzt sich das Montageverbindungsglied 331 dynamisch teleskopisch, wodurch die Feder 529 komprimiert wird. Eine Betätigungskraft, die durch die Feder auf das variable Montageverbindungsglied 331 entlang seiner Längsrichtung ausgeübt wird, nimmt demnach schrittweise zu, wenn sich die Rolle 323 dem Gehäuse 129 nähert. Es gilt jedoch zu beachten, dass die Winkelausrichtung des variablen Montageverbindungsglieds 331 ebenfalls in Reaktion auf die radiale Expansion der Verbindung 321 variiert. Insbesondere verringert sich der Winkel (durch das Symbol β in 4 gekennzeichnet), in dem sich das variable Montageverbindungsglied 331 in Längsrichtung des Bohrstrangs 108 erstreckt, wenn die Rolle 323 näher an das Gehäuse 129 gedrückt wird, sodass eine kleinere proportionale Komponente der Erweiterungskraft radial nach außen wirkt. Anders als bei typischen Aufhängungssystemen, wie Fahrzeugaufhängungen, ist es nicht unbedingt wünschenswert, dass die Verbindung 321 des Rotationsverankerungsmechanismus 318 einen zunehmend größeren Widerstand gegen die Verlagerung des aufgehängten Elements (z. B. die Rolle 323) zum Körper, auf dem es montiert ist, bereitstellt. Während es wünschenswert ist, dass eine Aufhängungskraft, die zwischen einem Fahrzeugrad und einem Fahrgestell agiert, am nächsten am Körper am größten ist und schrittweise abnimmt, wenn sie sich vom Fahrgestell weg bewegt, ist die radiale Expansionskraft, die durch die Verbindung 321 auf die Rolle 323 an äußeren Extremen ihres Bewegungsbereichs ausgeübt wird (4B), im Hinblick auf ihre Rotationsverankerungsfunktion von großer Bedeutung.
Wie oben erläutert, ist das Ausmaß der radialen Kraft, die normal auf die Bohrlochwand 115 wirkt, bestimmend für die drehmomentübertragenden Eigenschaften des Eingriffs der Rolle 323 mit der Bohrlochwand 115. Zum Beispiel kann angenommen werden, dass eine tangentiale Reibungskraft in Fällen, in denen die Eindringung in die Formation vernachlässigbar ist, proportional zur radialen Expansionskraft ist. Aus einem Vergleich zwischen 4A und 4B ist ersichtlich, dass sich das variable Montageverbindungsglied 331 (und demnach die darauf wirkende Expansionskraft) der Längsachse im vollständig eingezogenen Zustand (4B) nähert und im vollständig erweiterten Zustand deutlich mehr aufrecht ist (4A). In diesem Beispiel ist der eingeschlossene Winkel zwischen der Kraftausübungsachse (DA) des variablen Montageverbindungsglieds 331 und der Längsrichtung des Gehäuses zwischen ungefähr 10° (4A) und ungefähr 30° (4B) variabel. In einigen Ausführungsformen können die Längen und die Anordnung der Verbindungskomponenten derart ausgewählt sein, dass die radiale Expansionskraft für eine Bewegung der Rolle 323 entlang des Bogens 440 im Wesentlichen konstant ist, während die Verbindung in anderen Ausführungsformen konfiguriert sein kann, um in ihrem vollständig erweiterten Zustand (4B) eine größere radiale Kraft auf die Rolle 323 auszuüben als in ihrem vollständig eingezogenen Zustand (4A). Es gilt zu beachten, dass die primäre Funktion der Rotationsverankerungsgeräte 315 darin besteht, der Rotation des Gehäuses 129 im Verhältnis zur Formation zu widerstehen, nicht das Gehäuse 129 diagonal im Bohrloch 104 zu zentrieren (wenngleich das Gehäuse 129 in gewissem Maße durch die Rotationsverankerungsgeräte 315 von der Bohrlochwand 115 weg gehalten wird). Ein Hebelarm tangentialer Kräfte, die auf die Rolle 323 wirken, nimmt mit einer Zunahme des radialen Abstands der Rolle zu. Ein der Rotation widerstehendes Moment entgegengesetzt zur Rotation des Bohrgestänges 118 kann demnach größer sein, wo das Gehäuse 129 (wenn exzentrisch) am weitesten von der Wand 115 entfernt ist, vorausgesetzt, dass die Rolle 323 durch die Verankerungsverbindung 321 mit ausreichender Kraft nach außen forciert wird.
Während der Bewegung der Rolle 323 radial nach innen entlang des Bogens 440 schwenkt das indirekte Montageverbindungsglied 420 um die Montageachse 428 in eine Richtung entgegengesetzt zur der des steifen Montageverbindungsglieds 400, wodurch ein eingeschlossener Winkel verringert wird, den es mit der Längsrichtung des Gehäuses 129 bildet. Das Zwischenverbindungsglied 424 schwenkt im Verhältnis zum indirekten Montageverbindungsglied 420 um ihre gemeinsame Gelenkachse an Punkt E radial nach außen, während es gleichzeitig um die Gelenkachse 436 der Rolle 323 zum Gehäuse 129 hin schwenkt. Die Gliederung des zusammengesetzten Stützelements, das sich zwischen der Rolle 323 und der Montageachse 428 erstreckt (d. h. das zusammengesetzte Verbindungsglied AE-EB) ermöglicht eine dynamische Verkürzung davon, um die Bogenbewegung der Gelenkachse 436 auszugleichen.
Wie in 4B gezeigt, sind das Zwischenverbindungsglied 424 und das indirekte Montageverbindungsglied 420 bemessen und derart angeordnet, dass sie mehr oder weniger in einer geradlinigen Ende-an-Ende-Ausrichtung sind, wenn die Stützverbindung 321 vollständig erweitert ist, sodass ihr relatives Schwenken eine Kraftübertragung in Längsrichtung zwischen dem Gehäuse 129 und der Rolle 323 entlang Linie AB ermöglicht. In diesem erweiterten Zustand erstreckt sich das Zwischenverbindungsglied 424 in einem Winkel im Verhältnis zur Radialen, der den Winkel der Teleskopstange 331 widerspiegelt, wodurch annähernd ähnliche proportionale Verhältnisse zwischen radialen und längsgerichteten Komponenten der entsprechenden Verbindungsglieder gefördert werden.
Mit kurzem Verweis auf 6 ist ersichtlich, dass das Zwischenverbindungsglied 424 und das steife Montageverbindungsglied 400 wenigstens durch die Breite der Endformation 533 der Teleskopstange 331, die zwischen ihnen eingeschlossen ist, lateral in einem Abstand angeordnet sind. Ein maßgeblicher Unterschied in den Kräften, die jeweils entlang dieser Verbindungsglieder wirken, kann demnach dazu neigen, die Rollenachsen 412 aus der Senkrechten im Verhältnis zur Bohrstrangachse 209 zu verdrehen, mit unerwünschten Ergebnissen. Mit erneutem Verweis auf 4A und 4B ist anzumerken, dass das Zwischenverbindungsglied 424 und das indirekte Montageverbindungsglied 420 derart konfiguriert sind, dass das Zwischenverbindungsglied 424 eine ähnliche Ausrichtung aufweist wie die Ausrichtung eines Endabschnitts des steifen Montageverbindungsglieds 400 (0A) über den Bewegungsbereich der Verankerungsverbindung 321.
Die oben beschriebene gelenkige Gliederung der Verankerungsverbindung 321 ist im Hinblick auf ihre Reaktion darauf, dass die Rollerachse 412 radial nach innen gedrückt wird. Wenn sich das Gehäuse 129 radial weiter von der Bohrlochwand weg bewegt oder wenn eine Rolle 323 weiter in die Formation eindringt, tritt die gelenkige Gliederung der jeweiligen Komponenten der Verankerungsverbindung 321 umgekehrt als oben beschrieben auf, wodurch die Rollenachse 412 radial nach außen in Kontakt mit der Bohrlochwand 115 gedrückt wird. Die primäre bewegende Kraft der Expansion der Verankerungsverbindung 321 ist die Teleskopstange und insbesondere die radial äußere Röhre 519, die verschiebend durch Betätigung der Feder 529 von der Montageachse 416 weg gedrückt wird.
Ein Merkmal der Verankerungsverbindung 321 der beispielhaften Ausführungsform ist, dass, wenngleich das durch die Teleskopstange 331 bereitgestellte Verbindungsglied im Verhältnis zur Radialen in einem verhältnismäßig flachen Winkel ist (insbesondere in dem vollständig eingezogenen Zustand aus 4A), eine radiale Komponente der durch die Feder 529 bereitgestellten Betätigungskraft und entlang der Linie DA wirkend durch Widerstandskräfte unterstützt oder verstärkt wird, die über die entgegengesetzten Montageverbindungsglieder entlang Linie BE-EA bzw. Linie OA vom Gehäuse 129 an die Rolle 323 übertragen werden.
Das beispielhafte Lenkwerkzeug 123 zeigt eine Anzahl von Vorteilen gegenüber bestehenden Bohrstranganordnungen oder Werkzeugen, die nicht rotierende Komponenten (wie das Gehäuse 129) aufweisen, die während der Rotation des Rohrgestänges 118 rotationsstatisch gehalten werden. Einige dieser Vorteile sind offensichtlich, wenn der beispielhafte Rotationsverankerungsmechanismus 318 mit der allseits bekannten Peaucellier-Verbindung verglichen wird, die Rotationsbewegung in geradlinige Bewegung umsetzt oder umgekehrt und die in einigen bestehenden Rotationsverankerungsmechanismen verwendet wurde.
Die Peaucellier-Verbindung umfasst typischer Weise eine planare 6-Stangen-Verbindung, wobei die Stangen eine fixierte Länge aufweisen und um parallele Gelenkachsen schwenkbar miteinander verbunden sind. In der Peaucellier-Verbindung sind vier der Stangen als Rhombus angeordnet, in ihrer Länge identisch und schwenkbar mit einem Viereck verbunden. Um die Erläuterung einfach zu halten und die oben mit Verweis auf 4 verwendeten Kennzeichnungen widerzuspiegeln, können die Ecken des dadurch geformten Rhombus als A, B, C und D gekennzeichnet sein. Ein Paar längerer Stangen sind schwenkbar durch entsprechende Gelenke an entgegengesetzten Eckpunkten des Rhombus ABCD verbunden. Die längeren Stangen sind an ihren entgegengesetzten Enden schwenkbar miteinander verbunden, typischer Weise schwenkbar um einen fixierten Punkt (z. B. O). Die Punkte O, B und D sind ausgerichtet und liegen auf einer symmetrischen Achse der Peaucellier-Verbindung.
Wenn eine Bewegung von Punkt B der Peaucellier-Verbindung derart eingeschränkt ist, dass sie einen Kreis beschreibt, dann beschreibt der Punkt D zwangsläufig eine gerade Linie lotrecht zur Symmetrieachse. Wenn der Punkt D hingegen auf eine Bewegung entlang einer geraden Linie (die nicht durch den Punkt O verläuft) eingeschränkt ist, dann beschreibt der Lokus der Punkte B zwangsläufige einen Kreis, der durch O verläuft. Die Peaucellier-Verbindung setzt demnach eine Kreisbewegung in eine geradlinige Bewegung um, oder umgekehrt.
Die beispielhafte Verankerungsverbindung 321 ist analog zur Peaucellier-Verbindung, unterscheidet sich jedoch in einer Reihe von maßgeblichen Aspekten. Zuerst wird das betätigte Verankerungselement (z. B. die Rolle 323) entlang eines bogenförmigen oder gekrümmten Pfads bewegt, statt eine gerade Linie zu ziehen. Es gilt zu beachten, dass wie bei der Verankerungsverbindung 321 die Punkte A und D der Peaucellier-Verbindung durch ein steifes Verbindungsglied verbunden sind. Nur eins der Gelenke O, B und D der Peaucellier-Verbindung kann jedoch zu einem beliebigen Zeitpunkt fixiert montiert sein. Da jedoch sowohl Gelenk O und D der Verbindung 321 fixiert auf einer gemeinsamen Stützstruktur montiert sind, ist die Rollengelenkachse 436 (A) auf eine Bewegung entlang des Bogens 440 eingeschränkt, während das variable Montageverbindungsglied 331 (OA) dynamisch in seiner Länge variiert, um eine bogenförmige Bewegung der Rollenachse um D zu ermöglichen. Der Mechanismus 318 ist außerdem kompakter als der Peaucellier-Mechanismus, da eine symmetrische Hälfte der Peaucellier-Verbindung überflüssig gemacht wird, sodass die Verbindungsglieder OC, BC und DC ausgelassen werden.
Während die Peaucellier-Verbindung nur eine fixierte Schwenkachse (z. B. O) aufweist, ist die Verankerungsverbindung 321 durch um die Achsen 416, 428 bzw. 404 schwenkende Montageverbindungsglieder auf dem Gehäuse fixiert. Die Verankerungsverbindung 321 weist demnach drei fixierte Montageachsen auf. Das Bereitstellen zusätzlicher Montageachsen (z. B. 404 und 428) bietet mehrere Vorteile. Die Steifheit der Verankerungsverbindung 321 in Längsrichtung wird im Verhältnis zu der der Peaucellier-Verbindung deutlich erhöht, da keine axiale Verschiebung der Montageachsen B und O stattfindet. Stattdessen behalten die Montageachsen 13, D und O während des Ausdehnens und Einziehens der Verbindung 321 ein unverändertes räumliches Verhältnis bei. Einer axialen Komponente der entlang Linie DA wirkenden Erweiterungskraft der Teleskopstange wird nicht nur durch das steife Element des Verbindungsglieds AO widerstanden, sondern auch durch das zusammengesetzte Verbindungsglied AEB.
Wie oben erwähnt, ist die entlang Linie DA wirkende Betätigungskraft gleich und entgegengesetzt zu axialen Komponenten von Widerstandskräften, die in Reaktion darauf, dass sie axial gegen ihre fixierten Halterungen am Gehäuse 129 gedrückt werden, entlang des zusammengesetzten Verbindungsglieds BEA und des steifen Montageverbindungsglieds 400 (OA) wirken. Wenngleich die axialen Komponenten der Verbindungsglieder an entgegengesetzten Längsseiten der Gelenkachse einander demnach aufheben, wirken diese Kräfte in derselben radialen Richtung, d. h. radial nach außen. Aufgrund der axialen Steifheit der Verbindung 321 wird die auf die Gelenkachse 436 wirkende radiale nach außen gerichtete Kraft durch Übertragung von Widerstandskräften vom Gehäuse 129 auf die Gelenkachse 436 verstärkt. Die Peaucellier-Verbindung kann einen derartigen Mechanismus zum Beispiel nicht nutzen, da ihre Gelenkachsen, die Achsen B und O entsprechen, im Verhältnis zu einer einzigen fixierten Montageachse verschoben sind. Der Mechanismus 318 ist außerdem robust und verlässlich, insbesondere verglichen mit den zwei verschiebbaren Montagepunkten der Peaucellier-Verbindung.
Das zusammengesetzte Verbindungsglied BA kann ferner als eine Modifizierung des Peaucellier-Verbindungsgliedmechanismus angesehen werden, die das Bereitstellen eines schwenkbaren Gelenks in der Peaucellier-Stange umfasst, die eine Innenseite des Rhombus (z. B. Verbindungsglied BA) bildet. Das Zwischenverbindungsglied 424 und das indirekte Montageverbindungsglied 420 können demnach als eine gelenkige Verbindungskomponente interpretiert werden, die eine Verbindung zwischen der Gelenkachse 436 (A) und der inneren Montageachse 428 (B) bereitstellt, die in ihrer Länge variabel ist, um den Abstand zwischen dem Punkt A und B dynamisch zu verändern. Die Gliederung der Verbindung BA ermöglicht nicht nur eine dynamische Längenveränderung, die erforderlich ist, wenn die Gelenkachse 436 einen konstanten Radius um die Montageachse 416 (O) ziehen soll, während das zusammengesetzte Verbindungsglied AB fest an der Achse B montiert ist, sondern stellt außerdem eine dynamische Veränderung der Konfiguration des zusammengesetzten Verbindungsglieds AB während der radialen Expansion/Kontraktion bereit. Auf diese Weise erzielt das indirekte Montageverbindungsglied 420 (BE) ein flaches Profil, wenn der Mechanismus 318 vollständig eingezogen ist (4A), erstreckt sich im Wesentlichen axial, weist jedoch eine ähnliche Winkelausrichtung auf wie das Zwischenverbindungsglied 424 (AE), wenn der Mechanismus erweitert ist.
Es gilt zu beachten, dass das zusammengesetzte Verbindungsglied AB in diesem Beispiel als ein Stützelement dient und Steifheit und strukturelle Stützung für die Rolle 323 bereitstellt, statt eine leitende Funktionseigenschaft der Verbindungsglieder in klassischen planaren Verbindungen durchzuführen. Man bedenke zum Beispiel, dass das Entfernen des zusammengesetzten Verbindungsglieds AB den durch die Gelenkachse 436 gezogenen Pfad nicht beeinträchtigen würde. Stattdessen ist der bogenförmige Pfad 440 der Rolle 323 vollständig durch die strukturellen Eigenschaften und die Anordnung des Verbindungsglieds DA mit variabler Länge und des steifen Montageverbindungsglieds AO beschrieben. Durch vorab beschriebene Kraftmechaniken stellt das gelenkige, zusammengesetzte Verbindungsglied AB eine strukturelle Stützung der Rolle 323 bereit, durch: (a) (zusammen mit dem steifen Montageverbindungsglied AO), Widerstehen einer axialen Bewegung der Rolle 323 unter Forcierung der Teleskopstange 331; (b) Beitragen zur Forcierung der Rolle 323 radial nach außen, wie beschrieben; und (c) Bereitstellen einer lateralen Stützung an die Rolle 323 (siehe z. B. 6), sodass eine Verteilung der Kräfte, die axial auf die Rolle 323 wirken, lateral um die axiale Mittellinie der Rolle 323 ausgeglichen ist.
Ein weiterer Unterschied zwischen der Peaucellier-Verbindung und der Verankerungsverbindung 321 ist das Bereitstellen eines Betätigungsmechanismus oder eines Expansionsvorspannungsmechanismus, der in die Verbindung 321 integriert und in diesem Beispiel durch die in der Teleskopstange 331 aufgenommene Feder 529 bereitgestellt ist. Die Feder 529 ist in diesem Beispiel die einzige Energiequelle, welche die radiale Expansion der Verankerungsverbindung 321 antreibt. Die gefederte Teleskopstange 331 weist den Vorteil auf, dass sie kompakt und verlässlich ist (wodurch die Feder 529 zum Beispiel gegen Bohrfluid im Ringraum abgedichtet wird). Das gefederte variable Verbindungsglied ermöglicht außerdem, dass die durch die Feder bereitgestellte Betätigungskraft in Reaktion auf die Expansion/Kontraktion der Verbindung ihre Winkelausrichtung verändern kann, was, wie vorab beschrieben, vorteilhaft eingesetzt werden kann. Die dynamische Variabilität der Winkelausrichtung des im variablen Verbindungsglied DA aufgenommenen Federmechanismus ermöglicht, dass die Verbindung 321 im vollständig eingezogenen Zustand ein flaches radiales Profil aufweist (4A). Wie erwähnt, erstreckt sich die Teleskopstange 331 in einem verhältnismäßig kleinen Winkel im Verhältnis zur Längsachse, wenn eingezogen, sodass der Rotationsverankerungsmechanismus 318 im Vergleich zum bestehenden Mechanismus, in dem eine oder mehr Betätigungsfedern eine fixierte, sich radial erstreckende Ausrichtung aufweisen, eine verringerte radiale Breite aufweist. Es gilt zu beachten, dass der Raum über dem Durchmesser des Bohrlochs 104 wertvoll ist, sodass eine Verringerung des radialen Profils des Rotationsverankerungsmechanismus 318 zum Beispiel einen größeren Bohrdurchmesser im Bohrgestänge 118 ermöglicht.
Ein Vorteil einer Baugruppe (z. B. eines beispielhaften Rotationsverankerungsgeräts 315) mit zwei oder mehr der Rotationsverankerungsmechanismen 318 besteht darin, dass die Rollen 323 durch eine unabhängige Verankerungsverbindung mit dem Gehäuse 129 verbunden sind. Die radiale Position jeder Rolle 323 hängt demnach von den radialen Positionen der anderen Rollen 323 des Geräts 315 ab. Dieses Merkmal ist in 9 dargestellt, in der eine der Rollen 323 jedes Rotationsverankerungsgeräts 315 als vollständig erweitert dargestellt ist, während die andere Rolle 323 jedes Paars in ihrem vollständig eingezogenen Zustand dargestellt ist. Eine derart unabhängig anpassbare Federaufhängung fördert die effiziente unabhängige Anpassung des Eindringens in die Formation basierend auf lokalisierten Formationseigenschaften. Rollen bisheriger Rotationsverankerungsmechanismen 318 können häufig zusammen oder synchron eingesetzt werden, was das Eindringen in die Formation einschränken kann. US 7,188,689 beschreibt zum Beispiel einen Aufhängungsmechanismus, in dem ein Paar Rollen eine hinter der anderen in einem radial verlagerbaren Schlitten angeordnet sind, wodurch der Grad des Eindringens der Rollen in die Formation auf das Eindringen der Rollen auf dem Schlitten eingeschränkt ist, der am wenigsten erfolgreich in die Formation eindringt.
Das Rotationsverankerungsgerät 315 weist einen Modulaufbau auf, wobei der Rahmen 308 und der Montagemechanismus des Rotationsverankerungsgeräts 315 in einigen Ausführungsformen eine Standardgröße und -konfigurierung aufweisen. Wartung und Reparatur des Lenkwerkzeugs 123 werden durch Bereitstellen der modularen Rotationsverankerungsgeräte 315 vereinfacht, was zum Beispiel den Zusammenbau oder die Reparatur eines Werkzeugs an einer Bohrstelle ermöglicht. Die Modularität des Systems ermöglicht das Bereitstellen einer Reihe von Rotationsverankerungsgeräten 315 mit verschiedenen Leistungsparametern, die austauschbar auf dem Gehäuse 129 montiert werden können. Dies ermöglicht es einem Bediener, unterschiedlich konfigurierte Geräte 315 für verschiedene Anwendungen auszuwählen und die modularen Rotationsverankerungsgeräte 315 am Standort zu ersetzen. Eine derartige Bewegung und Ersetzung der Rotationsverankerungsgeräte 315 wird durch die während des Betriebs nicht rotierende Ausführung des Gehäuses 129 ermöglicht.
Der Rotationsverankerungsmechanismus 318 eignet sich zur Modifikation oder Anpassung, um gewünschte Leistungsparameter zu erzielen. Dieses Merkmal ermöglicht das Bereitstellen einer Reihe von modularen Rotationsverankerungsgeräten 315, wobei die unterschiedlichen Leistungsparameter der verschiedenen Modelle der Reihe durch Modifikation des Rotationsverankerungsmechanismus erzielt werden. Die Feder 529 kann zum Beispiel angepasst oder ausgewählt werden, um eine gewünschte Expansionskraft bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann eine Reihe von geschachtelten Federn bereitgestellt sein. Stattdessen oder zusätzlich können die Längen der Verbindungsgliedelemente (z. B. Verbindungselemente AB, EB und AO) des Mechanismus 318 variiert werden, um den Bewegungspfad der Rolle 323 zu verändern.
Zusätzlich ist der Mechanismus 318 verhältnismäßig einfach aufgebaut und kostengünstig. Die schwenkbare Verbindung der Verbindungsgliedelemente hat zum Beispiel eine geringe Komplexität und hohe Zuverlässigkeit. In einer Ausführungsform können die Verbindungsgliedelemente des Mechanismus 318 quadratische Stahlstangen umfassen.
Ein Aspekt der beschriebenen Ausführungsformen offenbart demnach einen Rotationsverankerungsmechanismus für ein im Wesentlichen nicht rotierendes Gehäuse einer Bohrwerkzeugbaugruppe, um das nicht rotierende Gehäuse gegen Rotation zu verankern, wenn das Gehäuse im Wesentlichen koaxial auf dem rotierend angetriebenen Bohrgestänge montiert ist, das sich in Längsrichtung in ein Bohrloch erstreckt, wobei das nicht rotierende Gehäuse radial in einem Abstand von einer Bohrlochwand angeordnet ist, wobei der Verankerungsmechanismus Folgendes umfasst:
ein Verankerungselement, das konfiguriert ist, um in Reaktion auf radial gezwungenen Kontakt mit der Bohrlochwand rotationsresistent mit der Bohrlochwand in Eingriff zu treten;
eine Verankerungsverbindung, die das Verankerungselement verlagerbar mit dem Gehäuse koppelt, sodass die Veränderung der radialen Expansion der Verankerungsverbindung synchron mit der Veränderung des radialen Abstands zwischen dem Gehäuse und dem Verankerungselement verknüpft ist, wobei die Verankerungsverbindung eine Vielzahl von in Wirkverbindung stehenden Montageverbindungsgliedern umfasst, die auf dem Gehäuse montiert sind, um um jeweilige Montageachsen zu schwenken, die in einem festen räumlichen Verhältnis im Wesentlichen parallel zueinander sind; und
einen Betätigungsmechanismus, der mit der Verankerungsverbindung verbunden ist, um die radiale Expansion der Verankerungsverbindung zu forcieren, indem eine Betätigungskraft auf die Verankerungsverbindung ausgeübt wird, wobei eine Winkelausrichtung der Betätigungskraft im Verhältnis zum Gehäuse in Reaktion auf eine Veränderung der radialen Expansion der Verankerungsverbindung variabel ist.
Die Verbindung kann ein oder mehrere steife Verbindungsglieder mit einer konstanten Länge und ein variables Verbindungsglied, das in Reaktion auf eine Veränderung der radialen Expansion der Verankerungsverbindung sowohl in Länge als auch in Winkelausrichtung dynamisch variabel ist, umfassen. Eins der Montageverbindungsglieder kann durch das variable Verbindungsglied bereitgestellt sein. In einigen Beispielen kann das Montageverbindungsglied ein variables Verbindungsglied und ein steifes Verbindungsglied umfassen.
Beschreibungen von und Verweise auf die „Länge” eines Verbindungsglieds in dieser Offenbarung bedeuten einen kürzesten Abstand zwischen jeweiligen Verbindungen des Verbindungsglieds zu einem anderen Verbindungsglied in der Verbindung und/oder zu einer Schwenkmontage auf dem Gehäuse.
Die Verankerungsverbindung kann eine federnd elastische Federanordnung umfassen, wie eine schraubenförmige Druckfeder, die einen Teil der Verankerungsverbindung bildet. Der Betätigungsmechanismus kann demnach in der Verankerungsverbindung integriert sein, sodass keine Elemente ohne Bezug zur Verankerungsverbindung vorliegen, die zwischen der Verankerungsverbindung und dem Gehäuse agieren, um radiale Expansion der Verankerungsverbindung zu forcieren.
Die Federanordnung kann mit dem variablen Verbindungsglied in Wirkverbindung stehen, um die Erweiterung des variablen Verbindungsglieds in Längsrichtung zu forcieren, wobei die Verankerungsverbindung derart konfiguriert ist, dass die Erweiterung des variablen Verbindungsglieds eine betätigte radiale Expansion der Verankerungsverbindung veranlasst, zusammen mit der synchronen, geschwenkten Verlagerung des variablen Verbindungsglieds.
Das variable Verbindungsglied kann Verbindungskomponenten umfassen, die koaxial ausgerichtet sind und in Längsrichtung im Verhältnis zueinander verschiebbar sind, wobei die Federanordnung mit den Verbindungskomponenten verbunden ist, um eine verschiebbare Verlagerung der Komponenten in Längsrichtung voneinander weg zu forcieren, sodass die Betätigungskraft mit der Längsrichtung des variablen Verbindungsglieds ausgerichtet ist. Das Schwenken des variablen Verbindungsglieds, z. B. um eine zugeordnete Montageachse, während der betätigten radialen Expansion/Kontraktion der Verankerungsverbindung veranlasst demnach, dass die Betätigungskraft ihre Neigung im Verhältnis zur Bohrlochachse verändert.
Die Verankerungsverbindung kann derart konfiguriert sein, dass, wenn sich die Verankerungsverbindung in einem vollständig eingezogenen Zustand befindet, sich das variable Verbindungsglied in einem verhältnismäßig flachen Winkel im Verhältnis zu der Längsachse des Gehäuses erstreckt, wodurch die Verankerungsverbindung ein verhältnismäßig flaches radiales Profil erhält. In einigen Ausführungsformen ist ein eingeschlossener Winkel zwischen dem federbelasteten variablen Verbindungsglied im eingezogenen Zustand weniger als 30°, eine von einigen Ausführungsformen kann einen eingeschlossenen Winkel von weniger als 20° bereitstellen.
In einigen Ausführungsformen kann das variable Verbindungsglied eine Teleskopstange sein, die zum Beispiel allgemein röhrenförmige Verbindungsgliedkomponenten aufweist, die teleskopisch miteinander verbunden sind, wobei die Federanordnung in einem hohlen Innenraum aufgenommen ist, um die Verbindungsgliedkomponenten auseinander zu forcieren.
Eins der Vielzahl von Montageverbindungsgliedern kann durch das variable Verbindungsglied bereitgestellt sein, das schwenkbar an einem proximalen Ende davon auf dem Gehäuse montiert ist, um um eine zugeordnete eine der Montageachsen zu schwenken. In einem derartigen Fall kann das variable Verbindungsglied schwenkbar an einem distalen Ende davon mit einem bestimmten einen des einen oder der mehreren steifen Verbindungsglieder verbunden sein.
Das variable Verbindungsglied kann an seinem distalen Ende schwenkbar mit einer steifen Montageverbindung verbunden sein, sodass ein Dreieck zwischen einer schwenkbaren Gelenkachse und den jeweiligen Montageachsen des variablen Verbindungsglieds und des steifen Verbindungsglieds definiert wird. Zwei der Schenkel eines derartigen Dreiecks (z. B. eine Linie zwischen den Montageachsen und die Länge des steifen Montageverbindungsglieds) bleiben in einem derartigen Fall während der Veränderung der radialen Expansion der Verankerungsverbindung in ihrer Länge konstant, wobei der verbleibende Schenkel des Dreiecks (z. B. entsprechend der Länge des variablen Verbindungsglieds) in seiner Länge variabel ist, um die Gelenkverbindung der Verbindung zu ermöglichen. Die Gelenkachse bei einem derartigen Aufbau beschreibt einen Bogen um die Montageachsen des steifen Montageverbindungsglieds. Das Verankerungselement kann an oder angrenzend zur bogenförmig verlagerbaren Gelenkachse montiert sein, sodass das Verankerungselement während des Betriebs einen Bewegungspfad beschreibt, der geschwungen ist, wodurch ein Bogen gebildet wird mit einem Radius, der der Länge des steifen Montageverbindungsglieds entspricht, und dessen Mittelpunkt auf der zugeordneten Montageachse liegt.
Die Verankerungsverbindung kann ferner ein drittes Montageverbindungsglied (z. B. zusätzlich zum variablen Montageverbindungsglied und dem steifen Montageverbindungsglied) umfassen, das indirekt mit dem Verankerungselement verbunden sein kann. In einem Beispiel ist das dritte Montageverbindungsglied durch ein steifes Verbindungsglied bereitgestellt, das um eine zugeordnete eine der Montageachsen schwenkt, wobei das dritte Montageverbindungsglied durch ein Zwischenverbindungsglied, das schwenkbar an seinem entgegengesetzten Ende mit dem variablen Verbindungsglied bzw. dem Zwischenverbindungsglied verbunden ist, mit dem Schwenkgelenk des variablen Verbindungsglieds verbunden ist.
Die zwei oder mehr Montageverbindungsglieder der Verankerungsverbindung können zusammen eine exklusive Verbindung zum Gehäuse bereitstellen, sodass die Verankerungsverbindung nur durch Montageverbindungsglieder auf dem Gehäuse montiert ist, und keine andere Montageschnittstelle oder Verbindungsschnittstelle zwischen der Verankerungsverbindung und dem Gehäuse vorlegt. Eine „fixierte” Montage oder Verbindung bedeutet in dieser Offenbarung, außer eindeutig anderweitig durch den Kontext angegeben, eine Montage oder Verbindung, durch die das zugeordnete Element vom Verschieben im Verhältnis zum Referenzrahmen (typischerweise das Gehäuse) gehindert wird, wenngleich schwenkende oder rotierende Bewegung an der Verbindung oder Montage zugelassen sein kann. Anders definiert kann die Verankerungsverbindung eine Vielzahl von fixierten Montageelementen aufweisen, die jeweils eine Verbindung mit einem einzigen schwenkbaren Freiheitsgrad umfassen.
Die Verankerungsverbindung kann einen Teil eines entfernbaren oder austauschbaren Halterungselements oder Einsatzes bilden, wobei die Verankerungsverbindung zum Beispiel auf einem Rahmen montiert ist, der entfernbar und austauschbar auf dem nicht rotierenden Gehäuse montiert ist, um einen teilpermanenten Teil einer Bohrlochwerkzeugbaugruppe zu bilden, von der das nicht rotierende Gehäuse einen Teil bildet.
Andere Aspekte der durch die beispielhaften Ausführungsformen beschriebenen Offenbarung beinhalten unter anderem eine Bohrlochwerkzeugbaugruppe, die einen oder mehrere der Rotationsverankerungsmechanismen, einen Bohrstrang mit einem oder mehreren der Rotationsverankerungsmechanismen, eine Bohranlage, die einen Bohrstrang mit einem oder mehreren der Rotationsverankerungsmechanismen und ein Verfahren zum Verankern einer Bohrstrangkomponente gegen Rotation unter Verwendung eines Rotationsverankerungsmechanismus, wie beschrieben, enthalten.
In der vorangehenden ausführlichen Beschreibung ist ersichtlich, dass verschiedene Merkmale zwecks Rationalisierung der Offenbarung in einer einzigen Ausführungsform gruppiert sind. Dieses Offenbarungsverfahren ist nicht als eine Absicht, dass die beanspruchten Ausführungsformen mehr Merkmale als ausdrücklich in jedem Anspruch aufgeführt erfordern, reflektierend auszulegen. Stattdessen liegt der erfindungsgemäße Gegenstand in weniger als allen Merkmalen einer einzigen offenbarten Ausführungsform, wie die nachfolgenden Ansprüche zeigen. Dementsprechend sind die nachfolgenden Ansprüche hiermit in die ausführliche Beschreibung eingeschlossen, wobei jeder Anspruch für sich als eine separate Ausführungsform steht.

Claims

Bohrlochwerkzeugbaugruppe, die konfiguriert ist, um in einem Bohrstrang in einem Bohrloch eingesetzt zu werden, wobei der Bohrstrang ein rotierbar angetriebenes Bohrgestänge umfasst, das radial in einem Abstand von einer Bohrlochwand angeordnet ist, wobei die Baugruppe Folgendes umfasst: ein im Wesentlichen nicht rotierendes Gehäuse, das konfiguriert ist, um im Wesentlichen koaxial, im Verhältnis rotierbar auf dem Bohrgestänge montiert zu sein; ein Verankerungselement, das konfiguriert ist, um in Reaktion auf radial gezwungenen Kontakt mit der Bohrlochwand rotationsresistent mit der Bohrlochwand in Eingriff zu treten; eine Verankerungsverbindung, die das Verankerungselement verlagerbar mit dem Gehäuse koppelt, sodass eine Veränderung der radialen Expansion der Verankerungsverbindung synchron mit der Veränderung des radialen Abstands zwischen dem Gehäuse und dem Verankerungselement verknüpft ist, wobei die Verankerungsverbindung eine Vielzahl von in Wirkverbindung stehenden Montageverbindungsgliedern umfasst, die auf dem Gehäuse montiert sind, um um jeweilige Montageachsen zu schwenken, die in einem festen räumlichen Verhältnis im Wesentlichen parallel zueinander sind; und einen Betätigungsmechanismus, der mit der Verankerungsverbindung verbunden ist, um die radiale Expansion der Verankerungsverbindung zu forcieren, indem eine Betätigungskraft auf die Verankerungsverbindung ausgeübt wird, wobei eine Winkelausrichtung der Betätigungskraft im Verhältnis zum Gehäuse in Reaktion auf eine Veränderung der radialen Expansion der Verankerungsverbindung variabel ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die Verankerungsverbindung Folgendes umfasst: ein oder mehrere steife(s) Verbindungsglied(er) mit einer konstanten Länge; und ein variables Verbindungsglied, das in Reaktion auf eine Veränderung der radialen Expansion der Verankerungsverbindung sowohl in seiner Länge als auch in seiner Winkelausrichtung dynamisch variabel ist.
Baugruppe nach Anspruch 2, wobei der Betätigungsmechanismus eine federnd elastische Federanordnung umfasst, die einen Teil der Verankerungsverbindung bildet.
Baugruppe nach Anspruch 3, wobei die Federanordnung mit dem variablen Verbindungsglied in Wirkverbindung steht, um die Erweiterung des variablen Verbindungsglieds in Längsrichtung zu forcieren, wobei die Verankerungsverbindung derart konfiguriert ist, dass die Erweiterung des variablen Verbindungsglieds eine betätigte radiale Expansion der Verankerungsverbindung veranlasst.
Baugruppe nach Anspruch 4, wobei das variable Verbindungsglied Verbindungsgliedkomponenten umfasst, die koaxial ausgerichtet und in Längsrichtung im Verhältnis zueinander verschiebbar sind, wobei die Federanordnung mit den Verbindungsgliedkomponenten verbunden ist, um eine verschiebbare Verlagerung der Komponenten in Längsrichtung voneinander weg zu forcieren, sodass die Betätigungskraft mit der Längsrichtung des variablen Verbindungsglieds ausgerichtet ist.
Baugruppe nach Anspruch 5, wobei die Verankerungsverbindung derart konfiguriert ist, dass sich das variable Verbindungsglied, wenn sich die Verankerungsverbindung in einem vollständig eingezogenen Zustand befindet, in einem Winkel von weniger als 30° im Verhältnis zu einer Längsachse des Gehäuses erstreckt.
Baugruppe nach Anspruch 5, wobei die Verbindungsgliedkomponenten des variablen Verbindungsglieds teleskopisch miteinander verbunden sind, wobei die Federanordnung in einem hohlen Inneren wenigstens einer der Verbindungsgliedkomponenten aufgenommen ist, um die Verbindungsgliedkomponenten voneinander weg zu forcieren.
Baugruppe nach Anspruch 2, wobei das variable Verbindungsglied eins der Vielzahl von Montageverbindungsgliedern bereitstellt, die schwenkbar an einem proximalen Ende davon auf dem Gehäuse montiert sind, um um eine zugeordnete eine der Montageachsen zu schwenken, wobei das variable Verbindungsglied schwenkbar an einem distalen Ende davon mit einem bestimmten einen des einen oder der mehreren steifen Verbindungsglieder verbunden ist.
Baugruppe nach Anspruch 8, wobei das bestimmte steife Verbindungsglied eins der Montageverbindungsglieder bereitstellt, sodass ein schwenkbares Gelenk zwischen dem variablen Verbindungsglied und dem steifen Montageverbindungsglied einen Bogen um die Montageachsen des steifen Verbindungsglieds beschreibt.
Baugruppe nach Anspruch 9, wobei das Verankerungselement am oder angrenzend an das schwenkbare(n) Gelenk zwischen dem variablen Montageverbindungsglied und dem steifen Montageverbindungsglied montiert ist.
Baugruppe nach Anspruch 8, wobei die Verankerungsverbindung ein drittes Montageverbindungsglied umfasst, das durch eins der steifen Verbindungsglieder bereitgestellt ist, die an einem proximalen Ende davon zur schwenkenden Verlagerung um eine zugeordnete eine der Montageachsen montiert sind, und schwenkbar an einem distalen Ende davon mit einem Zwischenverbindungsglied verbunden ist, das das dritte Montageverbindungsglied mit dem variablen Verbindungsglied verbindet.
Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die Verankerungsverbindung konfiguriert ist, um die Bewegung des Verankerungselements in Reaktion auf eine Veränderung der radialen Expansion der Verankerungsverbindung entlang eines gekrümmten Bewegungspfads zu führen.
Baugruppe nach Anspruch 1, die ferner einen Rahmen umfasst, mit dem der Rotationsverankerungsmechanismus verbunden ist, wobei der Rahmen entfernbar und austauschbar auf dem Gehäuse montiert ist, um über den Rahmen eine Verbindung eines oder mehrerer der Montageverbindungsglieder auf dem Gehäuse bereitzustellen.
Rotationsverankerungsvorrichtung, die zur Verwendung mit einem nicht rotierenden Gehäuse eines Bohrlochwerkzeugs konfiguriert ist, wobei das nicht rotierende Gehäuse rotierbar auf einem Bohrgestänge in einem Bohrloch montiert ist, wobei der Rotationsverankerungsmechanismus Folgendes umfasst: ein Verankerungselement, das konfiguriert ist, um in Reaktion darauf, dass das Verankerungselement radial gegen die Bohrlochwand gedrückt wird, rotationsresistent mit einer Bohrlochwand in Eingriff zu treten; eine Verankerungsverbindung, um das Verankerungselement verlagerbar mit dem Gehäuse zu koppeln, sodass die Veränderung der radialen Expansion der Verankerungsverbindung synchron mit der Veränderung des radialen Abstands zwischen dem Gehäuse und dem Verankerungselement verknüpft ist, wobei die Verankerungsverbindung eine Vielzahl von in Wirkverbindung stehenden Montageverbindungsgliedern umfasst, die konfiguriert sind, um auf dem Gehäuse montiert zu sein, um um jeweilige Montageachsen zu schwenken, die in einem festen räumlichen Verhältnis im Wesentlichen parallel zueinander sind; und einen Betätigungsmechanismus, der mit der Verankerungsverbindung verbunden ist, um die radiale Expansion der Verankerungsverbindung zu forcieren, indem eine Betätigungskraft auf die Verankerungsverbindung ausgeübt wird, wobei eine Winkelausrichtung der Betätigungskraft im Verhältnis zu den Montageachsen in Reaktion auf eine Veränderung der radialen Expansion der Verankerungsverbindung variabel ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, die ferner einen Rahmen umfasst, an dem die Vielzahl von Montageverbindungsgliedern der Verankerungsverbindung schwenkbar montiert ist, wobei der Rahmen konfiguriert ist, um entfernbar und austauschbar auf dem nicht rotierenden Gehäuse montiert zu sein.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Verankerung Folgendes umfasst: ein oder mehrere steife Verbindungsglieder mit einer konstanten Länge; und ein variables Verbindungsglied, das in Reaktion auf eine Veränderung der radialen Expansion der Verankerungsverbindung sowohl in seiner Länge als auch in seiner Winkelausrichtung dynamisch variabel ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Betätigungsmechanismus eine Federanordnung umfasst, die mit dem variablen Verbindungsglied in Wirkverbindung steht, um die Betätigungskraft entlang einer Längsrichtung des variablen Verbindungsglieds auszuüben, wobei die Verankerungsverbindung derart konfiguriert ist, dass die Erweiterung des variablen Verbindungsglieds eine betätigte radiale Expansion der Verankerungsverbindung veranlasst und die Winkelausrichtung des variablen Verbindungsglieds verändert.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das variable Verbindungsglied eins der Vielzah von Montageverbindungsgliedern bereitstellt, die schwenkbar an einem proximalen Ende davon montiert sind, um um eine zugeordnete eine der Montageachsen zu schwenken, wobei das variable Verbindungsglied schwenkbar an einem distalen Ende davon mit einem bestimmten einen des einen oder der mehreren steifen Verbindungsglieder verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das bestimmte steife Verbindungsglied eins der Montageverbindungsglieder bereitstellt, sodass ein schwenkbares Gelenk zwischen dem variablen Verbindungsglied und dem steifen Montageverbindungsglied einen Bogen um die Montageachse des steifen Verbindungsglieds beschreibt.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das Verankerungselement am oder angrenzend an das schwenkbare(n) Gelenk zwischen dem variablen Montageverbindungsglied und dem steifen Montageverbindungsglied montiert ist.
Bohranlage, umfassend: einen länglichen Bohrstrang, der sich in Längsrichtung entlang eines Bohrlochs erstreckt, wobei der Bohrstrang ein röhrenförmiges Bohrgestänge aufweist, das rotierbar angetrieben werden kann und radial in einem Abstand von einer Bohrlochwand angeordnet ist; ein Bohrlochwerkzeug, das einen Teil des Bohrgestänges bildet, wobei das Bohrlochwerkzeug ein nicht rotierendes Gehäuse aufweist, das im Wesentlichen koaxial auf dem Bohrgestänge montiert ist, wobei das nicht rotierende Gehäuse konfiguriert ist, um während der angetriebenen Rotation des Bohrgestänges eine konstante Rotationsausrichtung beizubehalten; ein Verankerungselement, das konfiguriert ist, um in Reaktion darauf, dass das Verankerungselement radial gegen die Bohrlochwand gedrückt wird, rotationsresistent mit einer Bohrlochwand in Eingriff zu treten; eine Verankerungsverbindung, die das Verankerungselement verlagerbar mit dem Gehäuse koppelt, sodass eine Veränderung der radialen Expansion der Verankerungsverbindung synchron mit der Veränderung des radialen Abstands zwischen dem Gehäuse und dem Verankerungselement verknüpft ist, wobei die Verankerungsverbindung eine Vielzahl von in Wirkverbindung stehenden Montageverbindungsgliedern umfasst, die auf dem Gehäuse montiert sind, um um jeweilige Montageachsen zu schwenken, die in einem festen räumlichen Verhältnis im Wesentlichen parallel zueinander sind; und einen Betätigungsmechanismus, der mit der Verankerungsverbindung verbunden ist, um die radiale Expansion der Verankerungsverbindung zu forcieren, indem eine Betätigungskraft auf die Verankerungsverbindung ausgeübt wird, wobei eine Winkelausrichtung der Betätigungskraft im Verhältnis zu den Montageachsen in Reaktion auf eine Veränderung der radialen Expansion der Verankerungsverbindung variabel ist.
Bohranlage nach Anspruch 21, die ferner einen Rahmen umfasst, an dem die Vielzahl von Montageverbindungsgliedern der Verankerungsverbindung schwenkbar montiert ist, wobei der Rahmen entfernbar und austauschbar mit dem nicht rotierenden Gehäuse verbunden ist.
Bohranlage nach Anspruch 22 zum Anheben einer Vielzahl der auf dem Gehäuse in regelmäßigen Umfangsabständen montierten Rahmen.
Bohranlage nach Anspruch 23, wobei jeder der Rahmen wenigstens zwei unabhängig expandierbare Verankerungsverbindungen mit zugehörigen Verankerungselementen trägt.
Bohranlage nach Anspruch 21, wobei die Verankerungsverbindung Folgendes umfasst: ein oder mehrere steife(s) Verbindungsglied(er) mit einer konstanten Länge; und ein variables Verbindungsglied, das in Reaktion auf eine Veränderung der radialen Expansion der Verankerungsverbindung sowohl in seiner Länge als auch in seiner Winkelausrichtung dynamisch variabel ist.
Bohranlage nach Anspruch 25, wobei der Betätigungsmechanismus eine Federanordnung umfasst, die mit dem variablen Verbindungsglied in Wirkverbindung steht, um die Betätigungskraft entlang einer Längsrichtung des variablen Verbindungsglieds auszuüben, wobei die Verankerungsverbindung derart konfiguriert ist, dass die Erweiterung des variablen Verbindungsglieds eine betätigte radiale Expansion der Verankerungsverbindung veranlasst und die Winkelausrichtung des variablen Verbindungsglieds verändert.
Bohranlage nach Anspruch 25, wobei das variable Verbindungsglied eins der Vielzahl von Montageverbindungsgliedern bereitstellt, die schwenkbar an einem proximalen Ende davon montiert sind, um um eine zugeordnete eine der Montageachsen zu schwenken, wobei das variable Verbindungsglied schwenkbar an einem distalen Ende davon mit einem bestimmten einen des einen oder der mehreren steifen Verbindungsglieder verbunden ist.
Bohranlage nach Anspruch 27, wobei das bestimmte steife Verbindungsglied eins der Montageverbindungsglieder bereitstellt, sodass ein schwenkbares Gelenk zwischen dem variablen Verbindungsglied und dem steifen Montageverbindungsglied einen Bogen um die Montageachsen des steifen Verbindungsglieds beschreibt.
Bohranlage nach Anspruch 28, wobei das Verankerungselement am oder angrenzend an das schwenkbare(n) Gelenk zwischen dem variablen Montageverbindungsglied und dem steifen Montageverbindungsglied montiert ist.
Bohranlage nach Anspruch 29, wobei die Verankerungsverbindung ein drittes Montageverbindungsglied umfasst, das durch eins der steifen Verbindungsglieder bereitgestellt wird, die an einem proximalen Ende davon zur schwenkenden Verlagerung um eine zugeordnete eine der Montageachsen montiert sind, und schwenkbar an einem distalen Ende davon mit einem Zwischenverbindungsglied verbunden ist, das das dritte Montageverbindungsglied mit dem variablen Verbindungsglied verbindet.
Bohranlage nach Anspruch 21, wobei die Verankerungsverbindung konfiguriert ist, um die Bewegung des Verankerungselements in Reaktion auf eine Veränderung der radialen Expansion der Verankerungsverbindung entlang eines gekrümmten Bewegungspfads zu führen.