DE1800387A1

DE1800387A1 - Drill string alignment device

Info

Publication number: DE1800387A1
Application number: DE19701800387
Authority: DE
Inventors: Tschirky John Edward; Garrison Erskine Pope
Original assignee: SMITH IND INTERNAT Inc
Current assignee: SMITH IND INTERNAT Inc
Priority date: 1968-06-07
Filing date: 1970-02-04
Publication date: 1970-02-05
Also published as: US3561549A; DE1800387B2; GB1241063A; DE1800387C3; FR1578480A

Description

Die Erfindung befaßt sich ganz allgemein mit einer Ausrichtvorrichtung für Bohrgeräte, wie sie beispielsweise beim Bohren von Öl— und Erdgasbohrlöchern verwendet werden. Manchmal sollen Schrägbohrungen ausgeführt werden, bei denen das Bohrloch bewußt geneigt oder gekrümmt gebohrt wird. In anderen Fällen soll in Formationen ein senkrechtes Bohrloch hergestellt werden, die dazu neigen, das Bohrwerkzeug und den Bohrstrang aus der Vertikalen abzulenken. In jedem Fall wird verlangt, daß Vorrichtungen vorhanden sind, die mit der Wandung der FormationThe invention relates generally to an alignment device for drilling equipment such as, for example used in drilling oil and natural gas wells. Sometimes you want to drill inclined holes in which the borehole is deliberately drilled inclined or curved. In other cases it should be in formations a vertical borehole can be made with a tendency to take the drilling tool and drill string out of vertical distract. In any event, it is required that devices be in place to deal with the wall of the formation

909886/0290909886/0290

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, DipL-Wirtsch.-Tng. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian HerrmannPatent attorneys Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Tng. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

auf der einen S_eite in Berührung stehen, um den Bohrer und den unteren Teil des Bohrstrangs zur Seite zu drücken.on the one S ite _e are in contact, to press the drill string to the side around the drill and the lower part.

In einigen Bohrvorrichtungen findet kein Rotieren des Bohrstrangs statt, sondern der Bohrmeißel wird durch einen in kurzer Entfernung von dem Meißel angeordneten, unten in der Bohrung arbeitenden Motor in Drehung versetzt,In some drilling devices, the drill string does not rotate, but rather the drill bit goes through a motor located at a short distance from the chisel and operating in the bottom of the bore set in rotation,

P der einen inneren Rotor aufweist, welcher mit dem Meißel verbunden ist und der durch die unter Druck stehende Bohrflüssigkeit angetrieben wird, welche durch den nichtrotieren— den Strang oder durch eine andere geeignete Vorrichtung abwärtsgedrückt wird. In derartigen Apparaten wurden über dem im Bohrloch eingeordneten Motor Orientierungs— oder Ausrichtmittel vorgesehen, wobei jedoch der Motor eine beträchtliche Länge aufweist, so daß die Ausrich1i_^niittel erst in einer erheblichen Entfernung über den Bohrmeißel seitlich mit der Lochwandung in Berührung kommen und die gewünschte Abweichung der Bohrung von der Senkrechten nicht nur ziemlich allmählich erfolgt, sondern die Beibehaltung des gewünschten V/inkels des Bohrmeißels und des unteren Abschnitts des Stranges bezüglich der Senkrechten schwer zu steuern ist.P which has an inner rotor connected to the bit and driven by the pressurized drilling fluid which is driven by the non-rotating strand or by some other suitable device is pushed down. In such devices, orientation or Alignment means provided, however, the motor a considerable Has length, so that the alignment only come laterally into contact with the wall of the hole at a considerable distance above the drill bit and the desired Deviation of the hole from the vertical is not only fairly gradual, but the retention of the desired one V / incels of the drill bit and the lower portion of the Strand is difficult to control with respect to the vertical.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Ausrichtvorrichtung für Bohrmeißel zu schaffen, die in bequemer Weise nahe dein Bohrmeißel angeordnet ist, so daß die Winkelabweichung von der Senkrechten sich schneller erreichen läßt, und die Richtung des Bohrmeißels zwangsläufiger gesteuert werden kann.The object of the invention is therefore to provide an alignment device for drill bits that is more convenient Way close your drill bit is arranged so that the angular deviation from the vertical can be reached more quickly, and the direction of the drill bit more positively controlled can be.

909686/0296909686/0296

_ 3 —_ 3 -

Desweiteren beiaßt sich die Erfindung mit der Schaffung von Ürientierungsraitteln, die sich auf dem unteren Lagergehäuse eines im Bohrloch befindlichen Motors und unmittelbar über dem unterirdischen Bohrmeißel bequem anbringen "lassen. Diese Orientierungsniittel sollen mit Hilfe einer zu schaffenden Vorrichtung wirkungsvoll und einfach durch Drehen eingestellt werden können, so daß der Meißel und der untere Abschnitt des Bohrstrangs genau in die gewünschte seitliche Richtung gedrückt werden können.Furthermore, the invention bites itself with the Creation of orientation guidelines that are located on the lower bearing housing of a downhole motor and can be conveniently attached immediately above the underground drill bit a device to be created can be effectively and easily adjusted by turning, so that the chisel and the lower portion of the drill string can be pushed in precisely the desired lateral direction.

Die erfiudungsgemäßen Ausrichtmittel sollen am unteren Ende des Strangs und neben dem Meißel vorgesehen werden und in Verbindung mit zusätzlichen Ausrichtmittel arbeiten, die mit Abstand oberhalb von den erstgenannten Ausrichtmittel angeordnet sind. Beide Ausrichtmittel weisen seitliche Vorsprünge auf, die in entgegengesetzten Richtungen angeordnet sind, um ein wirkungsvolleres Neigungsbohren zu ermöglichen oder umgekehrt iu schwierigen Erdschichten, wo ein schräger Verlauf der Bohrung nicht erwünscht ist, das Bohrloch auf einer senkrechten Achse zu halten.The alignment means according to the invention should be at the bottom End of the strand and next to the chisel are provided and work in conjunction with additional alignment means that are arranged at a distance above the first-mentioned alignment means. Both alignment means have lateral projections which are arranged in opposite directions to allow more efficient slope drilling or, conversely, in difficult layers of earth, where an inclined course of the borehole is not desired, the borehole can be opened to hold a vertical axis.

Die erfindungsgemäßen Ausrichtmittel sollen erheblich über dem Meißel angeordnet sein, und es solleu außerdem Stabilisierungseinrichtungen vorhanden sein, die neben dem Meißel, und zwar mit Abstand unterhalb der Orientierungsmittel liegen, um dadurch einen minimalen Seitendruck des The alignment means according to the invention should be significant Be arranged above the chisel, and there should also be stabilization devices that are next to the Chisel, at a distance below the orientation means, in order to minimize the side pressure of the

9098 8 6/02909098 8 6/0290

Bohrstrangs und des Meißels zu erzeugen, während die Steuerung des Meißels gegen unerwünschte seitliche Bewegung aufrechterhalten wird, sowie um ein Schrägbohren unter einem sehr kleinen Winkel zu erreichen.Generate drill string and bit while controlling the bit against unwanted lateral movement as well as to achieve angled drilling at a very small angle.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung, auf die sich die folgende Beschreibung bezieht, schematisch wiedergegeben. In der Zeichnung zeigen:Embodiments of the subject matter of the invention are in the drawing to which the following description relates relates, shown schematically. In the drawing show:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene seitlicheFig. 1 is a partially sectioned side

Aufrißansicht des Erfindungsgegenstandes, wobei die oberen Ausriehtschuhe ausgefahren sind,Elevation view of the subject matter of the invention, with the upper shoes extended,

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich der von Fig. 1, wobei die oberen Ausrichtschuhe eingezogen sind,FIG. 2 is a view similar to that of FIG. 1, with the upper alignment shoes retracted.

Fig. 3 eine vergicDerte Schnittansicht nahezu längs der Linie 3-3 in Fig» I,Fig. 3 is a magnified sectional view almost longitudinally the line 3-3 in Figure I,

Fig. k eine seitliche teilweise geschnittene Aufrißansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Konstruktion,Fig. K is a side elevational view, partly in section, of another embodiment of the construction according to the invention;

Fig. 5 eine seitliche teilweise geschnitteneFig. 5 is a side partially sectioned

Aufrißansicht einer weiteren unteren Konstruktion, Elevation view of another lower construction,

Fig. 6 eine vergrößerte Schnittansicht nahezu längs der Linie 6-6 in Fig. h_t Fig. 6 is an enlarged sectional view almost along the line 6-6 in Fig. H _t

909866/02 90909866/02 90

Pig. 7 eine vergrößerte Deteilschnittansicht eines Teils einer■Ausrichteinheit mit einem hydraulisch angetriebenen, in seitlicher Richtung mit der Erdschicht in Berührung kommenden Element undPig. 7 is an enlarged detailed sectional view of part of an alignment unit with a hydraulically driven one in contact with the soil layer in a lateral direction coming item and

Fig. 8 eine seitliche Aufrißansicht einer Ausrichtvorrichtung, die den Konstruktionsgegenstand von Fig. 7 enthält.FIG. 8 is a side elevational view of an alignment device incorporating the article of construction of FIG.

In den Fig. 1 und 2 ist ganz allgemein bei 8 ein Bohrstrang geaaLgt. Dieser Bohrstrang besteht gewöhnlich aus Bohrrohrabschnitten und Bohrbunden, die durch Gewinde verbunden sind und sich von der Oberfläche zum Boden des Bohrlochs erstrecken. Eine Hülse 16 ist Teil des Strangs und trägt mehrere Schuhe 18, die sich in seitlicher Hichtung relativ zu der Hülse 16 so vorstrecken lassen, daß sie die Seitenwand des zu bohrenden Bohrlochs berühren. Die Anzahl der Schuhe ist von untergeordnete* Bedeutung, und die Vorrichtung zum Herausstrecken der Schuhe ist nicht dargestellt, weil derartige Vorrichtungen zum Stande der Technik gehören. In Figs. 1 and 2, a drill string is generally geaaLgt 8. This drill string usually consists of drill pipe sections and collars which are threadedly connected and which extend from the surface to the bottom of the borehole. A sleeve 16 is part of the string and carries a plurality of shoes 18 which can be extended in a lateral direction relative to the sleeve 16 so that they contact the side wall of the borehole to be drilled. The number of shoes is of minor importance and the device for sticking out the shoes is not shown because such devices are known in the art.

An dem unteren Ende der Hülse 16 ist ein Tieflochmotor 20 angeordnet, der hydraulisch, elektrisch oder auf irgendeine andere geeignete Weise angetrieben werden kann. Dieser MotorAt the lower end of the sleeve 16, a downhole motor 20 is arranged, which is hydraulic, electric or any can be driven in any other suitable manner. This engine

909886/0290909886/0290

ist vorzugsweise eine hydraulisch betriebene Pumpe, die die unter Druck stehende Bohrflüssigkeit verwendet, welche in dem Bohrstrang nach unten zu dem Bohrmeißel gepumpt wird und die außerdem dazu benützt wird, die Schuhe 18 seitlich aus der Hülse 16 hinauszudrücken. Die Pumpe weist ein äußeres Gehäuse 22 auf sowie einen inneren Rotor oder eine Antriebswelle, die nicht gezeigt sind, wobei das Gehäuse 22 in einem P unteren Lagergehäuse 24 endet, das das Lager für das untere Ende des Innenrotors oder der Antriebswelle beherbergt. An dem Boden des Motorlagergehäuses 24 ist ein l'iefbohrer befestigt, der einen Bohrmeißel 28 besitzt, welcher so gelagert ist, daß er sich in dem Tiefbohrer drehen kann und der in geeigneter Weise mit dem Motorrotor oder der Antriebswelle verbunden ist, so daß er sich in einer nicht gezeigten, jedoch in der Technik bekannten Art mit dem Motorrotor dreht.is preferably a hydraulically operated pump that uses the pressurized drilling fluid, which is pumped down the drill string to the drill bit and which is also used to push the shoes 18 laterally out of the sleeve 16. The pump has an exterior Housing 22 and an inner rotor or a drive shaft, which are not shown, the housing 22 in a P lower bearing housing 24 ends, which houses the bearing for the lower end of the inner rotor or the drive shaft. At A depth drill is attached to the bottom of the motor bearing housing 24, which has a drill bit 28 which is mounted so that it can rotate in the deep drill and which in is suitably connected to the motor rotor or the drive shaft so that it is in a not shown, however in the art known type rotates with the motor rotor.

Das Lagergehäuse 24 ist an seinem oberen Teil mit Außengewinde 30 versehen, über das das obere Ende einer Ausrichthülse 32 geschraubt ist, die zwei senkrechte, radial gerichtete Ausrichtrippen Jk aufweist.The bearing housing 24 is provided on its upper part with an external thread 30, over which the upper end of an alignment sleeve 32 is screwed, which has two vertical, radially directed alignment ribs Jk .

Die Ausrichtvorrichtung besteht aus einer Hülse 32 und Rippen 34 und läßt sich auf dem Bohrstrang mit oder ohne der oberen oder zusätzlichen Ausrichtvorrichtung 16 verwenden. Es wird darauf hingewiesen, daß die Ausrichtrippen 34 nur einen Teil des Umfanges der Ausrichthülse 32 einnehmen, undThe alignment device consists of a sleeve 32 and Ribs 34 and can be on the drill string with or without the Use the upper or additional alignment device 16. It should be noted that the alignment ribs 34 only occupy part of the circumference of the alignment sleeve 32, and

909886/0290909886/0290

daß sie sich um eine größere Strecke in seitlicher Richtung erstrecken als der seitlichen Erstreckung des Bohrmeißels 2b entspricht.that they move a greater distance in a lateral direction extend than corresponds to the lateral extension of the drill bit 2b.

Der in Fig. 1 dargestellte Teil des Bohrstrangs ist von der Mittellage aus leicht nach Links gebogen oder ausgebeult. Dies hat seine Ursache in dem auf dem Strangelement lastenden Strauggewicht. Wenn der untere Teil des Stranges in der gezeigten Weise nach links ausgebeult oder gebogen ist, ist der Bohrer bestrebt, auf einer bezüglich der Zeichnung nach rechts geneigten Ebene zu arbeiten. Dies wird aber durch die Ausrichtrippen 3'ί verhindert, die nach rechts zu angeordnet sind, sowie durch die oberen Ausrichtschuhe 18, die seitlich nach links herausragen.The part of the drill string shown in FIG. 1 is bent or bulged slightly to the left from the central position. This is due to the tension weight on the string element. When the lower part of the strand is bulged or bent to the left in the manner shown, the drill strives to be on one with respect to the drawing right inclined plane to work. But this is prevented by the alignment ribs 3'ί, which are to the right are arranged, as well as by the upper alignment shoes 18, which protrude laterally to the left.

Wenn die Bohrung Jb von Fig. 1 aus gesehen beispielsweise nach links geneigt werden soll, wird der Bohrstrang in das Bohrloch abgesenkt, wobei die Ausrichtrippen jk im allgemeinen nach rechts gerichtet sind. Da der Bohrstrang, die Ausrichthülse 32 und ihre Ausrichtrippen Jk sich nicht drehen, behalten die Rippen dieselbe Stellung auf der einen Seite des Bohrlochs 36 bei. Aufgrund der seitlichen Erstrek— kung der Ausrichtrippen 3^ in bezug auf die Erstreckung des Bohrmeißels 28 wird durch die Berührung der Rippen 34 mit der Seitenwand des Bohrlochs der Bohrmeißel 28 nach links gedruckt oder in die seitliche Richtung, die den vorstehendenFor example, when the bore Jb is to be inclined to the left as viewed in Figure 1, the drill string is lowered into the borehole with the alignment ribs jk directed generally to the right. Because the drill string, alignment sleeve 32 and their alignment ribs Jk do not rotate, the ribs maintain the same position on one side of the borehole 36. Due to the lateral extension of the alignment ribs 3 ^ with respect to the extension of the drill bit 28, the contact of the ribs 34 with the side wall of the borehole pushes the drill bit 28 to the left or in the lateral direction that the protruding

909886/0290909886/0290

Rippen 34 entgegengesetzt ist. Dies hat zur Folge, daß die Bohrung von Fig. 1 aus gesehen in den Fallen, in denen eine Schrägbohrung erwünscht ist, einen nach links gerichteten schrägen oder gekrümmten Verlauf nimmt. Wenn die Erdbodenformation, die durchbohrt wird, so beschaffen ist, daß sie dazu neigt, den Bohrmeißel in einem Winkel zur SenkrechtenRibs 34 is opposite. As a result, the Bore seen from Fig. 1 in the cases in which an inclined bore is desired, one directed to the left takes an inclined or curved course. If the formation being drilled is such that it tends to set the drill bit at an angle to the vertical

P abzudrängen, und in den Fällen, in denen eine senkrechte Bohrung erwünscht ist, dann läßt sich auch die aus der Hülse 32 und den Rippen 34 bestehende Ausrichtvorrichtung benutzen. Wenn sich die Ausrichtvorrichtung in der in Fig. i gezeigten Stellung befindet, ist die Erdformation so beschaffen, daß sie dazu neigt, den Meißel 28 nach rechts zu schieben, da jedoch die Ausrichtrippen Jk an den rechten Wandabschnitt des Bohrlochs Jd anliegen, wird dieses Bestreben des Meißels, sich zu verschieben oder zu verlaufen, überwunden, und dieP, and in those cases where a vertical bore is desired, the alignment device consisting of the sleeve 32 and the ribs 34 can also be used. When the alignment device is in the position shown in Figure i, the earth formation is such that it tends to shift bit 28 to the right, but since alignment ribs Jk abut the right wall portion of borehole Jd, this will tend of the chisel to shift or get lost, overcome, and the

. Bohrung wird in gerader Richtung niedergebracht.. The hole is drilled in a straight line.

Wenn die obere oder zusätzliche Ausrichtvorrichtung Ib verwendet wird, wird sie vorzugsweise über dem Tiefloch— motor 20 angeordnet, so daß sie durch ihn in senkrechter Richtung von der Ausrichtvorrichtung 32, 34 am unteren Ende des Motors in einer gewissen Entfernung gehalten wird. Darüberhiuaus berühren die Schuhe 18, die von der Ausrichtvorrichtung 16 seitlich überstehen, denjenigen Seitenwandabschnitt des Bohrlochs 36, der dem von den Ausrichtrippen 34 berührtenIf the upper or additional alignment device Ib is used, it is preferably placed over the deep hole - motor 20 arranged so that they are through him in the vertical direction from the alignment device 32, 34 at the lower end of the engine is held at a certain distance. Beyond that the shoes 18, which protrude laterally from the alignment device 16, touch that side wall section of the borehole 36 that contacted that of the alignment ribs 34

909886/0290909886/0290

entgegengesetzt ist. Dies führt offensichtlich dazu, daß die obere oder zusätzliche Ausrichtvorrichtung 16 den benachbarten Teil des Bohrschaftes von Fig. 1 aus gesehen nach rechts drückt, während die Ausrichtrippen 34 nahe dem Boden des Stranges diesen T_eil des Stranges nach links drücken. Durch Vervrendung zweier senkrecht mit Abstand angeordneter Ausrichtvorrichtungen, die in entgegengesetzten Richtungen wirken, läßt sich der Neigungswinkel über eine gegebene, zu durchbohrende Gesamtlänge vergrößern.is opposite. This obviously results in that the upper or additional alignment device 16 to the adjacent part of the drill collar of Fig. 1 as seen pushes to the right, while the straightening press 34 near the bottom of the strand these T _e il of the strand to the left. By using two vertically spaced alignment devices which act in opposite directions, the angle of inclination can be increased over a given total length to be drilled through.

In Fig. 2 sind die oberen Ausrichtschuhe 13 in die Hülse 16 eingezogen» Ob das Gewicht des Stranges ausreicht oder nicht ausreicht, um den Strang zu biegen oder auszubeulen, ist bei der Darstellung in Fig. 2 unerheblich. Weil bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung der Meißel 28 zentriert ist und die unteren Ausrichtrippen 3k rechts angeordnet sind, neigt der Strang über der unteren Aufrichtvorrichtung 32 dazu, nach links zu kippen, wobei die obere Ausrichthülse 16 exzentrisch zu der senkrechten Achse des Bohrlochs liegt. Bauweise des Bohrstrangs und Art des Materials, aus dem er angefertigt ist, sind jedoch so, daß der Bohrstrang bestrebt ist, sich gerade zu richten und sich in einem senkrechten Bohrloch selbst zu zentrieren. Diese Eigenschaft und die Lage der Ausrichthülsen 3k an der rechten Seite der Bohrlochwand erzeugen eine umgekehrte Neigungswirkung, die zur Folge hat, daß sich der Bohrmeißel 28 von Fig. 2 aus gesehen leicht nach links neigt. In FIG. 2 , the upper alignment shoes 13 are drawn into the sleeve 16. Whether the weight of the strand is sufficient or not sufficient to bend or bulge the strand is irrelevant in the illustration in FIG. Because in the arrangement shown in Fig. 2 the bit 28 is centered and the lower alignment ribs 3k are located to the right, the string above the lower erector 32 tends to tilt to the left with the upper alignment sleeve 16 eccentric to the vertical axis of the borehole lies. However, the construction of the drill string and the type of material from which it is made are such that the drill string tends to straighten and self-center itself in a vertical borehole. This property and the position of the alignment sleeves 3k on the right-hand side of the borehole wall produce a reverse inclination effect, with the result that the drill bit 28, as viewed in FIG. 2, inclines slightly to the left.

808886/0290808886/0290

In Pig. 4 ist eine andere Ausführungsforin dargestellt, bei der die untere Ausrichthülse 32 und die Ausrichtrippen 34 wie in den Fig.l und 3 verwendet werden. Außerdem ist eine obere Ausrichthülse 42 mit Rippen 44 eingebaut, wobei die Konstruktion der Hülse und der Rippen 42 bzw. 44 derjenigen der Hülse.32 und der Rippen 34 mit einer einzigen Ausnahme gleicht. Die obere Ausrichthülse 42 ist mit inneren In Pig. 4 shows another embodiment, in which the lower alignment sleeve 32 and the alignment ribs 34 as in FIGS. 1 and 3 can be used. In addition, an upper alignment sleeve 42 with ribs 44 is installed, wherein the construction of the sleeve and ribs 42 and 44, respectively, of those the sleeve. 32 and the ribs 34 are the same with one exception. The upper alignment sleeve 42 is with inner

" Keilnuten 46 versehen, die zu einer, äußeren senkrechten Keilverzahnung 48 auf einem Zwischenstück 50 passen, das einen Bohrschaftabschnitt 52 mit dem oberen Ende des Tieflochmotorgehäuses 54 verbindet. Dadurch kann die obere.Ausriclithülse %2 durch Drehen des Bohrstrangs und relativ zu der unteren Ausrichthülse J2 mit ihren Rippen 34 eingestellt werden» ,Wie aus Fig. k ersichtlich ist, sind die fiippea der unteren Ausrichtvorrichtung in seitlicher Richtung entgegengesetzt zu den Eippen 44 der oberen oder zusätzlichen Ausrichtvorrichtung gerichtet, so daß„ wie aus der Zeichnung, ersichtlich ist, der untere Teil des Bohrschaftes und der Bohrmeißel -nach links gedrückt werden, um dadurch ein schräges Bohren zu ermöglichen oder der Neigung zu einem schrägen Verlauf der Bohrung in gewissen Erdschichten, wo eine ganz genau senkrechte Bohrung erwünscht ist, entgegenzuwirken."Splines 46 which mate with an outer vertical spline 48 on an adapter 50 which connects a drill shaft portion 52 to the upper end of the downhole motor housing 54. This allows the upper aligning sleeve to rotate by rotating the drill string and relative to the lower aligning sleeve are J2 set with their ribs 34, "as shown in Fig. k is seen, the fiippea the lower alignment in a lateral direction opposite to the Eippen 44 of the upper or additional alignment directed so that", as can be seen from the drawing, the The lower part of the drill shaft and the drill bit are pressed to the left in order to enable inclined drilling or to counteract the tendency to incline the drilling in certain layers of earth where a perfectly vertical drilling is desired.

In Fig. 4 ist der zwischen der unteren Ausrichtvorrichtung 32 und der oberen Ausrichtvorrichtung 42 vorhandene Bohrstrang nach links in der gleichen Weise ausgebeult oderIn Fig. 4, that is between the lower alignment device 32 and upper alignment jig 42 bulged or left existing drill string in the same manner

909886/0290909886/0290

-Ii--I-

gebogen wie der in Pig. 1 gezeigte, und dies geschieht aus den gleichen. Grüuden, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert wurden..curved like the one in Pig. 1 shown, and this happens from the same. Grüuden, as they are in connection with Fig. 1 have been explained ..

Ii ie aus Fig. (> ersichtlich, können die äußeren senkrechten Kanten der kippen mit Hartmetall 57 versehen werden, um dadurch den Verschleiß der Kippen zu vermindern, der eintritt, wenn der Strang in das Bohrloch abgesenkt und in dem Bohrloch gehoben wird. Außerdem wird darauf hingewiesen, daß die in Fig. 6 gezeigte Keilverzalmungsauordmmg, falls dies gewünscht wird, auch an den unteren Ausrichtvorrichtungen 32, 3'i verwendet werden kann.Ii ie from Fig. (> As can be seen, the outer vertical edges of the tips can be provided with hard metal 57, thereby reducing the wear on the butts that occurs when the string is lowered into and into the wellbore Borehole is lifted. It should also be noted that the spline configuration shown in FIG. 6, if so is desired, can also be used on the lower alignment devices 32, 3'i.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform beschrieben, die eine obere Ausrichtvorrichtung 56 besitzt, welche der Ausrichtvorrichtung Ib der Fig. 1 und 2 entsprechen kann. Diese Ausrichtvorrichtung ist vorzugsweise am oberen Ende eines Tieflochmotors 58 angeordnet. Am unteren Ende des Motors 58 ist beispielsweise durch ein Gewinde 60 eine Hülse 62 angebracht, die schraubenförmig gewundene Hippen bk aufweist, welche sich in gleichmäßigem Abstand um die senkrechte Achse des Bohrstrangs in seitliche Richtung von der Hülse 62 weg erstrecken. Die Hülse 62 mit ihren Rippen bh bildet einen Stabilisator, der bestrebt ist, den Meißel 66 in der Mitte des Bohrlochs 68 zu halten. Der Stabilisator 62, 64 kann an sich einer bekannten Ausführungsform entsprechen, wie sie imA further embodiment is described in FIG. 5, which has an upper alignment device 56 which can correspond to the alignment device 1b of FIGS. 1 and 2. This alignment device is preferably arranged at the upper end of a downhole motor 58. At the lower end of the motor 58 a sleeve 62 is attached, for example by means of a thread 60, which has helically wound ribs bk which extend laterally away from the sleeve 62 at a uniform distance around the vertical axis of the drill string. The sleeve 62 with its ribs bh forms a stabilizer which tends to keep the bit 66 in the center of the borehole 68. The stabilizer 62, 64 can per se correspond to a known embodiment, as shown in FIG

9 09886/02 909 09886/02 90

ölbohrungsfeld-Zuliei'ergeschäft zu haben ist. Bei der in Fig. gezeigten Ausführungsform wird der Stabilisator jedoch in Verbindung mit der Ausrichtvorrichtung, beispielsweise der Vorrichtung 56 eingesetzt. Bei dieser Kombination besteht die Möglichkeit auf einer schiefen Ebene zu bohren, weil die Ausrichtvorrichtung 56, wie sie aus Fig. 5 ersichtlich ist, den Teil des Bohrstrangs nach rechts drückt, und, da der Stabilisa— tor 02, 64 symmetrisch aufgebaut ist, das untere Ende des Bohrstrangs leicht nach links neigt, und zwar um den Stabilisator b2, bk als Drehpunkt. Da der Stabilisator 62, bh sehr viel näher an den Meißel 66 angeordnet ist als die Ausrichtvorrichtung 56, wirkt die Ausrichtvorrichtung 56 dahingehend, daß sie eine M minimale Neigung oder einen minimalen Neigungswinkel der Bohrung zuläßt.oil well field supply business is to be had. In the embodiment shown in FIG. 1, however, the stabilizer is used in connection with the alignment device, for example the device 56. With this combination it is possible to drill on an inclined plane because the alignment device 56, as can be seen from FIG lower end of the drill string tilts slightly to the left, around the stabilizer b2, bk as a fulcrum. Since the stabilizer 62, bh is located much closer to the bit 66 than the alignment device 56, the alignment device 56 acts to permit a minimum M inclination or angle of inclination of the bore.

Da sich der Stabilisator. 62, Sk in Fig. 5 von der Achse des Bohrstrangs nach allen Richtungen gleichmäßig nach aussen erstreckt, wird dieser Teil· des Bohrstrangs konzentrisch zu der senkrechten Achse des Bohrsloches gehalten» Wiederum wird, unabhängig von irgendeiner möglichen Ausbeulung oder Ausbiegung aufgrund des Stranggewichtes von oben nach unten, das untere Ende des Stranges, wenn sich der obere Stabilisator 56 in der gezeigten Stellung befindet, in der seine Schuhe 59 nach links herausragen, sich um den unteren Stabilisator 62, 6k als Drehpunkt neigen und dadurch bewirken, daß sich der Schneidmeißel 66 leicht nach rechts neigt.As the stabilizer. 62, Sk in Fig. 5 extends uniformly outward from the axis of the drill string in all directions, this part of the drill string is kept concentric to the vertical axis of the drill hole »again, regardless of any possible bulging or bending due to the weight of the string from above downward, the lower end of the string when the upper stabilizer 56 is in the position shown, in which its shoes 59 protrude to the left, tilt around the lower stabilizer 62, 6k as a fulcrum and thereby cause the cutting bit 66 to move tilts slightly to the right.

90 9 8 86/029090 9 8 86/0290

In den Fig. 7 und S ist eine weitere Ausführimgsform dargestellt, bei der bewegliche Rippen 66 in der Hülse 32 anstelle der festliegenden Rippen J>h der Fig. 1, 2 und h verwendet werden können. Die Rippen sind in sich in Längsrichtung erstreckende, kolbenähnliche Elemente bS eingesetzt, die mit geeigneten Packungen 70 versehen sind, welche in einen in der Wandung der Hülse 32 vorhandenen, senkrechten Schlitz 72 passen, um dadurch zwischen dem Kolben und der Hülse 32 eine Gleitdichtung zu bilden. Einzelheiten der Vor richtung zur Absperrung des die Innenseite der Hülse 32 beaufschlagenden Hydraulikdruckes und der Rück- oder Arbeitsseiten der Kolben 68 sind nicht dargestellt, weil sie in diesem Zweck der Technik bekannt sind. Die Konstruktion gleicht etwa derjenigen, die in der USA-Patentschrift 3 298 449 beschrieben ist. 7 and 5 show a further embodiment in which movable ribs 66 can be used in the sleeve 32 instead of the fixed ribs J> h of FIGS. 1, 2 and h . The ribs are inserted in longitudinally extending, piston-like elements bS, which are provided with suitable packings 70 which fit into a vertical slot 72 in the wall of the sleeve 32, in order to thereby provide a sliding seal between the piston and the sleeve 32 form. Details of the device for shutting off the hydraulic pressure acting on the inside of the sleeve 32 and the rear or working sides of the piston 68 are not shown because they are known in the art for this purpose. The construction is roughly the same as that described in U.S. Patent 3,298,449.

In der obigen Beschreibung wurde eine Vorrichtung für das Schrägbohren dargestellt oder zur Beibehaltung der senkrechten Bohrrichtung in den Fällen, in denen die Bodenforma— tion dazu neigt, den Bohrer schräg zu führen oder aus anderen in der Technik bekannten Gründen. Bei dieser neuartigen Vorrichtung wird der Winkel des unteren Teils des Bohrstrangs oder Bohrschaftes durch eine Führungsvorrichtung gesteuert, die wenigstens teilweise nahe an dem Bohrer angeordnet ist, so daß sie die Stellung des Bohrers ziemlich genau steuert. Die untere Ausrichtvorrichtung kann «atweder allein oder in Verbindung mit der oberen oder zusätzlichen Ausrichtvorrich-In the above description a device has been shown for inclined drilling or for maintaining the vertical drilling direction in cases where the soil shape tion tends to skew the drill or for other reasons known in the art. With this novel Device the angle of the lower part of the drill string or drill stem is controlled by a guide device, which is at least partially located close to the drill so that it controls the position of the drill fairly accurately. The lower alignment device can either be used alone or in Connection to the upper or additional alignment device

909886/0290909886/0290

tung verwendet werden, um dadurch über den Neigungswinkel eine bessere Steuerung zu erreichen sowie die Große der Neigung in einer bestimmten Tiefe des herzustellenden Bohrloches zu erhöhen. Ferner läßt sich erkennen, daß in den Fällen, in denen ein präzis gesteuerter, minimaler Neigungswinkel gewünscht wird, eine Anordnung der in Fig. 5 gezeigten Art verwendet werden kann.tion can be used to thereby determine the angle of inclination to achieve better control as well as the size of the slope at a certain depth of the to be made Increase borehole. It can also be seen that in those cases where a precisely controlled, minimum angle of inclination if desired, an arrangement of the type shown in Figure 5 can be used.

Die untere Ausrichtvorrichtung, wie sie in Fig. 1,2 und h gezeigt ist, läßt sieh einfach und wirtschaftlich aus einer Hülse und zwei an dieser angeschweißten Hippen herstellen, und das Lagergehäuse eines Tieflochmotors kann mit Außengewinde versehen werden, um in bequemer Weise eine Ausrichthülse aufzunehmen und zu haltern. Es hat sich herausgestellt, daß die Gewindeverbindung zwischen der Hülse und dem unteren Lagergehäuse des Tieflochmotors die Hülse wirkungsvoll auf dem Lagergehäuse festhält und gegen Brelurag sichert.The lower alignment device, as shown in Figs. 1, 2 and h , can be manufactured simply and economically from a sleeve and two fins welded to it, and the bearing housing of a downhole motor can be provided with external threads to conveniently form an alignment sleeve pick up and hold. It has been found that the threaded connection between the sleeve and the lower bearing housing of the deep hole motor holds the sleeve effectively on the bearing housing and secures it against Brelurag.

Falls jedoch die Hülse aus Irgendeinem Grunde gelöst und von dem Gewinde des Motorlagergehäuses entfernt werden soll, dann,kann sie in dem Bohrloch nicht verloren gehen, weil ihr Innendurchmesser kleiner ist als der Außendurch~ messer des Bohrmeißels.However, if for some reason the sleeve becomes loose and removed from the threads of the engine bearing housing should, then, can it not get lost in the borehole, because their inside diameter is smaller than the outside diameter of the drill bit.

909886/0290909886/0290

Claims

PATENTANWÄLTE Dipl.-lng. M A RTI N L I C H T ~ 45 * ^ r <REINHOLD SCHMIDT 8 MDNCHEN 2 THERESI ENSTRASSE 33 Dipl.-Wirfscii.-lng. AXEL HANSMANN Dipl.-Phys. SEBASTIAN HERRMANN SMITH INDUSTiIlKS INTERNATIONAL, INC. Munich, October 1, 19Ö8 Whittier, California, “_. ,. _ ". Your Sign Unier Sign East Penn Street 13215 Ke / hj Patent Application; Drill String Alignment Device PATENT CLAIMS

1. Device for aligning drill strings with a non-rotating drill string with a deep-hole motor, a rotating bit adapter underneath the motor and a bit located on the rotating bit adapter, characterized by a first bit on the drill string (8,52) in the vicinity of the motor (20,5 ^, 58) non-rotatably attached Alignment device (32,62), which is provided with first alignment means (3 ^, 6 **), which from her in the lateral Direction protrude to rest on the borehole wall (36) and the drill bit (28,66) in a lateral Direction opposite to that in which the alignment means (34,64) extend.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the first alignment means (3 ^ »64) a larger one on the side

909886/0290909886/0290

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, DipL-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian HerrmannPatent attorneys Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

8 MÖNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 ■ Telefon! 281202 · T«l«aramm-Adres$ei Lipatli/München Bayer. Vereintbank Mönchen, Zweigst. Oskar-von-Miller-h , Kto.-Nr. 882495 · Postscheck-Konto: Mönchen Nr. 1633978 MÖNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 ■ Telephone! 281202 · T «l« aramm-Adres $ ei Lipatli / Munich Bayer. Vereintbank Mönchen, Zweigst. Oskar-von-Miller-h, account no. 882495 Postal check account: Mönchen No. 163397

Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDTOppenau office: PATENT ADVOCATE DR. REINHOLD SCHMIDT

Have extension than that with them together
used drill bits (28,66). ■.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the first alignment means (34,64) have outer ribs which extend in the longitudinal direction of the first alignment device (32,62) and surrounds the periphery of the first alignment device to a sufficient extent to allow lateral impacts resisting the alignment device and chisel adapter (26) in a direction approximately transverse to the direction of the protruding ribs
(34,64) runs.

4. Apparatus according to claim i, characterized in that the first alignment device (32,62) is an upper one
'' Has an internal thread (30.60) with which it can be attached to a matching thread of a section of the drill string (6.52)
can be screwed on. .......

5. Apparatus according to claim 1, characterized in that that the alignment means consist of a pair of vertical ribs (34) supported by the alignment device be that they extend eich in the radial direction, and the outer edges of which protrude further radially outward than the radial extent of the drill bit (28).

6. Apparatus according to claim 1, characterized in that that the first alignment device (32,62) below the

9Ö9886/029G9Ö9886 / 029G

.Deephole motor (20,54,58) is arranged, and that a second alignment device (lb, 42,4b) is present, which is also provided with alignment means (18,44,59) for the arrangement of the second alignment device is provided on the drill string above the downhole motor (20,54,58) and its alignment means extend outwardly in a radial direction opposite to that of the first alignment means.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that that the second alignment means (18,44,59) in the radial direction with respect to the drill string (8,52) outwards and are movable inwards.

8 »Device according to claim 6, characterized in that that the alignment means are movable within certain limits relative to the drill string in the longitudinal direction to thereby Allow the drill string and drill bit (28,66) to move to move perpendicularly relative to them.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the second alignment means (18,44,59) are rotatable with respect to the first alignment means (34,64) and have means on the drill string for rotatably adjusting the second alignment means with respect to serve on the first alignment means.

10. Apparatus according to claim 6, characterized in that

that the drill string is in a section adjacent to the downhole motor

909886/0290909886/0290

(54) has vertical, outer keyways (48), and that to ' the second alignment means includes a sleeve fitted with internal splines (46) that match those of the drill string and slide perpendicularly on the drill string into and out of engagement with the perpendicular outer keyways leaves to thereby adjust the second alignment means with respect to the first by rotating.

11. The device according to claim 1, characterized by a Drill string stabilizer (62,64) located on the drill string next to its lower end and in the radial direction and protruding outwardly symmetrically about the perpendicular axis of the drill string, with the first alignment device on the drill string is arranged at a distance above the stabilizer (62,64).

12. The device according to claim 1, characterized that the alignment device on a part of which is at its lower end, a (42), wherein on this part of the drill string there is a vertical outer spline (48) and the Disengaging sleeve (42) is provided with internal keyways (46), so that the sleeve is vertically movable on the drill string to thereby bring its keyways into and out of engagement with the Bring existing wedge rope to the drill string, so that the alignment means can be adjusted by rotation relative to the drill string.

909886/0290

Θ4 I θ SJ ΘΘΊΘ4 I θ SJ ΘΘΊ

. ■■; in. MUh. Ιΐι ■ «,“. , iii J ..- ,,, ....