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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Diese Offenbarung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Verwendung beim Bilden unterirdischer Bohrlöcher und insbesondere Werkzeuge, die sich in diesen Bohrlöchern biegen oder krümmen. Gerichtete oder lenkbare Bohrwerkzeuge können zum Bohren von Bohrlöchern verwendet werden, die den Meißelweg um ein gewisses Maß vom bestehenden Weg in eine unterirdische Formation ablenken, indem sie einen oder mehrere (in der Regel mehrere) Radien in den Bohrlochweg erzwingen. In einigen Fällen ist es für andere Werkzeuge in dem Werkzeugstrang oder in einem anderen Werkzeugstrang schwierig, diese Radien zu durchqueren.
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Bohrsysteme, die einen Werkzeugstrang in einem nicht-linearen Bohrloch einsetzen, benötigen Segmente des Strangs, die in den nicht-linearen Abschnitte des Bohrlochs navigieren können. Somit kann es sein, dass sich diese Werkzeugstrangsegmente biegen oder in anderer Weise an den Radius oder gekrümmten Abschnitt des Bohrlochs anpassen müssen. In einigen Fällen sind die Werkzeugstrangsegmente dazu ausgestaltet, sich zu biegen, um durch die gekrümmten Abschnitte des Bohrlochs zu navigieren. Um eine maximale Biegung zu erreichen, sind diese sich biegenden Werkzeugstrangsegmente allgemein dazu ausgestaltet, sich über ihre gesamte Länge hinweg zu biegen, was im Allgemeinen die Region in der Mitte des Segments am meisten beansprucht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt schematisch ein beispielhaftes gerichtetes Bohrsystem dar.
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2 stellt schematisch ein beispielhaftes flexibles Räumergehäuse gemäß dieser Offenbarung dar.
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3 stellt schematisch ein weiteres beispielhaftes flexibles Werkzeuggehäuse gemäß dieser Offenbarung dar.
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4A und 4B stellen schematisch ein weiteres beispielhaftes Bohrwerkzeuggehäuse gemäß dieser Offenbarung dar.
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5 stellt schematisch ein weiteres beispielhaftes flexibles Werkzeuggehäuse gemäß dieser Offenbarung dar.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Beispiele dieser Offenbarung betreffen ein rohrförmiges Werkzeuggehäuse, das dazu ausgestaltet ist, sich unter einer Last in einem nicht-linearen (d. h. mit Radius versehenen) Abschnitt eines Bohrlochs zu biegen, um den mit Radius versehenen Abschnitt zu durchqueren. Das Gehäuse ist dazu ausgestaltet, sich zu krümmen, indem die Konstruktion des Gehäuses entlang der Längsachse derart variiert wird, dass verschiedene Abschnitte des Gehäuses eine unterschiedliche Steifigkeit aufweisen. Beispielsweise kann das Gehäuse einen ersten Abschnitt mit einer ersten Steifigkeit aufweisen, die sich von einer zweiten Steifigkeit eines zweiten Abschnitts des Gehäuses unterscheidet. Das Gehäuse mit variabler Steifigkeit kann dazu ausgestaltet sein, Festigkeit in einigen axialen Bereichen beizubehalten, während zugelassen wird, dass sich das Gehäuse biegt, während es durch nicht-lineare Abschnitte eines abweichenden Bohrlochs navigiert.
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Die Steifigkeit eines Werkzeuggehäuses an einer bestimmten axialen Position kann von wenigstens der Materialzusammensetzung und der Querschnittgeometrie des Gehäuses an der Position abhängen. Beispielsweise kann die Steifigkeit eines rohrförmigen Gehäuses entlang der Längsachse variiert werden, indem an verschiedenen axialen Positionen die Materialsteifigkeit geändert und/oder der Durchmesser geändert und/oder die Wanddicke des Gehäuses geändert wird. Die Steifigkeit des Gehäuses kann auch entlang der Längsachse geändert werden, indem die Anordnung geändert wird, beispielsweise indem die radiale Anordnung der verschiedenen Materialien (mit unterschiedlichen Materialsteifigkeitswerten) geändert wird, aus denen das Gehäuse konstruiert ist.
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Die „Steifigkeit“ eines Werkzeuggehäuses kann in einigen Beispielen den Widerstand des Gehäuses auf ein Biegemoment bezeichnen, das an einer bestimmten Position entlang der Längsachse des Gehäuses angewandt wird, im Gegensatz beispielsweise zur „Materialsteifigkeit“ eines Materials, die eine inhärente Eigenschaft des Materials bezeichnet. Auf diese Weise beinhaltet ein flexibles Werkzeuggehäuse in einigen Beispielen verschiedene axial angeordnete Abschnitte, die unter einem Biegemoment, das an unterschiedlichen Positionen entlang der Längsachse des Gehäuses angewandt wird, unterschiedliche Biegesteifigkeitwerte aufweisen. Die Art und Weise, wie die variable Biegesteifigkeit des Gehäuses erreicht wird, beinhaltet in einigen Beispielen das Variieren des Materials und damit der Materialsteifigkeit entlang der Längsachse des Gehäuses.
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Wie oben angemerkt, werden gerichtete Bohrsysteme zum Bohren von Bohrlöchern verwendet, die vom aktuellen Bohrlochweg in eine unterirdische Formation abweichen. Werkzeuge oder Werkzeugstrangsegmente bei solchen Installationen müssen sich bisweilen biegen oder krümmen können, um durch gekrümmte, nicht-lineare Abschnitte der Bohrlöcher zu navigieren. Eine Auslegungszielsetzung von Bohransatzstücken in gerichteten Bohrsystemen ist das Erreichen eines Sollbiegegrads, wobei dieser Parameter häufig als Krümmungsfähigkeit bezeichnet wird.
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Einige Werkzeuge umfassen eine Struktur oder einen Mechanismus, der sich an einem relativ zentralen Abschnitt der Länge des Werkzeuggehäuses befindet und in der Nähe dieses zentralen Abschnitts eine erhöhte Starrheit benötigt. Beispiele für solche Werkzeuge mit Räumer, die einen oder mehrere Arme aufweisen, die selektiv aus einem radial eingeklappten in einen radial aufgeweiteten Zustand ausfahrbar sind. Bei solchen Räumern kann das Werkzeuggehäuse eine oder mehrere in Umfangsrichtung angeordnete Öffnungen umfassen, durch die der ausfahrende und einfahrende Arm und/oder Armsteuermechanismus tritt, wenn er aktiviert und deaktiviert wird. Wenn die Räumerarme radial aufgeweitet werden, muss die Trägerstruktur des Werkzeuggehäuses möglicherweise dazu ausgestaltet sein, ausreichend Starrheit bereitzustellen, um die ausgefahrenen Arme und den Antriebsmechanismus zum Steuern der Arme während eines Räumvorgangs zu tragen.
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Beispiele gemäß dieser Offenbarung betreffen flexible Bohrwerkzeuggehäuse, die aus Material(ien) mit Materialsteifigkeitswerten und/oder Querschnittgeometrie gefertigt sind, die entlang der Längsachse der Gehäuse variiert, derart, dass die Beständigkeit des Gehäuses gegenüber Belastungen variiert, auf die es während des Betriebs entlang der Längsachse des Gehäuses trifft. Beispielsweise kann ein flexibles Räumergehäuse einen rohrförmige Zentralabschnitt und einen rohrförmigen ersten und zweiten Hilfsabschnitt aufweisen, die zu gegenüberliegenden Enden des Zentralabschnitts hin angeordnet sind, wobei der erste und zweite Hilfsabschnitt jeweils eine erste Steifigkeit aufweisen, die kleiner als eine zweite Steifigkeit des Zentralabschnitts ist. Auf diese Weise können beispielhafte Räumergehäuse dazu ausgestaltet sein, eine Sollsteifigkeit des Zentralabschnitts des Gehäuses beizubehalten, um einen Werkzeugmechanismus zu schützen, der in diesem Abschnitt des Gehäuses angeordnet ist, während eine ausreichende Krümmungsfähigkeit zum Navigieren nicht-linearer Bohrlöcher aufrechterhalten wird.
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1 stellt schematisch ein gerichtetes Bohrsystem 100 dar, das dazu ausgestaltet ist, Bohrlöcher in verschiedenen möglichen Trajektorien zu bilden, einschließlich solcher, die von der Vertikalen abweichen. Das gerichtete Bohrsystem 100 kann eine Landbohrplattform 102 umfassen, an der ein Bohrstrang 104 und eine zugehörige Bohrgarnitur 106 (im Folgenden „BG“) in Bohrloch 108 angebracht sind. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Landbohrplattformen beschränkt. Beispiele gemäß dieser Offenbarung können auch in Bohrsystemen im Zusammenhang mit Offshore-Plattformen, Halbtauchern, Bohrschiffen und beliebigen anderen Bohrsystemen verwendbar sein, die ausreichen, um ein Bohrloch zu bilden, das sich durch eine oder mehrere Formationen untertage erstreckt.
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Die Bohrplattform 102 und ein zugehöriges Oberflächensteuer- und -verarbeitungssystem 118 können in der Nähe einer Bohrlochmündung 110 angeordnet sein. Die Bohrplattform 102 kann auch einen Drehtisch, einen Antriebsmotor und andere Ausrüstung umfassen, die mit der Drehung eines Bohrstrangs 104 im Bohrloch 108 in Zusammenhang steht. Ein Ringraum 112 wird zwischen der Außenseite des Bohrstrangs 104 und den Formationsflächen gebildet, die das Bohrloch 108 definieren.
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Die Bohrplattform 102 umfasst eine oder mehrere Pumpen, die dazu verwendet werden, Bohrfluid 114 (und/oder andere Bohrlochwartungsfluide) aus einem Fluidbehälter 116 zum oberen Ende des Bohrstrangs 104 an der Bohrlochmündung 110 zu pumpen. Eine Leitung 122 kann verwendet werden, um den Bohrschlamm aus dem Behälter 116 an den Bohrstrang 104 bereitzustellen. Bei den meisten Vorgängen wird der Ringraum 112 dazu verwendet, Bohrfluid, Formationsbohrklein und/oder Bruchstücke vom Boden des Bohrlochs 108 an den Fluidbehälter 116 zurückzuleiten. In einigen Fällen kann eine weitere Leitung (nicht dargestellt) dazu verwendet werden, Bohrfluid, Formationsbohrklein und/oder Bruchstücke vom Boden des Bohrlochs 108 an den Fluidbehälter 116 zurückzuleiten. Es können verschiedene Arten von Rohren, Rohrleitungen und/oder anderen Leitungen zum Bilden der Leitung 122 verwendet werden.
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Das Untertageende des Bohrstrangs 104 umfasst BG 106 mit einem rotierenden Bohrmeißel 120, der benachbart zum Ende des Bohrlochs angeordnet ist. Der rotierende Bohrmeißel 120 weist einen oder mehrere Fluidflussdurchlässe mit jeweiligen darin angeordneten Düsen auf. Verschiedene Arten von Bohrfluiden können aus dem Behälter 116 zum Ende des Bohrstrangs 104 gepumpt werden, der sich von der Bohrlochmündung 110 aus erstreckt. Das Bohrfluid fließt durch eine Längsbohrung (nicht ausdrücklich dargestellt) des Bohrstrangs 104 und tritt aus Düsen aus, die in dem rotierenden Bohrmeißel 120 gebildet sind.
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Am Ende des Bohrlochs 108 kann sich Bohrfluid mit Formationsbohrklein und anderen Bruchstücken im Bohrloch in der Nähe des Bohrmeißels 120 vermischen. Das Bohrfluid fließt dann aufwärts durch den Ringraum 112, um das Formationsbohrklein und die anderen Bruchstücke aus dem Bohrloch 110 zur Bohrlochmündung zurückzuleiten. Es kann auch eine Leitung verwendet werden, um das Bohrfluid an den Behälter 116 zurückzuleiten. Es können verschiedene Arten von Sieben, Filtern und/oder Zentrifugen (nicht ausdrücklich dargestellt) vorgesehen sein, um Formationsbohrklein und andere Bruchstücke aus dem Bohrloch zu entfernen, bevor das Bohrfluid an den Behälter 116 zurückgeleitet wird.
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Die BG 106 kann verschiedene Komponenten im Zusammenhang mit einem Measurement-while-Drilling(MWD)-System oder Logging-while-Drilling(LWD) umfassen, das Vermessungsdaten und andere Informationen vom Boden des Bohrlochs 108 an die Oberflächenausrüstung 118 bereitstellt. Vermessungsdaten und andere Informationen können von der BG 106 mithilfe von MWD/LWD-Techniken, darunter z. B. Schlammimpulstelemetrie, durch den Bohrstrang 104 übermittelt werden und an der Bohrlochmündung 110 und/oder Oberflächenausrüstung 118 in elektrische Signale umgewandelt werden. Elektrische Leiter oder Drähte können die elektrischen Signale an die Oberflächenausrüstung 118 übermitteln. Vermessungs- und andere Daten bezüglich der Bohrvorgänge können zur Speicherung, Verarbeitung und/oder Ausgabe an die Oberflächenausrüstung 118 bereitgestellt werden. Die Oberflächenausrüstung 118 kann verschiedene Hardware, Software und Kombinationen aufweisen, darunter z. B. einen oder mehrere programmierbare Prozessoren, die dazu konfiguriert sind, Anweisungen darauf auszuführen und Daten von einem Speicher abzurufen und in diesem zu speichern, um eine oder mehrere Funktionen auszuführen, die in dieser Offenbarung der Oberflächenausrüstung 118 zugewiesen sind. Die zum Ausführen der Funktionen des Datenverarbeitungssystems 140 verwendeten Prozessoren können jeweils einen oder mehrere Prozessoren umfassen, wie etwa einen oder mehrere Mikroprozessoren, Digitalsignalprozessoren (DSPs), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), programmierbare Logikschaltungen und dergleichen entweder allein oder in einer beliebigen geeigneten Kombination. Verschiedene Ein- und Ausgabevorrichtungen, z. B. Anzeigen, Tastaturen, Mäuse usw. können als Teil der Oberflächenausrüstung 108 bereitgestellt sein.
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Der Bohrstrang 104 umfasst eine Anzahl Segmente, darunter einen beispielhaften Räumer 124. Obwohl die folgenden Beispiele unter Bezugnahme auf ein flexibles Gehäuse für einen Räumer beschrieben werden, sind Beispiele gemäß dieser Offenbarung ebenso auf andere Arten von Werkzeugen anwendbar. Wie in 1 dargestellt, ist der Räumer 124 dazu ausgestaltet, sich zu krümmen, um durch eine Biegung 126 in einem abweichenden Bohrloch 108 zu navigieren. In einem Beispiel umfasst der Räumer 124 ein flexibles rohrförmiges Gehäuse, das verschiedene Abschnitte mit unterschiedlicher Steifigkeit aufweist. Beispielsweise kann das flexible Gehäuse des Räumers 124 aus mehreren Materialien gefertigt sein, die jeweils eine andere Steifigkeit und/oder variable Querschnittsgeometrie entlang der Längsachse des Gehäuses aufweisen. Der Räumer 124 kann einen radial ausfahrenden und einfahrenden Werkzeugmechanismus umfassen, der vorzugsweise in der Mitte des Werkzeuggehäuses angeordnet ist und eine oder mehrere Werkzeugkammern mit jeweiligen Öffnungen aufweist, um es dem Werkzeugmechanismus zu ermöglichen, nach außen in Eingriff mit dem Bohrloch 108 auszufahren und in das Gehäuse hinein einzufahren. Die Abschnitte unterschiedlicher Steifigkeit des Gehäuses des Räumers 124 sind auf die zwei Enden und den Zentralabschnitt des Gehäuses verteilt, derart, dass die Enden flexibler als der Zentralabschnitt sind, und derart, dass die flexibleren Enden dazu ausgestaltet sind, sich um den Zentralabschnitt zu biegen. Der Räumer 124 kann als Beispiele ein Stabilisator- oder Räumerwerkzeug umfassen. Verschiedene Beispiele eines flexiblen Werkzeuggehäuses, das für den Räumer 124 oder andere Werkzeuge eingesetzt werden kann, ist unter Bezugnahme auf 2–6 dargestellt und ausführlicher beschrieben.
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2 stellt schematisch ein beispielhaftes flexibles Räumergehäuse 200 gemäß dieser Offenbarung dar. Wie in 2 dargestellt, weist das Gehäuse 200 eine rohrförmige Hülse 202 auf, mit einem Zentralabschnitt und einen ersten und zweiten Hilfsabschnitt, die zu gegenüberliegende Enden des Zentralabschnitts hin angeordnet sind, die in 2 jeweils als Mitte und erstes und zweites Ende gekennzeichnet sind. Die Markierungen zwischen den Enden und der Mitte der rohrförmigen Hülse 202 sind nur ein zur Veranschaulichung gezeigtes Beispiel. Die relativen Größen dieser Abschnitte eines flexiblen Gehäuses gemäß dieser Offenbarung können von dem Beispiel aus 2 abweichen. In einem Beispiel ist die rohrförmige Hülse 202 eine allgemein zylindrische Hülse mit einer Zentralbohrung 204. In anderen Beispielen kann eine rohrförmige Hülse eines flexiblen Gehäuses gemäß dieser Offenbarung jedoch andere Querschnittformen aufweisen, z. B. quadratisch oder rechteckig.
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Die Mitte der rohrförmigen Hülse 202 umfasst wenigstens eine Werkzeugkammer 206 mit einer Öffnung 208, die dazu bemessen ist, es einem radial aus- und einfahrenden Werkzeug zu erlauben, sich aus dem Außendurchmesser der Hülse 202 heraus radial nach außen zu bewegen. Wie oben beschrieben, kann die Hülse 202 mit anderen Werkzeugen als Räumern verwendet werden. In einigen Beispielen kann die Mitte der rohrförmigen Hülse 202 mehrere Werkzeugkammern z. B. in Umfangsrichtung um den Außendurchmesser der Hülse 202 angeordnet, umfassen, beispielsweise in Abständen von 120 Grad.
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Die rohrförmige Hülse 202 ist aus mehreren Materialien gefertigt. Außerdem variiert die Querschnittgeometrie der Hülse 202 entlang der Längsachse, einschließlich eines größeren Durchmessers in einem Abschnitt der Mitte benachbart zur Werkzeugkammer 206. Die rohrförmige Hülse 202 weist zwei konzentrisch angeordnete Materialschichten 210 und 212 auf. In dem gezeigten Beispiel können die Schichten 210 und 212 konzentrisch angeordnete Schichten unterschiedlicher Materialien sein. Die Schichten 210 und 212 sind aus verschiedenen Materialien gefertigt. Die Schicht 210 ist aus einem ersten Material mit einer höheren Steifigkeit als das zweite Material gefertigt, aus dem Schicht 212 gefertigt ist. Steifigkeit kann auf unterschiedliche Weise gemessen oder erzielt werden. In einem Beispiel ist die Schicht 210 aus einem ersten Material mit einem höheren Youngschen Modul (mitunter auch als Elastizitätsmodul bezeichnet) als der Youngsche Modul des zweiten Materials gefertigt, aus dem die Schicht 212 gefertigt ist.
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Die Schicht 212 ist über nahezu die gesamte Länge der Hülse 202 radial außerhalb der Schicht 210 und Zentralbohrung 204 angeordnet. Die Schichten 210 und 212 erstrecken sich beide allgemein über die zwei Enden und die Mitte der rohrförmigen Hülse 202. Die Schicht 210 erstreckt sich über die gesamte Länge der rohrförmigen Hülse 202 einschließlich der zwei Enden und der Mitte. Die Schicht 210 ist radial innerhalb der Schicht 212 angeordnet, außer zu den Endabschnitten der zwei Enden hin, die dickere Bereiche 210a der Schicht 210 und keine Schicht 212 beinhalten. Die Schicht 210 umfasst auch einen sich radial nach außen erstreckenden Bereich 210b, der den Umfang der Werkzeugkammer 206 auskleidet. Die Schicht 212 erstreckt sich nahezu über die gesamte Länge der rohrförmigen Hülse 202, außer an den Endabschnitten der zwei Enden, die den dickeren Bereich 210a von der Schicht 210 aufweisen. Außerdem umfasst die Schicht 212 einen dickeren Bereich 212a in der Mitte der rohrförmigen Hülse benachbart zur Werkzeugkammer 206.
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Die funktionelle Wirkung der relativen Größe, Anordnung und Steifigkeit der Schichten 210 und 212 der rohrförmigen Hülse 202 und die in Längsrichtung variierende Querschnittsgeometrie der Hülse 202 sollen die Enden der Hülse 202 flexibler als die Mitte machen, derart, dass die flexibleren Enden dazu ausgestaltet sind, sich um die steifere Mitte zu biegen. Mit einer solchen Ausgestaltung kann die rohrförmige Hülse 202 dazu ausgestaltet sein, eine ausreichende Krümmungsfähigkeit bereitzustellen, um durch abweichende Bohrlöcher zu navigieren, während sie zugleich genug Festigkeit und Steifigkeit in der Mitte beibehält, um das Werkzeug zu schützen, das von der Werkzeugkammer 206 aufgenommen wird.
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Die jeweiligen Materialien und zugehörigen Eigenschaften der Schichten 210 und 212 sowie die Querschnittprofilvarianz können abhängig von der vorgesehenen Anwendung der rohrförmigen Hülse 202 ausgewählt werden. Beispielsweise kann die steifere Schicht 210 aus einem Stahl oder verschiedenen Stahllegierungen gefertigt sein, während die weniger steife Schicht 212 aus Aluminium, Kupfer, Titan, Bronze, Messing und Kombinationen davon gefertigt sein kann. Außerdem kann der Durchmesser von Abschnitten der Mitte der Hülse 202 erhöht werden, um die Steifigkeit zu erhöhen, und der Durchmesser der Abschnitte der Enden der Hülse 202 verringert werden, um die Steifigkeit zu verringern.
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3–5 zeigen schematisch eine Anzahl weiterer flexibler Werkzeuggehäuse gemäß dieser Offenbarung. Die Anordnung, Größe, Anzahl, Form usw. der unterschiedlichen Materialien der rohrförmigen Hülsen dieser Beispiele variieren und werden im Folgenden beschrieben. Allerdings gilt die vorstehende Beschreibung des Variierens der Steifigkeit, Variierens der Geometrie, der möglichen Materialien und der Wirkung dieser Variationen auf die Funktion des beispielhaften Gehäuses 200 aus 2 auch für die beispielhaften Gehäuse aus 3–5.
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3 stellt schematisch ein weiteres beispielhaftes flexibles Werkzeuggehäuse 300 gemäß dieser Offenbarung dar. Wie in 3 dargestellt, umfasst das Gehäuse 300 eine rohrförmige Hülse 302, die einen Zentralabschnitt und einen ersten und zweiten Hilfsabschnitt aufweisen, die zu gegenüberliegende Enden des Zentralabschnitts (in diesem Beispiel nicht separat gekennzeichnet) hin angeordnet sind, die im Folgenden jeweils als Mitte bzw. Enden der Hülse 302 bezeichnet werden. In einem Beispiel ist die rohrförmige Hülse 302 eine allgemein zylindrische Hülse mit einer Zentralbohrung 304.
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Die Mitte der rohrförmigen Hülse 302 weist wenigstens eine Werkzeugkammer 306 auf mit einer Öffnung 308, die dazu bemessen ist, es einem radial aus- und einfahrenden Werkzeug zu erlauben, sich aus dem Außendurchmesser der Hülse 302 heraus radial nach außen zu bewegen. In einigen Beispielen kann die Mitte der rohrförmigen Hülse 302 mehrere Werkzeugkammern z. B. in Umfangsrichtung um den Außendurchmesser der Hülse 302 angeordnet, umfassen.
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Die rohrförmige Hülse 302 ist aus mehreren Materialien gefertigt. Außerdem variiert die Querschnittgeometrie der Hülse 302 entlang der Längsachse, einschließlich eines größeren Durchmessers in einem Abschnitt der Mitte benachbart zur Werkzeugkammer 306. Die rohrförmige Hülse 302 umfasst zwei radial angeordnete Materialschichten 310 und 312. In einem Beispiel können die Schichten 310 und 312 konzentrisch angeordnete Schichten unterschiedlicher Materialien sein. Die Schichten 310 und 312 sind aus verschiedenen Materialien gefertigt. Schicht 310 ist aus einem ersten Material mit einer höheren Steifigkeit als das zweite Material gefertigt, aus dem Schicht 312 gefertigt ist.
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Die Schicht 310 ist über einen Teil der Länge der Hülse 302 radial außerhalb der Schicht 312 und Zentralbohrung 304 angeordnet. Die Schicht 312 erstreckt sich über die gesamte Länge der rohrförmigen Hülse 302 einschließlich der zwei Enden und der Mitte. Die Schicht 310 dagegen erstreckt sich nur über wenigstens einen Abschnitt der Mitte der Hülse 302 benachbart zur Werkzeugkammer 306. In dieser Ausgestaltung weisen die Enden und ein Teil der Mitte der Hülse 302 nur die weniger steife Schicht 312 auf, und ein Abschnitt der mittleren benachbarten Werkzeugkammer 306 beinhaltet sowohl die Schicht 312 als auch die steifere Schicht 310. In dem Beispiel aus 3 kann sich die steifere Schicht 312 in Umfangsrichtung um im Wesentlichen den gesamten Außendurchmesser der Mitte der Hülse 302 erstrecken.
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4A und 4B stellen schematisch ein weiteres beispielhaftes flexibles Werkzeuggehäuse 400 gemäß dieser Offenbarung dar. Das Gehäuse 400 umfasst eine rohrförmige Hülse 402 mit zwei Enden und einer Mitte (in diesem Beispiel nicht separat gekennzeichnet). In einem Beispiel ist die rohrförmige Hülse 402 eine allgemein zylindrische Hülse mit einer Zentralbohrung 404.
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Die Mitte der rohrförmigen Hülse 402 umfasst wenigstens eine Werkzeugkammer 406 mit einer Öffnung 408, die dazu bemessen ist, es einem radial aus- und einfahrenden Werkzeug zu erlauben, sich aus dem Außendurchmesser der Hülse 402 heraus radial nach außen zu bewegen. In einigen Beispielen kann die Mitte der rohrförmigen Hülse 402 mehrere Werkzeugkammern. z. B. in Umfangsrichtung um den Außendurchmesser der Hülse 402 angeordnet, aufweisen.
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Die beispielhafte Hülse 402 ist im Wesentlichen die gleiche wie die Hülse 302 aus 3, mit zwei radial angeordneten Schichten 410 und 412, wobei die steifere Materialschicht 410 radial außerhalb der weniger steifen Materialschicht 412 angeordnet ist und die Schicht 410 sich axial nur über einen Abschnitt der Mitte der Hülse 402 benachbart zur Werkzeugkammer 406 erstreckt. In dem Beispiel der Hülse 402 erstreckt sich die steifere Schicht 410 in Umfangsrichtung jedoch nur um einen Abschnitt des Außendurchmessers der Hülse 402 benachbart zur Werkzeugkammer 406. In Beispielen mit mehreren Werkzeugkammern könnte die Hülse 402 mehrere in Umfangsrichtung verteilte Bereiche der steiferen Schicht 410 umfassen, die an den mehreren Werkzeugkammern ausgerichtet sind. Diese Bereiche zusätzlicher Schicht 410 könnten daher eine Anzahl separater Bereiche mit erhöhter Gesamtmaterialdicke/erhöhtem Werkzeugaußendurchmesser bilden, die von der Innenschicht 412 radial nach außen vorspringen.
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5 stellt schematisch ein weiteres beispielhaftes flexibles Werkzeuggehäuse 500 gemäß dieser Offenbarung dar. Wie in 5 dargestellt, beinhaltet das Gehäuse 500 eine rohrförmige Hülse 502, die zwei Enden und eine Mitte beinhaltet. In einem Beispiel ist die rohrförmige Hülse 502 eine allgemein zylindrische Hülse mit einer Zentralbohrung 504.
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Die Mitte der rohrförmigen Hülse 502 umfasst wenigstens eine Werkzeugkammer 506 mit einer Öffnung 508, die dazu bemessen ist, es einem radial aus- und einfahrenden Werkzeug zu erlauben, sich aus dem Außendurchmesser der Hülse 502 heraus radial nach außen zu bewegen. In einigen Beispielen kann die Mitte der rohrförmigen Hülse 502 mehrere Werkzeugkammern, z. B. in Umfangsrichtung um den Außendurchmesser der Hülse 502 angeordnet, umfassen.
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Die rohrförmige Hülse 502 ist aus mehreren Materialien gefertigt. Insbesondere umfasst die rohrförmige Hülse 502 einen ersten und zweiten Endmaterialabschnitt 510 und 512 und einen mittleren Materialabschnitt 514 dazwischen. Der mittlere Materialabschnitt 514 ist aus einem steiferen Material gefertigt als das Material oder die Materialien, aus dem bzw. denen die Endmaterialabschnitte 510 und 512 gefertigt sind. Außerdem weist in dem Beispiel aus 5 ein Abschnitt des mittleren Materialabschnitts 514 einen größeren Außendurchmesser als die Endmaterialabschnitte 510 und 512 auf.
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Obwohl nicht ausdrücklich dargestellt, können alle vorstehenden beispielhaften flexiblen Werkzeuggehäuse Hohlräume, elektrische, mechanische und/oder hydraulische Komponenten oder andere Merkmale beinhalten, die für den Mechanismus der radial ausfahrenden und einfahrenden Werkzeugmechanismen angepasst sind, die dazu angepasst sind, sich durch die beschriebene(n) Werkzeugkammer(n) der Gehäuse hinein und heraus zu bewegen. Beispielsweise können beispielhafte flexible Werkzeuggehäuse gemäß dieser Offenbarung dazu angepasst sein, einen Verbindungsmechanismus und ein zugehöriges Betätigungssystem zum Bewegen von Räumerarmen aus dem Inneren des Gehäuses radial nach außen in Eingriff mit einem Abschnitt des Bohrlochs aufzunehmen, in dem das Werkzeuggehäuse aufgehängt ist.
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Beispielhafte flexible Werkzeuggehäuse gemäß dieser Offenbarung können verwendet werden, um nicht-lineare Bohrlöcher zu bilden, darunter beispielsweise Bohrlöcher mit einem vertikalen Bereich und einem Bereich, der von der Vertikalen abweicht. In einem Beispiel wird ein unterirdischer Bohrwerkzeugstrang mit einem Bohrmeißel, der am Untertageende des Werkzeugstrangs angeordnet ist, eingesetzt, um ein nicht-lineares unterirdisches Bohrloch zu bohren. Der Werkzeugstrang umfasst wenigstens ein flexibles Werkzeuggehäuse, das dazu ausgestaltet ist, durch Abschnitte des Bohrlochs zu navigieren, die von einem im Wesentlichen geraden, linearen Weg abweichen. Das flexible Werkzeuggehäuse umfasst einen rohrförmigen Zentralabschnitt, der eine Werkzeugkammer mit einer Öffnung aufweist, um es einem Räumerschneidarm in der Werkzeugkammer zu erlauben, sich radial durch die Öffnung nach außen zu bewegen. Das Gehäuse umfasst auch einen rohrförmigen ersten und zweiten Hilfsabschnitt, die zu gegenüberliegende Enden des Zentralabschnitts hin angeordnet sind. Der erste und zweite Hilfsabschnitt weist jeweils eine erste Steifigkeit auf, die kleiner als eine zweite Steifigkeit des Zentralabschnitts ist. Diese beispielhaften Werkzeuggehäuse können somit dazu ausgestaltet sein, eine Sollsteifigkeit des Zentralabschnitts des Werkzeuggehäuses beizubehalten, um einen Werkzeugmechanismus zu schützen, der in diesem Abschnitt des Gehäuses angeordnet ist, während eine ausreichende Krümmungsfähigkeit zum Bohren abweichender Bohrlöcher aufrechterhalten wird.
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Es wurden verschiedene Beispiele beschrieben. Diese und weitere Beispiele fallen in den Umfang der nachfolgenden Ansprüche.
