DE112017000311T5

DE112017000311T5 - Bohrlochwerkzeug zur vertikalen und direktionalen Steuerung

Info

Publication number: DE112017000311T5
Application number: DE112017000311.3T
Authority: DE
Inventors: Chad FEDDEMA; Stephen Jones; Junichi Sugiura
Original assignee: Sanvean Technologies LLC
Current assignee: Sanvean Technologies LLC
Priority date: 2016-01-08
Filing date: 2017-01-06
Publication date: 2018-09-27
Also published as: GB2562391B; GB2578403A; US10196858B2; WO2017120505A1; US20170198525A1; GB202001523D0; GB201810470D0; CA3008954C; CA3008954A1; GB2562391A

Abstract

Ein Bohrlochwerkzeug umfasst ein oder mehrere Lenkschaufeln, die ausgewählt aus einem Gehäuse ausrückbar sind. Jede Lenkschaufel kann durch Fluiddruck in einem Lenkzylinder ausgefahren werden. Jeder Lenkzylinder kann an das Innere eines Spanndorns, der innerhalb des Gehäuses durch eine einstellbare Öffnung positioniert ist, gekoppelt sein. Die einstellbare Öffnung kann zwischen einer offenen und einer teilweise offenen Position bewegt werden. Die einstellbare Öffnung kann durch einen Solenoid oder durch ein Ringventil gesteuert werden. Die einstellbare Öffnung kann einen oder mehrere Druckimpulse erzeugen, um Daten an die Oberfläche zu übertragen.

Description

Querverweis zu verwandten Anmeldungen
Diese Anmeldung ist eine nicht provisorische Anmeldung, welche die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/276,676 , eingereicht am 8. Januar 2016, und der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/344,940 , eingereicht am 2. Juni 2016, beansprucht.
Technisches Gebiet/Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Bohrlochbohrwerkzeuge und insbesondere auf Drehsicherungs- und Lenkvorrichtungen für Bohrlochwerkzeuge.
Hintergrund der Offenbarung
Wenn ein Bohrloch gebohrt wird, kann das Aufrechterhalten einer vertikalen Bohrrichtung erwünscht sein. Leichte Auslenkungen des Bohrgestänges der Bohrlochsohle (BHA) können jedoch dazu führen, dass das Bohrloch von der vertikalen Achse abweicht, und somit kann sich das Bohrloch nicht wie geplant vertiefen. Vertikale Steuervorrichtungen können eingesetzt werden, um die Abweichung von der Vertikalen zu korrigieren. Gleichermaßen können lenkbare Systeme verwendet werden, um die Ausbreitungsrichtung des Bohrlochs zu steuern. Typischerweise können diese Vorrichtungen einen sich drehenden Abschnitt, einschließlich des Bohrmeißels und beliebiger zugehöriger Wellen, und einen sich nicht drehenden Abschnitt aufweisen, der relativ zur umgebenden Formation im Wesentlichen nicht rotierend verbleibt.
Lenkbare Bohrsysteme werden oft als „Point-the-bit“ (Ausrichten des Bohrmeißels)- oder „Push-the-bit“ (Vorschieben des Bohrmeißels)- Systeme klassifiziert. In Point-the-Bit-Systemen weicht die Rotationsachse der Bohrkrone von der Längsachse des Bohrstrangs im Allgemeinen in Richtung des Bohrlochs ab. Das Bohrloch kann typischerweise in Übereinstimmung mit einer Dreipunktgeometrie ausgebreitet werden, die durch obere und untere Stabilisatorberührungspunkte und den Bohrmeißel definiert ist. Der Winkel der Abweichung der Bohrkronenachse, gekoppelt mit einem endlichen Abstand zwischen dem Bohrmeißel und dem unteren Stabilisator führt zu einem nicht-kollinearen Zustand, der ein gekrümmtes Bohrloch erzeugt.
Bei Push-the-Bit-Systemen kann der nicht-kollineare Zustand dadurch erreicht werden, dass einer oder beide der oberen und unteren Stabilisatoren, beispielsweise über Schaufeln oder Kolben, eine exzentrische Kraft oder Verschiebung auf die BHA ausüben, um den Bohrmeißel in den gewünschten Pfad zu bewegen. Die Lenkung kann erreicht werden, indem ein nicht-kollinearer Zustand zwischen dem Bohrmeißel und wenigstens zwei anderen Berührungspunkten, wie zum Beispiel obere und untere Stabilisatoren, geschaffen wird.
Kurzdarstellung
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Bohrlochwerkzeug bereit. Das Bohrlochwerkzeug kann ein Gehäuse umfassen, das drehbar mit einem Spanndorn verbunden und um einen Spanndorn herum positioniert ist. Das Bohrlochwerkzeug kann eine am Gehäuse positionierte Lenkschaufel umfassen. Die Lenkschaufel kann durch eine Ausschubkraft ausschiebbar sein, um eine Bohrlochwand zu berühren, wobei die Ausschubkraft durch einen Differenzdruck zwischen einem Lenkzylinder und einem Druck in einem umgebenden Bohrloch verursacht wird. Der Differenzdruck kann durch den Fluiddruck eines Fluids innerhalb des Lenkzylinders verursacht werden. Der Lenkzylinder kann innerhalb des Gehäuses positioniert sein. Die Lenkschaufel kann wenigstens teilweise innerhalb des Lenkzylinders positioniert sein. Der Lenkzylinder ist fluidisch mit einer Lenköffnung gekoppelt. Das Bohrlochwerkzeug kann eine einstellbare Öffnung umfassen. Die einstellbare Öffnung kann zwischen dem Inneren des Spanndorns und dem Lenkzylinder fluidisch gekoppelt sein. Die einstellbare Öffnung kann zwischen einer offenen Position und wenigstens einer von einer teilweise geöffneten Position und einer geschlossenen Position einstellbar sein.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren bereit. Das Verfahren kann das Bereitstellen eines Bohrlochwerkzeugs umfassen. Das Bohrlochwerkzeug kann ein Gehäuse umfassen, das drehbar mit einem Spanndorn verbunden und um einen Spanndorn herum positioniert ist. Das Bohrlochwerkzeug kann eine erste Lenkschaufel umfassen, die an dem Gehäuse positioniert ist. Die erste Lenkschaufel kann durch eine Ausschubkraft ausschiebbar sein, um eine Bohrlochwand zu berühren, wobei die Ausschubkraft durch einen ersten Differenzdruck zwischen einem ersten Lenkzylinder und einem Druck in einem umgebenden Bohrloch verursacht wird. Der erste Differenzdruck kann durch den Fluiddruck eines Fluids innerhalb des ersten Lenkzylinders verursacht werden. Der erste Lenkzylinder kann sich innerhalb des Gehäuses befinden. Die erste Lenkschaufel kann wenigstens teilweise innerhalb des ersten Lenkzylinders positioniert sein. Der erste Lenkzylinder kann mit einer Lenköffnung fluidisch gekoppelt sein. Das Bohrlochwerkzeug kann eine erste einstellbare Öffnung umfassen. Die erste einstellbare Öffnung kann zwischen einem Inneren des Spanndorns und dem ersten Lenkzylinder fluidisch gekoppelt sein. Die erste einstellbare Öffnung kann zwischen einer offenen Position und wenigstens einer von einer teilweise offenen Position und einer geschlossenen Position einstellbar sein. Das Verfahren kann das Positionieren des Bohrlochwerkzeugs im Bohrloch umfassen. Das Verfahren kann das Zuführen des Fluids in das Innere des Spanndorns umfassen, wobei das Fluid einen höheren Druck als der Druck im umgebenden Bohrloch aufweist. Das Verfahren kann das teilweise Öffnen der einstellbaren Öffnung umfassen. Das Verfahren kann umfassen, dass die erste Lenkschaufel mit einer ersten Ausschubkraft verlängert wird. Das Verfahren kann das Öffnen der einstellbaren Öffnung umfassen. Das Verfahren kann umfassen, dass die erste Lenkschaufel mit einer zweiten Ausschubkraft verlängert wird, wobei die zweite Ausschubkraft höher als die erste Ausschubkraft ist
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren bereit. Das Verfahren kann das Bereitstellen eines Bohrlochwerkzeugs umfassen. Das Bohrlochwerkzeug kann ein Gehäuse umfassen, das drehbar mit einem Spanndorn verbunden und um einen Spanndorn herum positioniert ist. Das Bohrlochwerkzeug kann eine erste Lenkschaufel umfassen, die an dem Gehäuse positioniert ist. Die erste Lenkschaufel kann durch eine Ausschubkraft ausschiebbar sein, um eine Bohrlochwand zu berühren, wobei die Ausschubkraft durch einen ersten Differenzdruck zwischen einem ersten Lenkzylinder und einem Druck in einem umgebenden Bohrloch verursacht wird. Der erste Differenzdruck kann durch den Fluiddruck eines Fluids innerhalb des ersten Lenkzylinders verursacht werden. Der erste Lenkzylinder kann sich innerhalb des Gehäuses befinden. Die erste Lenkschaufel kann wenigstens teilweise innerhalb des ersten Lenkzylinders positioniert sein. Der erste Lenkzylinder kann mit einer Lenköffnung fluidisch gekoppelt sein. Das Bohrlochwerkzeug kann eine erste einstellbare Öffnung umfassen. Die erste einstellbare Öffnung kann zwischen einem Inneren des Spanndorns und dem ersten Lenkzylinder fluidisch gekoppelt sein. Die erste einstellbare Öffnung kann zwischen einer offenen Position und wenigstens einer von einer teilweise offenen Position und einer geschlossenen Position einstellbar sein. Die erste einstellbare Öffnung kann eine Verteileröffnung eines Ringventils sein. Das Ringventil kann einen Verteiler umfassen. Die Verteileröffnung kann in einer oberen Verteilerfläche des Verteilers ausgebildet sein. Die Verteileröffnung kann mit der Steueröffnung verbunden sein. Das Ringventil kann einen Ventilring enthalten. Der Ventilring kann eine untere Ringfläche aufweisen, die anstoßend an die obere Verteilerfläche positioniert ist. Der Ventilring kann einen Schlitz aufweisen, der in der unteren Ringfläche ausgebildet ist. Der Ventilring kann relativ zum Verteiler drehbar sein. Das Verfahren kann das Öffnen der ersten einstellbaren Öffnung durch Drehen des Ventilrings in eine solche Position umfassen, dass der Schlitz mit der Verteileröffnung ausgerichtet ist. Das Verfahren kann umfassen, dass die erste Lenkschaufel mit einer zweiten Ausschubkraft ausgeschoben wird.
Die vorliegende Offenbarung stellt auch ein Verfahren zum Übertragen von Daten von einem Bohrlochwerkzeug bereit. Das Verfahren kann das Positionieren des Bohrlochwerkzeugs in einem Bohrloch umfassen. Das Bohrlochwerkzeug kann ein Gehäuse umfassen, das drehbar mit einem Spanndorn verbunden und um einen Spanndorn herum positioniert ist. Das Bohrlochwerkzeug kann eine an dem Gehäuse positionierte Lenkschaufel umfassen. Die Lenkschaufel kann durch eine Ausschubkraft ausschiebbar sein, um eine Bohrlochwand zu berühren, wobei die Ausschubkraft durch einen Differenzdruck zwischen einem Lenkzylinder und einem Druck in einem umgebenden Bohrloch verursacht wird. Der Differenzdruck kann durch den Fluiddruck eines Fluids innerhalb des Lenkzylinders verursacht werden. Der Lenkzylinder kann sich innerhalb des Gehäuses befinden. Die Lenkschaufel kann wenigstens teilweise innerhalb des Lenkzylinders positioniert sein. Der Lenkzylinder kann mit einer Lenköffnung fluidisch gekoppelt sein. Das Bohrlochwerkzeug kann eine einstellbare Öffnung umfassen. Die einstellbare Öffnung kann zwischen dem Inneren des Spanndorns und dem Lenkzylinder fluidisch gekoppelt sein. Die einstellbare Öffnung kann zwischen einer offenen Position und einer oder mehreren von einer teilweise geöffneten Position und einer geschlossenen Position einstellbar sein. Das Verfahren kann das Erzeugen eines oder mehrerer Druckimpulse durch selektives Einstellen der einstellbaren Öffnung zwischen der offenen und teilweise offenen Position, zwischen der offenen und geschlossenen Position oder zwischen der teilweise offenen und geschlossenen Position umfassen.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird am besten aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie mit den begleitenden Figuren gelesen wird. Es wird betont, dass verschiedene Merkmale gemäß der gängigen Praxis in der Industrie nicht maßstabsgetreu sind. Tatsächlich können die Dimensionen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit der Diskussion willkürlich erhöht oder verringert sein.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Bohrlochwerkzeugs im Teilquerschnitt in Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2A, 2B zeigen schematische Querschnitte des Bohrlochwerkzeugs von 1 in einer Zentralisierungsposition.
3A, 3B zeigen schematische Querschnitte des Bohrlochwerkzeugs von 1 in einer Lenkposition.
4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ablenkvorrichtung eines Bohrlochwerkzeugs in Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
5A zeigt eine Teilquerschnittsansicht eines Bohrlochwerkzeugs in Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
5B zeigt eine Detailansicht des Bohrlochwerkzeugs von 5A in einer offenen Position.
5C zeigt eine Detailansicht des Bohrlochwerkzeugs von 5A in einer teilweise offenen Position.
6A zeigt eine Teilquerschnittsansicht eines Bohrlochwerkzeugs in Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6B zeigt eine Detailansicht des Bohrlochwerkzeugs von 6A.
6C zeigt eine perspektivische Ansicht von Komponenten des Bohrlochwerkzeugs von 6A.
7A - 7J zeigen eine halbtransparente Ansicht eines Ringventils in Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in verschiedenen Positionen.
8 zeigt einen Querschnitt eines Bohrlochwerkzeugs in Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
9 zeigt einen Querschnitt eines Bohrlochwerkzeugs in Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
10A -D zeigen schematische Querschnitte eines Bohrlochwerkzeugs in Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in verschiedenen Drehpositionen.
11 zeigt eine halbtransparente Ansicht eines Ringventils in Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
12 zeigt eine halbtransparente Ansicht eines Ringventils in Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
13 zeigt eine halbtransparente Ansicht eines Ringventils in Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
14 zeigt eine halbtransparente Ansicht eines Ringventils in Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
15 zeigt eine Teilquerschnittsansicht eines Bohrlochwerkzeugs in Übereinstimmung mit wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

Detaillierte Beschreibung
Es versteht sich von selbst, dass die folgende Offenbarung viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale verschiedener Ausführungsformen bereitstellt. Spezifische Beispiele von Komponenten und Anordnungen werden nachstehend beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Dies sind natürlich nur Beispiele und sollen nicht als Einschränkung gedacht sein. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung in den verschiedenen Beispielen Bezugszeichen und/oder -buchstaben wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und schreibt selbst keine Beziehung zwischen den verschiedenen diskutierten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.
Wie in 1 gezeigt, kann das Bohrlochlenkwerkzeug 100 als Teil des Bohrstrangs 10 vorgesehen sein. In einigen Ausführungsformen kann das Bohrlochlenkwerkzeug 100 als Teil einer Bohrlochsohlenanordnung des Bohrgestänges 10 vorgesehen sein. Bei einigen Ausführungsformen kann das Bohrlochlenkwerkzeug 100 um den Spanndorn 12 des Bohrstrangs 10 positioniert sein. Der Spanndorn 12 kann mit dem Bohrwerkzeug 14 verbunden und ausgelegt sein, um eine Drehkraft darauf bereitzustellen, um das Bohrloch 15 auszubilden. In einigen Ausführungsformen kann der Spanndorn 12 mit dem Bohrgestänge 10 verbunden sein, so dass die Rotation des Bohrgestänges 10 von der Oberfläche durch beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, einen Drehtisch oder einen Spitzenantrieb eine Drehung des Spanndorns 12 verursacht. In einigen Ausführungsformen kann der Spanndorn 12 mit einem Bohrlochmotor wie ein Schlammmotor oder eine Bohrlochturbine (nicht gezeigt) verbunden sein, um eine Rotation bereitzustellen. Das Bohrlochlenkwerkzeug 100 kann ein Gehäuse 101 umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 101 rohrförmig oder allgemein rohrförmig sein. Das Gehäuse 101 kann um den Spanndorn 12 positioniert sein und kann drehbar damit verbunden sein, so dass sich der Spanndorn 12 unabhängig vom Gehäuse 101 drehen kann. In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel und ohne Einschränkung, können ein oder mehrere Lager zwischen dem Gehäuse 101 und dem Spanndorn 12 positioniert sein. Obwohl als ein einzelnes Stück gezeigt, wird ein Durchschnittsfachmann mit dem Vorteil dieser Offenbarung verstehen, dass das Gehäuse 101 aus einem oder mehreren Stücken gebildet sein kann.
In einigen Ausführungsformen kann sich das Gehäuse 101 mit einer Geschwindigkeit drehen, die geringer ist als die Rotationsrate des Bohrmeißels und des Spanndorns 12. Beispielsweise und ohne Einschränkung kann sich das Gehäuse 101 mit einer Geschwindigkeit drehen, die die wenigstens 50 U/min (RPM) langsamer ist als der Spanndorn 12. Zum Beispiel und ohne Einschränkung kann sich das Gehäuse 101 in einem Fall, in dem sich der Spanndorn 12 mit 51 U/min dreht, mit 1 U/min oder weniger drehen. In einigen Ausführungsformen kann sich das Gehäuse 101 mit einer Geschwindigkeit drehen, die kleiner als ein Prozentsatz der Rotationsgeschwindigkeit des Spanndorns 12 ist. Beispielsweise und ohne Einschränkung kann sich das Gehäuse 101 mit einer Geschwindigkeit drehen, die geringer als 50% der Geschwindigkeit des Spanndorns 12 ist. In einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 101 durch Nicht-Drehung eine Werkzeugflächenausrichtung unabhängig von der Drehung des Bohrstrangs 10 beibehalten.
In einigen Ausführungsformen kann das Bohrlochlenkwerkzeug 100 ein oder mehrere Lenkschaufeln 103 umfassen. Die Lenkschaufeln 103 können um einen Umfang des Gehäuses 101 positioniert sein. Die Lenkschaufeln 103 können ausfahrbar sein, um das Bohrloch 15 zu kontaktieren. In einigen Ausführungsformen können die Lenkschaufeln 103 wenigstens teilweise innerhalb der Lenkzylinder 105 positioniert sein und können daran abgedichtet sein. Der Fluiddruck innerhalb jedes Lenkzylinders 105 kann über den Fluiddruck im umgebenden Bohrloch 15 ansteigen, wodurch ein Differenzdruck über die Lenkschaufel 103, die darin positioniert sind, verursacht wird. Der Differenzialdruck kann eine Ausschubkraft auf die Lenkschaufel 103 verursachen. Die Ausschubkraft auf die Lenkschaufel 103 kann die Lenkschaufel 103 in eine ausgefahrene Position drücken. Wenn sie im Bohrloch 15 positioniert ist, kann die Ausschubkraft bewirken, dass die Lenkschaufel 103 das Bohrloch 15 berührt. In einigen Ausführungsformen kann die Lenkschaufel 103 zum Beispiel und ohne Einschränkung wenigstens teilweise eine Drehung des Gehäuses 101 verhindern oder, zum Beispiel und ohne Einschränkung, auf weniger als 20 Umdrehungen pro Stunde verzögern.
In einigen Ausführungsformen kann Fluid zu jedem Lenkzylinder 105 durch eine Lenköffnung 107 zugeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann das Fluid Bohrschlamm sein. Das Fluid in jeder Lenköffnung 107 kann durch eine oder mehrere einstellbare Öffnungen 109 gesteuert werden. Fluide können Bohrschlamm wie Bohrschlamm auf Ölbasis oder Bohrschlamm auf Wasserbasis, Luft, Nebel, Schaum, Wasser, Öl, einschließlich Getriebeöl, Hydraulikfluid oder andere Fluide im Bohrloch 15 umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Einstellbare Öffnungen 109 können den Fluidfluss zwischen einem Inneren des Spanndorns 12 und den Lenköffnungen 107 steuern. In einigen Ausführungsformen wird jeder Lenkzylinder 105 durch eine einstellbare Öffnung 109 gesteuert. In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere Lenkschaufeln 103 um das Bohrlochlenkwerkzeug 100 ausgerichtet sein und durch dieselbe einstellbare Öffnung 109 gesteuert werden. Wie hierin verwendet, umfasst „einstellbare Öffnung“ jedes Ventil oder jeden Mechanismus mit einer einstellbaren Strömungsrate zur Durchflussbeschränkung.
Jeder einstellbaren Öffnung 109 kann Fluid von einem Inneren 13 des Spanndorns 12 zugeführt werden. Die einstellbare Öffnung 109 kann fluidisch mit dem Inneren 13 des Spanndorns 12 gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel und ohne Einschränkung, können eine oder mehrere Öffnungen 111 im Spanndorn 12 ausgebildet sein, der mit jeder einstellbaren Öffnung 109 gekoppelt sein kann, so dass Fluid zu jeder einstellbaren Öffnung 109 fließen kann, wenn sich der Spanndorn 12 relativ zum Gehäuse 101 dreht. In einigen Ausführungsformen kann, wie weiter unten diskutiert, ein Ablenker verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen können einstellbare Öffnungen 109 zwischen einer offenen Position und einer teilweise offenen Position rekonfigurierbar sein. In einigen Ausführungsformen können die einstellbaren Öffnungen 109 ferner eine geschlossene Position aufweisen. In der teilweise geöffneten Position können die einstellbaren Öffnungen 109 teilweise offen bleiben, so dass eine Fluidmenge in den entsprechenden Lenkzylinder 105 gelangen kann. Während bestimmter Vorgänge, beispielsweise um das Bohrlochlenkwerkzeug 100 innerhalb des Bohrlochs 15 zu zentrieren, wie es schematisch und ohne Einschränkung für die Struktur in 2A dargestellt ist, kann jede einstellbare Öffnung 109a-d in der teilweise offenen Position verbleiben, so dass nur ein Teil der Fluidmenge durch diese hindurchgehen kann, verglichen mit dem Fall, wenn eine einstellbare Öffnung 109 vollständig offen ist. In einigen Ausführungsformen kann die teilweise offene Position zwischen 0% und 50% des Durchflusses der geöffneten Position, zwischen 10% und 40% des Durchflusses der geöffneten Position oder zwischen 25% und 35% des Durchflusses der geöffneten Position zulassen. Jede Lenkschaufel 103a-d kann somit einen im Wesentlichen gleichen Differenzdruck darüber erhalten und kann zum Kontaktieren des Bohrlochs 15 mit ungefähr gleicher Ausschubkraft ausgefahren werden, was grafisch als Pfeile dargestellt ist, welche die erste Ausschubkraft f darstellen. Die Lenkschaufeln 103a-d können somit das Bohrlochlenkwerkzeug 100 innerhalb des Bohrlochs zentrieren. In einigen Ausführungsformen können die Lenkflügel 103a-d an ihrem Ende ein oder mehrere Antirotationsmerkmale (nicht gezeigt) aufweisen, so dass die von jedem Lenkflügel 103a-d in Kontakt mit dem Bohrloch 15 ausgeübte Kraft eine Drehung des Bohrlochlenkwerkzeugs 100 relativ zum Bohrloch 15 verhindert oder verzögert.
Wenn eine Lenkeingabe erwünscht ist, können eine oder mehrere einstellbare Öffnungen (in 3A als einstellbare Öffnung 109a' dargestellt) durch Betätigung ihres entsprechenden Solenoids (nicht gezeigt) vollständig geöffnet werden. Die einstellbaren Öffnungen 109b-d, die sich nicht in der offenen Position befinden, können in der teilweise offenen Position verbleiben. Mit der einstellbaren Öffnung 109a' in der offenen Position kann eine größere Menge an Fluid zu der entsprechenden Lenkschaufel (103a' in 3B) strömen, was den Differenzdruck darüber höher sein lässt als zu den Lenkschaufeln 103, die nicht einer vollständig offenen einstellbaren Öffnung 109 entsprechen, und was somit eine größere Ausschubkraft ausübt, die als zweite Ausschubkraft F anschließend dargestellt ist. Die entgegengesetzte Lenkschaufel (hier 103c) (oder Lenkschaufeln abhängig von der Konfiguration) nimmt eine kleinere erste Ausschubkraft f auf und ihre Ausdehnung kann wenigstens teilweise durch die Verlängerung der Lenkschaufel 103a' überwunden werden, wodurch das Bohrlochlenkwerkzeug 100 weg vom Bohrloch 15 in die Richtung der Lenkschaufel 103a' gedrückt wird. Diese zweite Ausschubkraft F kann somit eine Änderung in der Richtung bewirken, in der das Lenkwerkzeug 100 relativ zum Bohrloch 15 gedrückt wird, hier als eine Kraftvektorrichtung bezeichnet, welche die Richtung ändern kann, in die das Bohrloch 15 gebohrt wird.
In einigen Ausführungsformen können beim Bohren eines geraden oder nahezu geraden Bohrlochs 15 in einigen Ausführungsformen alle einstellbaren Öffnungen 109a-d geöffnet werden, wobei im Wesentlichen der gleiche Druck auf alle Lenkschaufeln 103 ausgeübt wird, was eine gleiche Kraft bewirkt, die von allen Lenkschaufeln 103 gegen das Bohrloch 15 ausgeübt wird. Alternativ kann eine minimale Greifkraft von allen Lenkschaufeln 103 gegen das Bohrloch 15 ausgeübt werden, wenn alle einstellbaren Öffnungen 109a-d teilweise offen sind.
In einigen Ausführungsformen, wie in 4 gezeigt, kann Fluid aus dem Inneren des Spanndorns 12 (hier mit zwei an beiden Seiten der Ablenkeinheit 141 angeschlossene Teilkomponenten dargestellt) durch die Ablenkeinheit 141 geliefert werden. Das Fluid innerhalb des Spanndorns 12 kann ohne Einschränkung Bohrschlamm, wie Bohrschlamm auf Ölbasis oder Bohrschlamm auf Wasserbasis; Luft; Nebel; Schaum; Wasser; Öl, einschließlich Getriebeöl; Hydraulikflüssigkeit; oder eine Kombination davon umfassen. Das Fluid innerhalb des Spanndorns 12 kann durch eine oder mehrere Pumpen (nicht gezeigt) an der Oberfläche durch den Spanndorn 12 zugeführt werden, um zum Beispiel und ohne Einschränkung ein oder mehrere Bohrlochwerkzeuge zu betreiben und Bohrklein während eines Bohrvorgangs aus dem Bohrloch 15 wegzuspülen. Das Fluid innerhalb des Spanndorns 12 kann einen höheren Druck haben als das Fluid innerhalb des Bohrlochs 15. Die Ablenkeinheit 141 kann den Ablenkkörper 143 umfassen, der mit dem Spanndorn 12 verbunden und mit ihm drehbar ist. In einigen Ausführungsformen kann die Ablenkeinheit 141 einen Bohrfluidfilter 147 enthalten. Der Ablenkkörper 143 kann eine oder mehrere Öffnungen 111 umfassen, die das Innere des Spanndorns 12 an eine oder mehrere Fluidzuführöffnungen 106 koppeln, die im Gehäuse 101 ausgebildet sind. Die Fluidzuführöffnungen 106 können Fluid zu einstellbaren Öffnungen zuführen, wie hierin nachstehend beschrieben wird. In einigen Ausführungsformen können ungefähr 4-5% des Durchflusses, der durch das Innere des Spanndorns 12 geht, durch die Ablenkeinheit 141 abgelenkt werden. In einigen Ausführungsformen kann ein Teil des umgeleiteten Fluids in ein oder mehrere Lager (nicht gezeigt) hindurchgehen und kann in den ringförmigen Raum über dem Bohrlochsteuerwerkzeug 100 austreten.
In einigen Ausführungsformen kann ein Controller, der im Folgenden als Controller 119 und 237 beschrieben wird, die in den 5A bzw. 6A gezeigt sind, die Betätigung von einstellbaren Öffnungen 109 steuern. Für den Zweck dieser Beschreibung wird der Controller 119 speziell diskutiert, obwohl ein Fachmann mit dem Vorteil dieser Offenbarung versteht, dass der Controller 237 ähnlich arbeiten kann. In einigen Ausführungsformen kann der Controller 119 elektrisch mit einstellbaren Öffnungen 109 gekoppelt sein.
In einigen Ausführungsformen kann der Controller 119 einen oder mehrere Mikrocontroller, Mikroprozessoren, FPGAs (feldprogrammierbare Gate-Arrays), eine Kombination von analogen Geräten, wie analoge integrierte Schaltungen (ICs) oder beliebige andere auf dem Fachgebiet bekannte Vorrichtungen umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das Bohrlochlenkwerkzeug 100 einen Differenzialrotationssensor 112, der zum Messen eines Unterschieds der Drehzahlen zwischen dem Spanndorn 12 und dem Gehäuse 101 betreibbar ist, und einer(einem) Gehäuserotationsmessvorrichtung oder -sensor 116, die(der) zum Messen einer Rotationsrate des Gehäuses 101 betreibbar ist, umfassen. In einigen Ausführungsformen, kann der Differenzialrotationssensor 112 einen oder mehrere Infrarotsensoren, Ultraschallsensoren, Hall-Effekt-Sensoren, Fluxgate-Magnetometer, magnetoresistive Magnetfeldsensoren, mikroelektromechanische System (MEMS) -Magnetometer und/oder Aufnehmerspulen umfassen. Der Differenzialrotationssensor 112 kann mit einem oder mehreren Markern 114 interagieren, wie z. B. Infrarot-Reflexionsspiegeln, Ultraschallreflektoren, magnetischen Markern, Permanentmagneten, Elektromagneten, gekoppelt mit dem Spanndorn 12, die zum Beispiel und ohne Einschränkung ein oder mehrere Magnete oder Elektromagneten zur Wechselwirkung mit einem magnetischen Differenzialrotationssensor 112 sein können. Die(Der) Gehäuserotationsmessvorrichtung oder -sensor 116 kann einen oder mehrere Beschleunigungsmesser, Magnetometer und/oder gyroskopische Sensoren einschließlich MEMS-Gyroskope, MEMS-Beschleunigungsmesser und/oder andere, die betreibbar sind, um eine Queraxialbeschleunigung zu messen, Magnetfeldkomponenten oder eine Kombination davon umfassen. Gyroskopsensoren und/oder MEMS-Gyroskope können verwendet werden, um die Rotationsgeschwindigkeit des Gehäuses 101 und die unregelmäßige Rotationsgeschwindigkeit des Gehäuses 101, wie Torsionsschwingung und Stick-Slip, zu messen. Die Beschleunigungsmesser und Magnetometer im Gehäuse 101 können verwendet werden, um die Werkzeugfläche des Bohrlochlenkwerkzeugs 100 zu berechnen. Die Werkzeugfläche des Bohrlochlenkwerkzeugs 100 kann in einigen Ausführungsformen auf eine bestimmte Lenkschaufel 103 bezogen sein. In einigen Ausführungsformen kann die Werkzeugfläche des Bohrlochlenkwerkzeugs 100 relativ zu einem Schwerkraftfeld, das als Schwerkraft-Werkzeugfläche bekannt ist; definiert in Bezug auf ein magnetisches Feld, bekannt als eine magnetische Werkzeugfläche; oder eine Kombination davon definiert sein. Die Differenzialrotationssensoren 112 und die Gehäuserotationsmessvorrichtung oder -sensoren 116 können irgendwo im Gehäuse 101 angeordnet sein. Die Markierungen 114 können an der entsprechenden Position auf dem Spanndorn 12 im Wesentlichen in der Nähe der Differenzialrotationssensoren 112 angeordnet sein.
Wenn ein vertikales Bohrloch 15 gebohrt wird, wie in 8 dargestellt, kann die Schwerkraft-Werkzeugfläche verwendet werden. Um die Vertikalität beizubehalten, kann die Schwerkraft-Werkzeugfläche (GTF) auf die niedrige Seite des Bohrlochs 15 eingestellt werden, entsprechend einer 180°-Schwerkraft-Werkzeugfläche, und wenigstens eine Lenkschaufel 103 kann eine exzentrische Kraft auf die Seite des Bohrlochs 15 gegenüber der Ziel-Werkzeugfläche (TF) ausüben. In einigen Ausführungsformen kann die Lenkschaufel 103 eine exzentrische Kraft auf die Seite des Bohrlochs 15 im Wesentlichen gegenüber der Ziel-TF ausüben, wie zum Beispiel und ohne Einschränkung innerhalb von 15° von 180° von der Ziel-TF.
Um das Bohrloch 15 in vertikaler Richtung zu bohren, kann die Ziel-Schwerkraftwerkzeugfläche (GTF) des Bohrlochsteuerwerkzeugs 100 in einigen Ausführungsformen auf die niedrige Seite des Bohrlochs (GTF = 180°) eingestellt sein. In einigen Ausführungsformen kann die Gleichung für die GTF gegeben sein durch: $G T F = arctan (\frac{G_{y}}{G_{x}})$
Die Genauigkeit von GTF nahe der Vertikalen kann von der Genauigkeit der Querbeschleunigungsmessungen (Gx und Gy) abhängen.
Um ein abgelenktes Bohrloch auszubilden, kann die anfängliche Richtungsänderung des Bohrlochs 15, die hier als Anstoß von der Vertikalen bezeichnet wird, wie in 9 dargestellt, in Bezug auf eine magnetische Werkzeugfläche definiert sein. In einigen Ausführungsformen kann wenigstens eine Lenkschaufel 103 eine exzentrische Kraft auf die gegenüberliegende Seite der Zielwerkzeugfläche gegen das Bohrloch 15 ausüben.
In einigen Ausführungsformen kann, wenn sie vertikal oder beispielsweise und ohne Einschränkung innerhalb von 5° bis 10° vertikal ist, eine magnetische Werkzeugfläche verwendet werden. Oben kann, beispielsweise und ohne Einschränkung, bei 5° bis 10° Neigung eine Schwerkraftwerkzeugfläche verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen kann beim vertikalen Anstoß die magnetische Werkzeugfläche (MTF) verwendet werden, um in die gewünschte Richtung (z.B. um bezogen auf ein Magnetfeld, wie Nord, Süd, Ost, West oder eine magnetische Werkzeugfläche null zu sein, bezugnehmend auf den magnetischen Norden) den Anstoß zu geben. Die Gleichung für die MTF kann gegeben sein durch: $M T F = arctan (\frac{M_{y}}{M_{x}})$
In einigen Ausführungsformen ändert sich, wenn sich das Gehäuse 101 dreht, die Lenkschaufel oder die Lenkschaufeln 103, die im Wesentlichen gegenüber der Zielwerkzeugoberfläche ausgerichtet sind. Der Controller 119 kann konfiguriert sein, um entweder eine oder zwei benachbarte Lenkschaufeln 103 zu betätigen, um eine exzentrische Lenkkraft auf das Bohrloch 15 auszuüben, um das Bohrlochlenkwerkzeug 100 in eine gewünschte Richtung entsprechend der Ziel-Werkzeugfläche zu schieben. In einigen Ausführungsformen können die Lenkschaufeln 103, die nicht vom Controller 119 betätigt werden, ausgefahren werden, um einen Greifdruck bereitzustellen, während sie sich in der teilweise offenen Position befinden. Zum Beispiel und ohne Einschränkung, wie in den 10A-D dargestellt, während sich das Gehäuse 101 im Wesentlichen langsam dreht, z.B. mit einer Umdrehung pro Stunde, werden die Lenkschaufeln 103a-d, wenn sie sich relativ zum Bohrloch 15 drehen, sequentiell betätigt, wenn sie gegenüber der Zielwerkzeugfläche (TF) orientiert sind. In 10A wird die Lenkschaufel 103a betätigt. In FIG. 10B, nachdem sich das Gehäuse 101 gedreht hat, werden die Lenkflügel 103a und 103b betätigt. In 10C wird die Lenkschaufel 103b alleine betätigt, und in 10D werden die Lenkschaufeln 103b und 103c betätigt.
In einigen Ausführungsformen kann die Ziel-Werkzeugfläche (entweder MTF oder GTF) mit dem Bohrlochlenkwerkzeug 100 abwärts verbunden sein. In einigen Ausführungsformen kann die Ziel-Werkzeugfläche basierend auf der Zielneigung oder Zielneigung/Azimut abwärts verbunden zum Bohrlochlenkwerkzeug berechnet werden. In einigen derartigen Ausführungsformen kann der Controller 119 ein geschlossenes Steuersystem für den Neigungs-/Azimut-Hold verwenden.
In einigen Ausführungsformen, wie in 5A dargestellt, kann jede einstellbare Öffnung 109 durch einen entsprechenden Solenoidaktuator gesteuert werden, der hier als Solenoid 115 bezeichnet wird. In einigen Ausführungsformen kann jedes Solenoid 115 innerhalb der kompensierten Ölkammer 117 positioniert sein. Die kompensierte Ölkammer 117 kann mit einem Fluid wie einem Öl gefüllt sein und so das Eindringen von Bohrfluid oder anderem Abraum in die kompensierte Ölkammer 117 verhindern oder beschränken. In einigen Ausführungsformen kann die kompensierte Ölkammer 117 auf einen höheren Druck gebracht werden, als er für das umgebende Fluid erwartet wird.
In einigen Ausführungsformen können die Solenoide 115 durch den Controller 119 gesteuert werden. In einigen Ausführungsformen kann der Controller 119 elektrisch mit den Solenoiden 115 verbunden sein und kann eine Elektronik umfassen, die konfiguriert ist, Solenoide 115 zu betätigen. In einigen Ausführungsformen kann der Controller 119 mit einem oder mehreren Sensoren wie beispielsweise und ohne Einschränkung Beschleunigungsmesser, Gyroskope, Magnetometer usw. umfassen oder elektrisch verbunden sein und kann Informationen verwenden, die durch den einen oder die mehreren Sensoren erfasst werden, um die Solenoide 115 zu steuern. In einigen Ausführungsformen kann der Controller 119 Elektronik zum Empfangen von Anweisungen zum Steuern von Solenoiden 115 umfassen. In einigen Ausführungsformen kann der Controller 119 eine oder mehrere Stromversorgungen wie beispielsweise und ohne Einschränkung Batterien 121 zum Betreiben der Steuerung 119 und Solenoide 115 umfassen. Solenoide 115 können mit einstellbaren Öffnungen 109 durch eine oder mehrere mechanische Verbindungen gekoppelt sein. Die Solenoide 115 können eine beliebige Art von Solenoiden sein, die in der Technik bekannt sind, einschließlich zum Beispiel und ohne Einschränkung Schub-Solenoide, Zug-Solenoide, Dreh-Solenoide und Verriegelungs-Solenoide.
In einigen Ausführungsformen, wie in 5B, 5C dargestellt, kann das Solenoid 115 mit einem Kolben 123 verbunden sein. Der Kolben 123 kann durch das Solenoid 115 bewegbar sein, hier als ein lineares Schub-Solenoid dargestellt, obwohl andere Solenoide von dieser Offenbarung ebenfalls umfasst sind. Der Kolben 123 kann innerhalb des Ventilzylinders 125 positioniert sein. Der Ventilzylinder 125 kann zwei oder mehr Eingangsöffnungen 127a-c, die, wie oben besprochen, fluidisch mit den Fluidzuführungsanschlüssen 106 verbunden sind, in Fluidverbindung mit dem Inneren des Spanndorns 12 aufweisen. Der Ventilzylinder 125 kann auch Ausgangsöffnungen 129a-c, die mit der Lenköffnung 107 fluidverbunden sind, aufweisen. In einigen Ausführungsformen können die Eingangsöffnungen 127a-c mit den Ausgangsöffnungen 129a-c fluchten. In einigen Ausführungsformen kann der Kolben 123 einen oder mehrere radiale Nuten 131a-c aufweisen. Die radialen Nuten 13a-c können fluidisch entsprechende Eingangsöffnungen 127a-c und Ausgangsöffnungen 129a-d koppeln, wenn die entsprechende radiale Nut 131a-c mit dieser ausgerichtet ist, wie in 5B (die „offene“ Position) gezeigt, und die Fluidverbindung zwischen diesen schließen, wenn sie nicht durch Bewegung des Kolbens 123 durch den Solenoid 115, wie in 5C (die „teilweise offene“ Position) gezeigt, ausgerichtet sind. In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere der radialen Nuten 131a-c (hier als radiale Nut 131a dargestellt) eine ausreichende Breite aufweisen, so dass die Fluidkommunikation zwischen den entsprechenden Öffnungen, hier der Eingangsöffnung 127a und der Ausgangsöffnung 129a, offen ist, wenn sich der Kolben 123 in der teilweise offenen Position befindet, wie in 5C dargestellt, wo die radiale Nut 131a breiter ist als die radialen Nuten 131b-c. In einer solchen Ausführungsform kann, wenn in der offenen Position, d.h., die einstellbare Öffnung 109 ist offen, mehr Fluid als in der teilweise offenen Position durchströmen, d.h., die einstellbare Öffnung 109 ist teilweise offen, da alle Eingangsöffnungen 127a-c mit den Ausgangsöffnungen 129a-c und nicht nur eine Eingangsöffnung 127a mit der Ausgangsöffnung 129a in der teilweise offenen Position fluidverbunden sind. Ein Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet der Technik wird mit dem Vorteil dieser Offenbarung verstehen, dass eine beliebige Anzahl von Eingangsöffnungen und Ausgangsöffnungen eingesetzt werden kann, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen, und eine beliebige Anzahl von Öffnungen in der geschlossenen Position ohne Fluidverbindung bleiben kann, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. In einigen Ausführungsformen kann die Anzahl der Öffnungen so gewählt werden, dass die zum Betätigen des Solenoids 115 erforderliche Kraft innerhalb einer gewünschten Grenze liegt.
In einigen Ausführungsformen, wie in den 6A-C dargestellt, können die einstellbaren Öffnungen 109' durch das Ringventil 215 gesteuert werden. Das Ringventil 215 kann den Verteiler 217 und den Ventilring 231 umfassen. Der Verteiler 217 kann die einstellbaren Öffnungen 109' umfassen, welche die Verteileröffnungen 221 definieren, die um die obere Verteilerfläche 219 herum angeordnet sind. Jede Verteileröffnung 221 kann mit einer entsprechenden Lenköffnung 107 gekoppelt sein. Fluide, welche durch das Ringventil 215 gesteuert werden, können umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Bohrschlamm wie Bohrschlamm auf Ölbasis oder Bohrschlamm auf Wasserbasis, Öl, Nebel, Schaum, Wasser, Öl, einschließlich Getriebeöl, Hydraulikfluid oder andere Fluide innerhalb des Spanndorns 12.
Der Ventilring 231 kann im Allgemeinen ringförmig sein. Der Ventilring 231 kann durch einen oder mehrere Motoren 235 gedreht werden. In einigen Ausführungsformen kann der Motor 235 ein Elektromotor sein, wie zum Beispiel und ohne Einschränkung ein bürstenloser Gleichstrommotor. In einigen Ausführungsformen kann der Motor 235 durch den Controller 237 gesteuert werden. In einigen Ausführungsformen kann der Controller 237 eine Elektronik aufweisen, die zum Betätigen des Motors 235 konfiguriert ist. In einigen Ausführungsformen kann der Controller 237 einen oder mehrere Sensoren umfassen, wie zum Beispiel und ohne Einschränkung Beschleunigungsmesser, Gyroskope, Magnetometer usw., und kann Informationen verwenden, die von dem einen oder den mehreren Sensoren erfasst werden, um den Motor 235 zu steuern. In einigen Ausführungsformen kann der Ventilring 231 einen oder mehrere Positionsmarker 254 wie magnetische Marker oder Magnete umfassen. Der Controller 237 kann einen oder mehrere Ventilringpositionssensoren 256 enthalten, um die Position des Ventilrings 231 zu bestimmen. Die Ventilringpositionssensoren 256 können zum Beispiel und ohne Einschränkung eine oder mehrere Pickup-Spulen, Magnetometer, Hall-Effekt-Sensoren, mechanische Positionssensoren oder optische Positionssensoren umfassen. In einigen Ausführungsformen kann der Controller 237 Elektronik zum Empfangen von Anweisungen zum Steuern des Motors 235 aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann der Controller 237 eine oder mehrere Stromversorgungen, wie beispielsweise und ohne Einschränkung, Batterien 239 zum Antreiben des Controllers 237 und des Motors 235 umfassen. Der Motor 235 kann mit dem Ventilring 231 durch ein oder mehrere mechanische Gestänge wie das Getriebe 232 gekoppelt sein, das zum Beispiel und ohne Einschränkung den Antriebsring 233 und das Ritzel 241 oder andere Verbindungen umfassen kann. In einigen Ausführungsformen kann der Ventilring 231 mit einem Rotor des Motors 235 gekoppelt sein oder als Teil eines Rotors davon ausgebildet sein.
Der Controller 237 kann beispielsweise und ohne Einschränkung einen oder mehrere Mikrocontroller, Mikroprozessoren, FPGAs (Field Programmable Gate Arrays), eine Kombination von analogen Vorrichtungen, wie zum Beispiel analoge integrierte Schaltungen (ICs) oder beliebige andere auf dem Fachgebiet bekannte Vorrichtungen, die mit einer Motorsteuerlogik und -algorithmen programmiert sein können, einschließlich einer Winkelpositionssteuerungslogik und Algorithmen, umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann der Ventilring 231 einen oder mehrere Schlitze 243 aufweisen, die an seiner unteren Ringfläche 245 ausgebildet sind (in 6C gezeigt). Die untere Ringfläche 245 kann an der oberen Verteilerfläche 219 anstoßen oder anstoßend mit dieser positioniert sein, so dass, wenn ein Schlitz 243 mit einer Verteileröffnung 221 des Verteilers 217 ausgerichtet ist, Fluid durch die Verteileröffnung 221 von der mit dem Inneren des Spanndorns 12 verbundenen Fluidzuführöffnung 247 fließen kann, wie zuvor hierin besprochen. Der Ventilring 231 kann durch den Motor 235 gedreht werden, wobei die Schlitze 243 in Ausrichtung mit den einstellbaren Öffnungen 109' hinein und aus dieser heraus bewegt werden. In einigen Ausführungsformen kann der Ventilring 231 um eine oder mehrere volle Umdrehungen drehbar sein. In einigen Ausführungsformen können die Schlitze 243 so angeordnet sein, dass der Ventilring 231 nur eine Teilumdrehung drehen muss, um jede der einstellbaren Öffnungen 109' zu betätigen. In einigen Ausführungsformen können die Schlitze 243 um den Ventilring 231 angeordnet sein, so dass die einstellbaren Öffnungen 109', die einander gegenüberliegen, nicht gleichzeitig offen sind. In einigen Ausführungsformen können die Schlitze 243 so angeordnet sein, dass benachbarte einstellbare Öffnungen 109' gleichzeitig geöffnet werden können.
In einigen Ausführungsformen kann eine Lippe 249 in der unteren Ringfläche 245 des Ventilrings 231 ausgebildet sein. Die Lippe 249 kann so positioniert sein, dass die untere Ringfläche 245 des Ventilrings 231 teilweise eine Verteileröffnung 221 blockiert, wenn sie mit der Lippe 249 und nicht mit dem Schlitz 243 ausgerichtet ist, wodurch die Verteileröffnung 221 teilweise geöffnet wird. In einigen Ausführungsformen kann die Lippe 249 derart unterbrochen sein, dass alle Verteileröffnungen 221 in einer bestimmten Position des Ventilrings 231 vollständig geschlossen sein können.

Zum Beispiel zeigen 7A-J einen beispielhaften Ventilring 231 (in halbtransparenter Ansicht), der im Verteiler 217 positioniert ist. Jede Zeichnung zeigt den Ventilring 231 in einer anderen Winkelposition gedreht und mit Schlitzen 243, die eine oder mehrere der Verteileröffnungen 221a-d öffnen oder schließen, wie in der folgenden Tabelle dargestellt. Tabelle 1: Ringventilpositionen FIG. 7A-7J

FIG.#	Ventilringwinkelposition	Öffnung 1	Öffnung 2	Öffnung 3	Öffnung 4
FIG.#	Ventilringwinkelposition	(221a)	(221b)	(221c)	(221d)
7A	0°	OFFEN	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN
7B	5°	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN
7C	10°	OFFEN	OFFEN	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN
7D	20°	TEILWEISE OFFEN	OFFEN	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN
7E	30°	TEILWEISE OFFEN	OFFEN	OFFEN	TEILWEISE OFFEN
7F	40°	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN	OFFEN	TEILWEISE OFFEN
7G	50°	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN	OFFEN	OFFEN
7H	60°	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN	OFFEN
7I	70°	OFFEN	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN	OFFEN
7J	80°	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN

In einigen Ausführungsformen kann, obwohl beschrieben wie bei einem 5°-Versatz des Ventilrings 231, die Position, in 7B gezeigt, in der jede Verteileröffnung 221a-d teilweise geschlossen ist, zwischen jeder der anderen Positionen, wie bei 15°, 25° usw., liegen. In einigen Ausführungsformen, obwohl nicht dargestellt, kann eine Position des Ventilrings 231 Schlitze 243 derart umfassen, dass in einer Position alle Verteileröffnungen 221a-d offen sind. Die in 7B gezeigte Position (alle Verteileröffnungen 221a-d sind teilweise offen) kann verwendet werden, um eine im Wesentlichen neutrale Lenkneigung des Bohrlochlenkwerkzeugs 100 durch Ausüben der gleichen Kraft auf jedes Lenkblatt 103 zu erzeugen, und in einigen Ausführungsformen wird diese Ventilposition verwendet, um ein im Wesentlichen gerades Bohrloch zu bohren, einschließlich und ohne darauf beschränkt zu sein, auf langen tangentialen Abschnitten und horizontalen Abschnitten, mit einer gewissen Neigungstendenzkompensation und Kurskorrektur. Zusätzlich kann in einigen Ausführungsformen die Verlängerung jeder Lenkschaufel 103 um den gleichen Betrag der Kraft bewirken, dass alle Lenkschaufeln 103 das Bohrloch 15 kontaktieren und dagegen greifen, wodurch beispielsweise und ohne Einschränkung die Drehung des sich langsam drehenden Gehäuses 101 reduziert wird.
In einigen Ausführungsformen, wie in 11 gezeigt, kann der Ventilring 231' einen oder mehrere Schlitze 243' umfassen, die eine Verjüngung 244' umfassen können. Die Verjüngung 244' kann, wenn sie mit den Verteileröffnungen 221a-d ausgerichtet ist, teilweise eine oder mehrere der Verteileröffnungen 221a-d öffnen, abhängig von der Drehposition des Ventilrings 231'. Daher kann jede der Verteileröffnungen 221a-d teilweise geöffnet und geschlossen werden, wenn der Ventilring 231' gedreht wird. In einigen Ausführungsformen kann die Verjüngung 244' in der Lippe 249' ausgebildet sein. In einigen Ausführungsformen können, wenn der Ventilring 231' gedreht wird, die Lenkschaufeln 103a-d, wie zuvor besprochen, mit variabler Kraft erstreckt werden, abhängig davon, wie viel der jeweiligen Verteileröffnung 221a-d durch die Verjüngung 244' geöffnet ist. In einigen Ausführungsformen kann die Drehung des Ventilrings 231' beispielsweise und ohne Einschränkung so gesteuert werden, dass sie mit einem bekannten Gradinkrement, das hierin als „Schritt“ bezeichnet wird, drehbar ist. In einigen Ausführungsformen, beispielsweise und ohne Einschränkung, kann jeder Schritt 0,2° betragen, wodurch eine Feineinstellung der Kraftvektorrichtung ermöglicht wird, die durch die Lenkschaufeln 103a-d, die jeweils durch die Verteileröffnungen 221a-d gesteuert werden, verliehen wird. Wenn zum Beispiel, wie oben diskutiert, benachbarte Ventilring-Winkelpositionen um 10° voneinander getrennt sind, würde ein Schritt von 0,2° ermöglichen, dass 50 Zwischenpositionen des Ventilrings 231' erreicht werden. Die Kraftvektorrichtung, die durch die Lenkschaufeln 103a-d ausgeübt wird, kann daher in einer derartigen Ausführungsform in Schritten von 0,9° gesteuert werden oder 400 diskrete Kraftvektorrichtungen aufweisen. Ein Durchschnittsfachmann wird im Bewusstsein des Vorteils dieser Offenbarung verstehen, dass durch Ändern des Gradinkrements der Stufe die Anzahl der diskreten Kraftvektorrichtungen variiert modifiziert werden kann, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Die Fähigkeit, die Kraftvektorrichtung des Bohrlochwerkzeugs 100 fein einzustellen, kann es so ermöglichen, dass die Kraftvektorrichtung in einem feinen Inkrement eingestellt wird, um zum Beispiel und ohne Einschränkung auf die gewünschte Erstreckungsrichtung des Bohrlochs 15 ausgerichtet zu sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Drehung des Ringventils 231' zwischen einer Position, in der eine oder mehrere Verteileröffnungen 221a-d zu einer Position geöffnet sind, in der eine oder mehrere Verteileröffnungen 221a-d geschlossen sind, eine große Menge an Drehmoment vom Motor 235 erfordern. Dieser erforderliche Drehmomentanstieg kann zum Beispiel und ohne Einschränkung einen höheren Spitzenstrom und daher eine größere Menge an dem Motor 235 zuzuführender Leistung erfordern. Dieser Anstieg des Drehmoments, der aufgrund des zunehmenden Druckabfalls über den Verteileröffnungen 221a-d erforderlich ist, wenn sie geschlossen sind, kann zum Beispiel und ohne Einschränkung bewirken, dass das Ringventil 231' steckenbleibt, blockiert oder auf andere Weise nicht in der Lage ist, die jeweilige Verteileröffnung 221a-d zu schließen.

In einigen Ausführungsformen, wie in 13 gezeigt, kann der Ventilring 231' in verschiedene Winkelpositionen gedreht werden (mit A-J bezeichnet), so dass die Schlitze 243' eine oder mehrere der Verteileröffnungen 221a-d öffnen oder schließen, wie in der nachstehenden Tabelle 2 angegeben: Tabelle 2: Ringventilpositionen FIG. 13

Position	Ventilringwinkelposition	Öffnung 1	Öffnung 2	Öffnung 3	Öffnung 4
Position	Ventilringwinkelposition	(221a)	(221b)	(221c)	(221d)
A	0°	OFFEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN
B	9°	OFFEN	OFFEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN
C	18°	GESCHLOSSEN	OFFEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN
D	27°	GESCHLOSSEN	OFFEN	OFFEN	GESCHLOSSEN
E	36°	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	OFFEN	GESCHLOSSEN
F	45°	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	OFFEN	OFFEN
G	54°	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	OFFEN
H	63°	OFFEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	OFFEN
I	74°	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN
J	81°	OFFEN	OFFEN	OFFEN	OFFEN

In einer solchen Ausführungsform unter Bezugnahme auf FIG. 13 können die Schlitze 243' ermöglichen, dass alle Verteileröffnungen 221a-d vollständig geöffnet sind, wenn der Ventilring 231' so positioniert ist, dass die Verteileröffnungen 221a-d zum Beispiel und ohne Einschränkung auf die in 13 mit J bezeichnete 81°-Position ausgerichtet sind. Die Position J kann radial benachbart zu einer Position angeordnet sein, in der alle Verteileröffnungen 221a-d vollständig geschlossen sind, wie zum Beispiel und ohne Einschränkung die 74°-Position, die in 13 mit I bezeichnet ist. In einigen Ausführungsformen kann jeder Schlitz 243' eine Verjüngung 244' umfassen, die es zum Beispiel und ohne Einschränkung den Ventilring 231' erlaubt, die jeweilige Verteileröffnung 221a-d allmählich zu schließen, wenn der Ventilring 231' zwischen Positionen gedreht wird. Die Verjüngungen 244" können zum Beispiel und ohne Einschränkung das Drehmoment reduzieren, das erforderlich ist, um den Ventilring 231' zu bewegen, wenn die Verteileröffnungen 221a-d geschlossen werden, und dadurch die Wahrscheinlichkeit verringern, dass der Ventilring 231' ins Festsitzen oder Klemmen kommt, wenn der Ventilring 231' zwischen den Positionen bewegt wird, und reduziert den Spitzenstrom oder die Leistung, die dem Motor 235 zugeführt werden muss.

In einigen Ausführungsformen kann der Ventilring 231", wie in 14 dargestellt, im Wesentlichen so, wie in Bezug auf 13 beschrieben, arbeiten, so dass der Ventilring 231'' in verschiedene Winkelpositionen (mit A-J bezeichnet) gedreht werden kann, so dass die Schlitze 243" einen oder mehrere der Verteileröffnungen 221a-d öffnen, teilweise öffnen oder schließen, wie in Tabelle 2 unten dargestellt: Tabelle 3: Ringventilpositionen FIG. 14

Position	Ventil ringwinkelposition	Öffnung 1	Öffnung 2	Öffnung 3	Öffnung 4
Position	Ventil ringwinkelposition	(221a)	(221b)	(221c)	(221d)
A	0°	OFFEN	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN
B	9°	OFFEN	OFFEN	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN
C	18°	TEILWEISE OFFEN	OFFEN	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN
D	27°	TEILWEISE OFFEN	OFFEN	OFFEN	TEILWEISE OFFEN
E	36°	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN	OFFEN	OFFEN
F	45°	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN	OFFEN	TEILWEISE OFFEN
G	54°	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN	OFFEN
H	63°	OFFEN	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN	OFFEN
I	74°	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN
J	81°	OFFEN	OFFEN	OFFEN	OFFEN

In einigen Ausführungsformen kann der Ventilring 231" Zwischenvorsprünge 246 aufweisen, die zwischen bestimmten benachbarten Positionen positioniert sind, in denen die Drehung des Ventilrings 231" andernfalls die jeweilige Verteileröffnung 221a-d nicht schließen oder teilweise schließen würde. Beispielsweise kann der Zwischenvorsprung 246a, wie in 14 gezeigt, ein teilweises Schließen der Verteileröffnung 221a verursachen, wenn sich der Ventilring 231" zwischen der Position A und der Position B dreht. Bei einer solchen Ausführungsform kann die Anordnung der Zwischenvorsprünge 246 und der Schlitze 243" alle Verteileröffnungen 221a-d teilweise an Zwischenpositionen zwischen einer oder mehreren der Positionen A-J schließen. Zum Beispiel können Zwischenvorsprünge 246 positioniert sein, um die Verteileröffnung 221a an Zwischenpositionen zwischen den Positionen J und A und zwischen den Positionen A und B teilweise zu schließen, die Verteileröffnung 221b an Zwischenpositionen zwischen B und C und zwischen den Positionen C und D teilweise zu schließen, die Verteileröffnung 221c teilweise an Zwischenpositionen zwischen D und E und zwischen den Positionen E und F teilweise zu schließen und die Verteileröffnung 221d an Zwischenpositionen zwischen F und G und zwischen den Positionen G und H teilweise zu schließen, wenn der Ventilring 231'' zwischen Positionen rotiert, wodurch jede der jeweiligen Verteileröffnungen 221a-d in der oben beschriebenen teilweise offenen Position positioniert wird. In einigen Ausführungsformen kann mit allen vier Verteileröffnungen 221a-d bewirkt werden, dass die gleiche Kraft auf jede Lenkschaufel 103, wie oben beschrieben, aufgebracht wird. In einigen Ausführungsformen kann der Ventilring 231" absichtlich in eine der Zwischenpositionen gedreht werden, die zwischen den Positionen A und B, B und C, C und D, D und E, E und F, F und G, G und H , H und I, I und J oder J und A definiert sind, damit eine solche Bedingung erreicht werden kann. In einigen derartigen Ausführungsformen können die Zwischenpositionen durch eine Drehung von 4,5° des Ventilrings 231" von jeder beliebigen der Positionen A-J erreicht werden.

In einigen Ausführungsformen, wie in 12 gezeigt, kann der Ventilring 331 Schlitze 343 umfassen und muss keine Lippe wie die Lippe 249, wie oben beschrieben, aufweisen. In solchen Ausführungsformen können die Schlitze 343 so angeordnet sein, dass abhängig von der Drehposition des Ventilrings 331 jede der Verteileröffnungen 221a-d geöffnet, teilweise geöffnet oder geschlossen werden kann. In einigen derartigen Ausführungsformen können die Schlitze 343 um den Ventilring 331 so angeordnet sein, dass die Verteileröffnungen 221a-d, die einander gegenüberliegen, nicht gleichzeitig offen sind. In einigen Ausführungsformen können die Schlitze 343 derart angeordnet sein, dass diese Verteileröffnungen 221a-d gleichzeitig geöffnet sein können. In einigen Ausführungsformen können die Schlitze 343 so angeordnet sein, dass bei einer bestimmten Drehposition des Ventilrings 331 alle Verteileröffnungen 221a-d teilweise offen sind, wie in 12 gezeigt. Zum Beispiel können in einigen Ausführungsformen die Positionen des Ventilrings 331 zum Öffnen und Schließen der Verteileröffnungen 221a-d führen, wie in Tabelle 2 dargestellt: Tabelle 4: Ringventilpositionen FIG. 12

Ventilringwinkelposition	Öffnung 1 (221a)	Öffnung 2 (221b)	Öffnung 3 (221c)	Öffnung 4 (221d)
0°	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN	TEILWEISE OFFEN
5°	OFFEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN
15°	OFFEN	OFFEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN
25°	GESCHLOSSEN	OFFEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN
35°	GESCHLOSSEN	OFFEN	OFFEN	GESCHLOSSEN
45°	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	OFFEN	GESCHLOSSEN
55°	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	OFFEN	OFFEN
65°	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	OFFEN
75°	OFFEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	OFFEN
-5°	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN	GESCHLOSSEN

In einigen Ausführungsformen kann das Bohrlochlenkwerkzeug 100 Daten an die Oberfläche oder an andere Bohrlochwerkzeuge übertragen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf ein MWD-Werkzeug, ein LWD-Werkzeug, einen instrumentierten Motor, eine instrumentierte Turbine, eine instrumentierte, getriebereduzierte Turbine, ein instrumentiertes axiales Oszillationswerkzeug, ein instrumentiertes Stick-Slip-Verminderungswerkzeug, ein instrumentiertes Steady-Weight-on-Bit-Werkzeug, ein instrumentiertes Räumwerkzeug, einen instrumentierten Unterschneider und einen instrumentierten Bohreinsatz. In einigen Ausführungsformen kann beispielsweise und ohne Einschränkung eine Reihe von Druckimpulsen verwendet werden, um Kommunikationssignale zu übertragen. Die Druckimpulse können durch Öffnen und Schließen einer oder mehrerer Lenköffnungen 107 durch die Solenoide 115 oder das Ringventil 215 erzeugt werden.
In einigen Ausführungsformen können die Solenoide 115 verwendet werden, um Druckimpulse durch Öffnen und Schließen eines oder mehrerer Solenoide 115 zu erzeugen. Als ein Beispiel unter Verwendung des Ringventils 215 kann der Ventilring 231 zwischen einer ersten Position entsprechend einem minimalen Druckabfall gedreht werden, d.h. dort, wo alle Verteileröffnungen 221a-d geschlossen sind, zu einer Position, die einem höheren Druckabfall entspricht, beispielsweise wenn alle Verteileröffnungen 221a-d offen sind. Zum Beispiel kann ein solcher Übergang durch eine Drehung des Ventilrings 231' oder 231" zwischen den Positionen I und J erreicht werden, wie in Bezug auf 13, 14 beschrieben. Als ein anderes Beispiel kann der Ventilring 231 zwischen einer Position, in welcher eine Verteileröffnung 221a-d offen ist, und einer Position, wo zwei offen sind, bewegt werden.
In einigen Ausführungsformen kann das Bohrlochwerkzeug 100 eine dedizierte Öffnung 109" umfassen, wie in 15 gezeigt, der ein Solenoid 115' zugeordnet ist oder der eine Verteileröffnung 221" zugeordnet ist, um einen Prozentsatz des internen Schlammflusses zum Ring durch Verwendung einer Drossel 301 oder Öffnung 303 zu umgehen. In einer solchen Ausführungsform kann eine dedizierte Öffnung 109" hinzugefügt werden, um einen stärkeren Druckimpuls als die Lenköffnungen 107 zu erzeugen. Ein Durchschnittsfachmann mit dem Vorteil dieser Offenbarung wird verstehen, dass, obwohl mit Solenoid 115' gezeigt, die Verteileröffnung 221" mit einem Ventilring verwendet werden kann, der mit jeder anderen hierin beschriebenen Ausführungsform konsistent ist.
In einigen Ausführungsformen können die Druckimpulse verwendet werden, um ein Signal an die Oberfläche oder an andere Bohrlochwerkzeuge zu übertragen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf ein MWD-Werkzeug, ein LWD-Werkzeug, einen instrumentierten Motor, eine instrumentierte Turbine, eine instrumentierte getriebereduzierte Turbine, ein instrumentiertes, axiales Oszillationswerkzeug, ein instrumentiertes Stick-Slip-Verminderungswerkzeug, ein instrumentiertes Steady-Weight-on-Bit-Werkzeug, ein instrumentiertes Räumwerkzeug, einen instrumentierten Unterschneider und einen instrumentierten Bohreinsatz. In einigen Ausführungsformen können die Druckimpulse verwendet werden, um ein binäres Signal zu übertragen. In einigen Ausführungsformen kann die Druckimpulsamplitude, -frequenz, - phase oder irgendeine Kombination davon verwendet werden, um ein binäres Signal zu übertragen. In einigen Ausführungsformen kann eine Manchester-Codierung verwendet werden, um Daten an die Oberfläche zu übertragen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Neigung, Azimut, Gehäuseschwerpunkt/magnetische Werkzeugfläche, Zielwerkzeugfläche, tatsächliche Werkzeugfläche, Gehäusedrehzahl, Bohreinsatzdrehgeschwindigkeit, Stoß-/Vibrationsschweregrade, Temperaturen, Druck, andere Diagnoseinformation, empfangener(s) Downlink-Befehl/Signal, Downlink-Befehl/Signal-Empfangsbestätigung, Downhole-Softwarebetriebsmodus/Zustand und andere Daten, die sich auf den Betrieb eines oder mehrerer Bohrlochwerkzeuge beziehen.
Obwohl mit Bezug auf ein sich langsam drehendes Gehäuse 101 beschrieben, wird ein Durchschnittsfachmann mit dem Vorteil dieser Offenbarung verstehen, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Gehäuses 101 nicht auf die oben erwähnten Drehzahlen beschränkt ist. Die Lenkrichtung kann mit einer beliebigen Drehgeschwindigkeit gesteuert werden. Zusätzlich sind die hierin beschriebenen spezifischen Anordnungen der Schlitze 243, 243' der Ventilringe 231, 231', 331 einschließlich aller Verjüngungen 244', 244" beispielhaft und sollen den Umfang dieser Offenbarung nicht beschränken. Kombinationen der beschriebenen Anordnungen als auch andere Anordnungen von Schlitzen und Ventilringen können verwendet werden, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen.
Die hierin beschriebenen Verfahren sind für die Implementierung im Bohrloch über einen oder mehrere Controller konfiguriert, die im Bohrloch eingesetzt werden (z.B. in einem vertikalen/direktionalen Bohrwerkzeug). Ein geeigneter Controller kann zum Beispiel einen programmierbaren Prozessor wie etwa einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller, und einen prozessorlesbaren oder computerlesbaren Programmcode enthalten, der Logikelemente einsetzt. Ein geeigneter Prozessor kann zum Beispiel verwendet werden, um die oben mit Bezug auf 7A-J und 10A-D beschriebenen Verfahrensausführungsformen sowie die entsprechenden offenbarten mathematischen Gleichungen für Schwerkraft-/magnetische Werkzeugfläche auszuführen. Ein geeigneter Controller kann wahlweise auch andere steuerbare Komponenten wie etwa Sensoren (z.B. einen Temperatursensor), Datenspeichervorrichtungen, Stromversorgungen, Zeitgeber und dergleichen umfassen. Der Controller kann auch so angeordnet sein, dass er in elektronischer Kommunikation mit den anderen Sensoren steht (z.B. um die kontinuierlichen Neigungs- und Azimutmessungen zu empfangen). Ein geeigneter Controller kann wahlweise auch mit anderen Instrumenten im Bohrstrang kommunizieren, wie beispielsweise Telemetriesystemen, die mit der Oberfläche kommunizieren. Ein geeigneter Controller kann weiterhin wahlweise einen flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher oder eine Datenspeichervorrichtung aufweisen.
Das Vorangehende umreißt Merkmale mehrerer Ausführungsformen, so dass ein Durchschnittsfachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Solche Merkmale können durch eine beliebige von zahlreichen gleichwertigen Alternativen ersetzt werden, von denen nur einige hierin offenbart sind. Durchschnittsfachleute sollten erkennen, dass sie die vorliegende Offenbarung leicht als eine Basis zum Entwerfen oder Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen zum Ausführen der gleichen Zwecke und/oder zum Erreichen der gleichen Vorteile der hierin eingeführten Ausführungsformen verwenden können. Durchschnittsfachleute sollten auch erkennen, dass solche gleichwertigen Konstruktionen nicht vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass sie hier verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen vornehmen können, ohne vom Sinn und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62276676 [0001]
US 62344940 [0001]

Claims

Bohrlochwerkzeug, umfassend: ein Gehäuse, das drehbar mit einem Spanndorn verbunden und um den Spanndorn herum positioniert ist; eine Lenkschaufel, die am Gehäuse positioniert ist, wobei die Lenkschaufel durch eine Ausschubkraft ausschiebbar ist, um ein Bohrloch zu berühren, wobei die Ausschubkraft durch einen Differenzialdruck zwischen einem Lenkzylinder und einem Druck in einem umgebenden Bohrloch verursacht wird, wobei der Differenzialdruck durch Fluiddruck eines Fluid innerhalb des Lenkzylinders, des Lenkzylinders innerhalb des Gehäuses, der Lenkschaufel, wenigstens teilweise innerhalb des Lenkzylinders positioniert, verursacht wird, wobei der Lenkzylinder mit einer Lenköffnung fluidisch gekoppelt ist; und eine einstellbare Öffnung, wobei die einstellbare Öffnung fluidisch zwischen dem Inneren des Spanndorns und des Lenkzylinders gekoppelt ist, wobei die einstellbare Öffnung zwischen einer offenen Position und wenigstens einer von einer teilweise offenen Position und einer geschlossenen Position einstellbar ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die einstellbare Öffnung umfasst: einen Ventilzylinder, wobei der Ventilzylinder umfasst: zwei oder mehr Eingangsöffnungen, wobei die Eingangsöffnungen mit dem Inneren des Spanndorns fluidisch verbunden sind; und zwei oder mehr Ausgangsöffnungen, die fluidisch mit der Lenköffnung verbunden sind, wobei die Ausgangsöffnungen mit den Eingangsöffnungen ausgerichtet sind; und einen Kolben, der durch ein Solenoid von einer teilweise geöffneten Position in eine offene Position bewegbar ist, wobei der Kolben zwei oder mehr radiale Nuten aufweist, so dass, wenn sich der Kolben in der offenen Position befindet, jede radiale Nut eine Eingangsöffnung der zwei oder mehr Eingangsöffnungen mit einer entsprechenden Ausgangsöffnung der zwei oder mehr Ausgangsöffnungen fluidisch verbindet und, wenn er sich in der teilweise offenen Position befindet, wenigstens eine Eingangsöffnung fluidisch von der entsprechenden Ausgangsöffnung getrennt wird.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 2, wobei wenigstens eine radiale Nut breiter ist als wenigstens eine andere radiale Nut.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 2, ferner umfassend eine zweite einstellbare Öffnung, wobei die zweite einstellbare Öffnung fluidisch zwischen dem Inneren des Spanndorns und einem zweiten Lenkzylinder gekoppelt ist, wobei die zweite einstellbare Öffnung zwischen einer offenen Position und einer teilweise offenen Position einstellbar ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 4, wobei die zweite einstellbare Öffnung umfasst: einen zweiten Ventilzylinder; und einen zweiten Kolben, der von einer teilweise geöffneten Position zu einer offenen Position durch ein zweites Solenoid bewegbar ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die einstellbare Öffnung eine Verteileröffnung eines Ringventils umfasst, wobei das Ringventil umfasst: einen Verteiler, wobei die Verteileröffnung in einer oberen Verteilerfläche des Verteilers ausgebildet ist, wobei die Verteileröffnung mit der Lenköffnung verbunden ist; und einen Ventilring, wobei der Ventilring eine untere Ringfläche aufweist, die anstoßend an der oberen Verteilerfläche positioniert ist, wobei der Ventilring einen Schlitz aufweist, der in der unteren Ringfläche ausgebildet ist, wobei der Ventilring relativ zum Verteiler drehbar ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 6, wobei der Ventilring in einer ersten Ventilringwinkelposition positioniert ist und der Schlitz mit der Verteileröffnung ausgerichtet ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 6, ferner umfassend: eine zweite Lenkschaufel, die am Gehäuse positioniert ist, wobei die zweite Lenkschaufel durch eine Ausschubkraft ausschiebbar ist, um ein Bohrloch zu berühren, wobei die Ausschubkraft durch einen zweiten Differenzialdruck zwischen einem zweiten Lenkzylinder und dem Druck im umgebenden Bohrloch verursacht wird, wobei der Differenzialdruck durch den Fluiddruck eines Fluids innerhalb des zweiten Lenkzylinders, des zweiten Lenkzylinders innerhalb des Gehäuses, der zweiten Lenkschaufel, wenigstens teilweise innerhalb des zweiten Lenkzylinders positioniert, verursacht wird, wobei der zweite Lenkzylinder mit einer zweiten Lenköffnung fluidisch gekoppelt ist; und wobei der Verteiler ferner eine zweite Verteileröffnung aufweist, die mit der zweiten Lenköffnung fluidverbunden ist; und wobei der Ventilring ferner einen zweiten Schlitz umfasst, der in der unteren Ringfläche ausgebildet ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 8, wobei der Ventilring in einer zweiten Ventilringwinkelposition positioniert ist und der zweite Schlitz mit der zweiten Verteileröffnung ausgerichtet ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 8, wobei der zweite Schlitz mit der zweiten Verteileröffnung ausgerichtet ist, wenn der Ventilring in der ersten Ventilringwinkelposition positioniert ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 8, wobei das Ringventil in einer dritten Ventilringwinkelposition positioniert ist und der Schlitz nicht mit der Verteileröffnung ausgerichtet ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 6, wobei die untere Ringfläche ferner eine Lippe aufweist, die so positioniert ist, dass die Verteileröffnung teilweise offen ist, wenn der Schlitz nicht mit der Verteileröffnung ausgerichtet ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 7, wobei die Lippe diskontinuierlich ist, so dass die Verteileröffnung geschlossen ist, wenn sich der Ventilring in einer vierten Ventilringwinkelposition befindet.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 6, ferner umfassend einen Ventilringpositionssensor.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 14, wobei der Ventilringpositionssensor eine oder mehrere Pickup-Spulen, Magnetometer, Hall-Effekt-Sensoren, mechanische Positionssensoren oder optische Positionssensoren umfasst.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 6, wobei der Ventilring mit einem Motor gekoppelt ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 16, wobei der Motor ein bürstenloser Gleichstrommotor ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 16, wobei der Ventilring durch einen Antriebsring und ein Antriebsritzel oder durch ein Getriebe mit dem Motor gekoppelt ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 6, wobei der Schlitz ferner eine Verjüngung umfasst.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Controller, der elektrisch mit der einstellbaren Öffnung verbunden ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 20, wobei der Controller einen oder mehrere Mikrocontroller, Mikroprozessoren, FPGAs (feldprogrammierbare Gate-Arrays) oder analoge integrierte Schaltungen umfasst.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 20, wobei der Controller elektrisch mit einem oder mehreren Sensoren gekoppelt ist.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 22, ferner umfassend einen Differenzialrotationssensor, der positioniert ist, um die relative Drehung zwischen dem Gehäuse und dem Spanndorn zu erfassen.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 23, wobei der Differenzialsensor einen oder mehrere Infrarotsensoren, Ultraschallsensoren, Hall-Effekt-Sensoren, Fluxgate-Magnetometer, magnetoresistive Magnetfeldsensoren, mikroelektromechanische System (MEMS-) - Magnetometer oder Pickup-Spulen umfasst.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 24, ferner umfassend einen mit dem Spanndorn gekoppelten Magneten.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 22, ferner umfassend einen Gehäuserotationsmesssensor.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 26, wobei der Gehäuserotationssensor einen oder mehrere Beschleunigungsmesser, Magnetometer oder gyroskopische Sensoren umfasst.
Bohrlochwerkzeug nach Anspruch 1, wobei das Fluid Bohrschlamm, Luft, Nebel, Schaum, Wasser, Öl oder Hydraulikfluid ist.
Verfahren, umfassend: Bereitstellen eines Bohrlochwerkzeugs, wobei das Bohrlochwerkzeug umfasst: ein Gehäuse, das drehbar mit einem Spanndorn verbunden und um den Spanndorn herum positioniert ist; eine erste Lenkschaufel, die am Gehäuse positioniert ist, wobei die erste Lenkschaufel durch eine Ausschubkraft ausschiebbar ist, um ein Bohrloch zu berühren, wobei die Ausschubkraft durch einen ersten Differenzialdruck zwischen einem ersten Lenkzylinder und einem Druck in einem umgebenden Bohrloch verursacht wird, wobei der erste Differenzialdruck durch Fluiddruck eines Fluids innerhalb des ersten Lenkzylinders, des ersten Lenkzylinders innerhalb des Gehäuses, der ersten Lenkschaufel, wenigstens teilweise innerhalb des ersten Lenkzylinders positioniert, verursacht wird, wobei der erste Lenkzylinder mit einer Lenköffnung fluidisch gekoppelt ist; und eine erste einstellbare Öffnung, wobei die erste einstellbare Öffnung fluidisch zwischen einem Inneren des Spanndorns und dem ersten Lenkzylinder gekoppelt ist, wobei die erste einstellbare Öffnung zwischen einer offenen Position und wenigstens einer von einer teilweise offenen Position und einer geschlossenen Position einstellbar ist; Positionieren des Bohrlochwerkzeugs im Bohrloch; Zuführen des Fluids zum Inneren des Spanndorns, wobei das Fluid bei einem Druck höher als der Druck im umgebenden Bohrloch vorliegt; teilweises Öffnen der einstellbaren Öffnung; Ausschieben der ersten Lenkschaufel mit einer ersten Ausschubkraft; Öffnen der einstellbaren Öffnung; und Ausschieben der ersten Lenkschaufel mit einer zweiten Ausschubkraft, wobei die zweite Ausschubkraft höher ist als die erste Ausschubkraft.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Bohrlochwerkzeug ferner umfasst: eine zweite Lenkschaufel, die am Gehäuse positioniert ist, wobei die zweite Lenkschaufel durch eine Ausschubkraft ausschiebbar ist, um ein Bohrloch zu berühren, wobei die Ausschubkraft durch einen zweiten Differenzialdruck zwischen einem zweiten Lenkzylinder und dem Druck im umgebenden Bohrloch verursacht wird, wobei der Differenzialdruck durch Fluiddruck eines Fluids innerhalb des zweiten Lenkzylinders, des zweiten Lenkzylinders innerhalb des Gehäuses, der zweiten Lenkschaufel, wenigstens teilweise innerhalb des zweiten Lenkzylinders positioniert, verursacht wird, wobei der zweite Lenkzylinder mit einer zweiten Lenköffnung fluidisch gekoppelt ist; und eine zweite einstellbare Öffnung, wobei die zweite einstellbare Öffnung zwischen dem Inneren des Spanndorns und dem zweiten Lenkzylinder fluidisch gekoppelt ist, wobei die zweite einstellbare Öffnung zwischen einer offenen Position und einer teilweise offenen Position einstellbar ist; wobei das Verfahren ferner umfasst: teilweises Öffnen der zweiten einstellbaren Öffnung; Ausschieben der zweiten Lenkschaufel mit einer ersten Ausschubkraft; Öffnen der zweiten einstellbaren Öffnung; und Ausschieben der zweiten Lenkschaufel mit einer zweiten Ausschubkraft, wobei die zweite Ausschubkraft höher ist als die erste Ausschubkraft.
Verfahren nach Anspruch 30, ferner umfassend: teilweises Öffnen der ersten einstellbaren Öffnung, während die zweite einstellbare Öffnung offen ist; Verlängern der ersten Lenkschaufel mit einer ersten Ausschubkraft; und Ausschieben der zweiten Lenkschaufel mit einer zweiten Ausschubkraft, wobei die zweite Ausschubkraft höher ist als die erste Ausschubkraft.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei die erste einstellbare Öffnung einen Ventilzylinder umfasst, wobei der Ventilzylinder umfasst: zwei oder mehr Eingangsöffnungen, wobei die Eingangsöffnungen mit dem Inneren des Spanndorns fluidisch verbunden sind; und zwei oder mehr Ausgangsöffnungen, die fluidisch mit der Lenköffnung verbunden sind, wobei die Ausgangsöffnungen mit den Eingangsöffnungen ausgerichtet sind; und einen Kolben, der durch ein Solenoid von einer teilweise geöffneten Position in eine offene Position bewegbar ist, wobei der Kolben zwei oder mehr radiale Nuten aufweist, so dass, wenn sich der Kolben in der offenen Position befindet, jede radiale Nut eine Eingangsöffnung der zwei oder mehr Eingangsöffnungen fluidisch mit einer entsprechenden Ausgangsöffnung der zwei oder mehr Ausgangsöffnungen verbindet und, wenn in der teilweise offenen Position, wenigstens eine Eingangsöffnung fluidisch von der entsprechenden Ausgangsöffnung getrennt ist; wobei der Öffnungsvorgang umfasst, dass der Kolben durch das Solenoid in die offene Position bewegt wird; und wobei der Vorgang zum teilweisen Öffnen das Bewegen des Kolbens in die teilweise offene Position durch das Solenoid umfasst.
Verfahren, umfassend: Bereitstellen eines Bohrlochwerkzeugs, wobei das Bohrlochwerkzeug umfasst ein Gehäuse, das drehbar mit einem Spanndorn verbunden und um den Spanndorn herum positioniert ist; eine erste Lenkschaufel, die am Gehäuse positioniert ist, wobei die erste Lenkschaufel durch eine Ausschubkraft ausschiebbar ist, um ein Bohrloch zu berühren, wobei die Ausschubkraft durch einen ersten Differenzialdruck zwischen einem ersten Lenkzylinder und einem Druck in einem umgebenden Bohrloch verursacht wird, wobei der erste Differenzialdruck durch Fluiddruck eines Fluids innerhalb des ersten Lenkzylinders, des ersten Lenkzylinders innerhalb des Gehäuses, der ersten Lenkschaufel, wenigstens teilweise innerhalb des ersten Lenkzylinders positioniert, verursacht wird, wobei der erste Lenkzylinder mit einer Lenköffnung fluidisch gekoppelt ist; und eine erste einstellbare Öffnung, wobei die erste einstellbare Öffnung fluidisch zwischen einem Inneren des Spanndorns und dem ersten Lenkzylinder gekoppelt ist, wobei die erste einstellbare Öffnung zwischen einer offenen Position und wenigstens einer von einer teilweise offenen Position und einer geschlossenen Position einstellbar ist, wobei die erste einstellbare Öffnung eine Verteileröffnung eines Ringventils ist, wobei das Ringventil umfasst: einen Verteiler, wobei die Verteileröffnung in einer oberen Verteilerfläche des Verteilers ausgebildet ist, wobei die Verteileröffnung mit der Lenköffnung verbunden ist; und einen Ventilring, wobei der Ventilring eine untere Ringfläche aufweist, die anstoßend an der oberen Verteilerfläche positioniert ist, wobei der Ventilring einen Schlitz aufweist, der in der unteren Ringfläche ausgebildet ist, wobei der Ventilring relativ zum Verteiler drehbar ist; Öffnen der ersten einstellbaren Öffnung durch Drehen des Ventilrings in eine Position, so dass der Schlitz mit der Verteileröffnung ausgerichtet ist; und Ausschieben der ersten Lenkschaufel mit einer zweiten Ausschubkraft.
Verfahren nach Anspruch 33, ferner umfassend das Schließen der ersten einstellbaren Öffnung durch Drehen des Ringventils in eine Position, so dass der Schlitz nicht mit der Verteileröffnung ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Ventilring ferner eine Lippe umfasst, die in der unteren Ringfläche ausgebildet ist, und das Verfahren ferner umfasst: teilweises Öffnen der ersten einstellbaren Öffnung durch Drehen des Ringventils in eine Position, so dass der Schlitz nicht mit der Verteileröffnung ausgerichtet ist und die Lippe mit der Verteileröffnung ausgerichtet ist; und Ausschieben der ersten Lenkschaufel mit einer ersten Ausschubkraft, wobei die erste Ausschubkraft niedriger ist als die zweite Ausschubkraft.
Verfahren zum Übertragen von Daten von einem Bohrlochwerkzeug, umfassend: Positionieren des Bohrlochwerkzeugs in einem Bohrloch, wobei das Bohrlochwerkzeug umfasst: ein Gehäuse, das drehbar mit einem Spanndorn verbunden und um den Spanndorn herum positioniert ist; eine Lenkschaufel, die am Gehäuse positioniert ist, wobei die Lenkschaufel durch eine Ausschubkraft ausschiebbar ist, um ein Bohrloch zu berühren, wobei die Ausschubkraft durch einen Differenzialdruck zwischen einem Lenkzylinder und einem Druck in einem umgebenden Bohrloch verursacht wird, wobei der Differenzialdruck durch Fluiddruck eines Fluids innerhalb des Lenkzylinders, des Lenkzylinders innerhalb des Gehäuses, um ein Bohrloch zu kontaktieren, der Lenkschaufel, wenigstens teilweise innerhalb des Lenkzylinders positioniert, verursacht wird, wobei der Lenkzylinder mit einer Lenköffnung fluidisch gekoppelt ist; und eine einstellbare Öffnung, wobei die einstellbare Öffnung zwischen dem Inneren des Spanndorns und dem Lenkzylinder fluidisch gekoppelt ist, wobei die einstellbare Öffnung zwischen einer offenen Position, einer teilweise geöffneten Position und einer geschlossenen Position einstellbar ist; Erzeugen eines oder mehrerer Druckimpulse durch ausgewähltes Einstellen der einstellbaren Öffnung zwischen der offenen und teilweise geschlossenen Position, zwischen der offenen und geschlossenen Position oder zwischen der teilweise offenen und geschlossenen Position.
Verfahren nach Anspruch 36, wobei die einstellbare Öffnung umfasst: einen Ventilzylinder, wobei der Ventilzylinder umfasst: zwei oder mehr Eingangsöffnungen, wobei die Eingangsöffnungen mit dem Inneren des Spanndorns fluidisch verbunden sind; und zwei oder mehr Ausgangsöffnungen, die fluidisch mit der Lenköffnung verbunden sind, wobei die Ausgangsöffnungen mit den Eingangsöffnungen ausgerichtet sind; und einen Kolben, der durch ein Solenoid von einer teilweise geöffneten Position in eine offene Position bewegbar ist, wobei der Kolben zwei oder mehr radiale Nuten aufweist, so dass, wenn sich der Kolben in der offenen Position befindet, jede radiale Nut eine Eingangsöffnung der zwei oder mehr Eingangsöffnungen mit einer entsprechenden Ausgangsöffnung der zwei oder mehr Ausgangsöffnungen fluidisch verbindet und, wenn in der teilweise offenen Position, wenigstens eine Eingangsöffnung fluidisch von der entsprechenden Ausgangsöffnung getrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 37, wobei das Erzeugen eines oder mehrerer Druckimpulse das Bewegen des Kolbens von der teilweise geöffneten Position in die offene Position umfasst.
Verfahren nach Anspruch 36, wobei die einstellbare Öffnung eine Verteileröffnung eines Ringventils umfasst, wobei das Ringventil umfasst: einen Verteiler, wobei die Verteileröffnung in einer oberen Verteilerfläche des Verteilers ausgebildet ist, wobei die Verteileröffnung mit der Lenköffnung verbunden ist; und einen Ventilring, wobei der Ventilring eine untere Ringfläche aufweist, die anstoßend an die obere Verteilerfläche positioniert ist, wobei der Ventilring einen in der unteren Ringfläche ausgebildeten Schlitz aufweist, wobei der Ventilring relativ zum Verteiler drehbar ist, wobei die Verteileröffnung offen ist, wenn der Schlitz mit ihr ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 39, wobei das Erzeugen eines oder mehrerer Druckimpulse das Drehen des Ventilrings von einer ersten Ventilringwinkelposition, in welcher der Schlitz mit der Verteileröffnung ausgerichtet ist, zu einer zweiten Ventilringwinkelposition umfasst, in welcher der Schlitz nicht mit der Verteileröffnung ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 36, wobei der Schritt des Erzeugens eines oder mehrerer Druckimpulse durch ausgewähltes Einstellen der einstellbaren Öffnung zwischen der offenen und teilweise geschlossenen Position erreicht wird, indem das Fluid durch die einstellbare Öffnung strömt.
Verfahren nach Anspruch 36, wobei das Fluid Bohrschlamm, Luft, Nebel, Schaum, Wasser, Öl oder Hydraulikfluid ist.