DE19501396A1 - Verfahren und Bohrwerkzeug für das Bohren eines Bohrloches in die Erde - Google Patents
Verfahren und Bohrwerkzeug für das Bohren eines Bohrloches in die ErdeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Bohrwerkzeug für das
Bohren eines Bohrloches in die Erde, wobei das Bohrloch einen
Bogenabschnitt mit kleinem Radius hat, dem ein gerader Abschnitt,
der meistens horizontal, ist folgt. Insbesondere betrifft die
Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Bohrkrone, während der
gerade Abschnitt gebohrt wird. Das Bohrloch kann so ausgeführt
werden, daß es für verschiedene Zwecke benutzt werden kann, die
die Öl- und Gaserkundung und ebenfalls die Installation von
erdverlegten Versorgungsleitungen umfassen. Der Bogenabschnitt
mit kleinem Radius kann der erste derartige Abschnitt sein, der
am unteren Ende eines vertikalen Abschnitts vorgesehen wird, oder
er kann einer von einer Vielzahl derartiger Bogenabschnitte sein,
wie sie für die Steuerung eines Bohrloches bei einem komplizier
ten Verlauf um verschiedene Hindernisse herum benutzt werden.
Es war bisher bekannt, daß ein im wesentlichen vertikales
Bohrloch mit einem Bogenabschnitt mit kleinem Radius in ein
geneigtes oder horizontales Bohrloch übergeführt werden kann,
indem ein Bohrwerkzeug zur Verfügung gestellt wird, das einen
Biegeabschnitt umfaßt, der eine quer verlaufende Biegeachse
zwischen einem vorderen Halterungsabschnitt für die Bohrkrone und
einem hinteren Motorabschnitt begrenzt. Der Biegeabschnitt des
Bohrwerkzeuges führt dazu, daß das Bohrloch so gesteuert wird,
daß es sich in eine Richtung unter rechtem Winkel zu einer Ebene
dreht, die die Biegeachse enthält. Ein spezielles Beispiel für
dieses Verfahren wird im US-Patent 5,265,687 offenbart. In diesem
Patent wird vorgeschlagen, daß die Bohrung in einer horizontalen
Richtung fortgesetzt wird, nachdem der Bogenabschnitt fertig
gestellt ist, indem Einstellringe auf der Unterseite des
Bohrwerkzeuges hinzugefügt werden.
Es ist ebenfalls bekannt, daß ein Bohrwerkzeug während des
Bohrens eines horizontalen Abschnitts gesteuert werden kann,
indem ein Bohrwerkzeug bereitgestellt wird, das einen leichten
Winkel aufweist, und das als stationäres gebogenes Teilwerkzeug
bekannt ist. Dieses Werkzeug wird danach in den horizontalen
Abschnitt eingeführt, und das gesamte Werkzeug wird in der
Bohrung gedreht, während sich die Bohrkrone dreht. Die Drehzahl
des Werkzeuges, das durch das Bohrgestänge angetrieben wird, ist
relativ zur Drehung der Bohrkrone langsam, und sie kann in der
Größenordnung von 20 U/min. relativ zu den 200 U/min. für die
Bohrkrone liegen. Es wurde ermittelt, daß diese langsame Drehung
des Bohrgestänges und des gebogenen Teilwerkzeuges die Bohr
richtung genauer einhält, als wenn einfach versucht wird, ein
gerades Teilwerkzeug mit Einstellringen oder dergleichen zu
führen.
Es ist jedoch nicht möglich, die in dem US-Patent gezeigte Kon
struktion,die den Gelenkabschnitt und die Einstellringe umfaßt,
zu drehen, da das zu viel Spannung auf das Werkzeug ausüben und
zu einem schnellen mechanischen Versagen führen würde. Nur die
Verwendung eines dünneren Einstellringes und die Drehung des
Werkzeuges gestatten dem Werkzeug eine zu starke Bewegung und
eine übermäßige Spannung im Loch.
Eine Anzahl von verschiedenen älteren Patenten zeigte, daß
Einstellringe oder ähnliche Vorsprünge, die an der Seitenfläche
des Bohrwerkzeuges montiert wurden, das Führen des Bohrwerkzeuges
unterstützten, während sich die Bohrkrone dreht. Beispiele dafür
sind die US-Patente 4,492,276 (Kamp), 4,220,213 (Hamilton),
4,465,147 (Feenstra) und 4,442,908 (Steenbock). Wie jedoch
vorangehend dargelegt wurde, können diese Einstellringe oder
Vorsprünge nicht gestatten, daß sich das Werkzeug im Bohrloch mit
der niedrigen Drehzahl dreht, um das vorangehend angeführte
Verfahren für das Steuern der Bohrkrone zu nutzen.
Das US-Patent 5,090,496 (Walker) offenbart ein stationäres
gebogenes Teilwerkzeug der Ausführung, wie sie vorangehend
erwähnt wurde, bei der das Werkzeuggehäuse an einer Seite des
Gehäuses in der Biegung verstärkt wird, so daß versucht wird, die
Ablenkung der Bohrkrone von der geraden Linie zu verstärken, um
einen kleineren Radius des Bogenabschnitts zu bewirken. Der
verstärkte Abschnitt des Gehäuses ist jedoch vollständig am
Gehäuse befestigt und kann nicht entfernt werden. Das verhindert,
daß das Werkzeug beim Verfahren aus eingangs genannten US-Patent
eingesetzt wird, bei dem es wichtig ist, einen Biegeabschnitt zur
Verfügung zu haben, der das Biegen des Werkzeuges aus einer
anfänglichen koaxialen Position in eine zweite Position gestat
tet, in der die Gelenkverbindung zwischen den zwei Abschnitten
zu einer Seite der Achse hin versetzt wird.
Verschiedene Anordnungen des Exzenterringes werden in den
US-Patenten 4,699,224 und 4,739,843 von Burton offenbart. Diese
beiden Patente offenbaren ein Bohrgestänge mit einer Anzahl von
biegsamen oder Biegeabschnitten, die in Reihe von der Bohrkrone
bis zu einem geraden Abschnitt des Bohrgestänges angeordnet sind,
das sich im geraden Abschnitt des Bohrloches befindet. Der
Exzenterring ist im Biegeabschnitt zwischen dem Halterungs
abschnitt für die Bohrkrone und dem nächsten angrenzenden
Abschnitt des Bohrgestänges angeordnet. Der Ring umfaßt eine
Vielzahl von radial vorstehenden Elementen oder Rippen, die den
Ring gegen die Wand der Bohrung sichern und dadurch verhindern,
daß sich der Ring dreht. Das Bohrgestänge dreht sich auf diese
Weise innerhalb des Ringes und treibt die Bohrkrone an. Es
besteht keine Möglichkeit, daß der Exzenterring am Bohrgestänge
gesichert wird, da der Ring für einen Einsatz während des Bohrens
des Bogenabschnitts gedacht ist, und wenn er am Bohrgestänge
gesichert wäre, würde er daher verhindern, daß es zu einer
Biegung kommt.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein ver
bessertes Verfahren für das Bohren und ein verbessertes Bohr
werkzeug zur Verfügung zu stellen, wodurch die Verwendung des
Werkzeuges und die Anwendung des Verfahrens es gestatten, einen
Bogenabschnitt mit kleinem Radius zu bohren, und anschließend
durch Hinzufügen eines Führungsringes einen genau horizontalen
oder geraden Abschnitt zu bohren, nachdem der Bogenabschnitt
fertiggestellt ist.
Entsprechend einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren für
das Bohren eines Bohrloches in die Erde, das einen Bogenabschnitt
mit kleinem Radius und einen im wesentlichen geraden Abschnitt
an einem Ende des Bogenabschnitts umfaßt, zur Verfügung gestellt,
das folgendes aufweist: Bereitstellen eines Bohrgestänges und
Anschließen einer Zuführung der Spülflüssigkeit am hinteren Ende
des Bohrgestänges für das Pumpen der Spülflüssigkeit durch dieses
hindurch; Bereitstellen eines Bohrwerkzeuges mit einem länglichen
Werkzeugkörper mit einem ersten Werkzeugabschnitt und einem
zweiten Werkzeugabschnitt, wobei im Bohrwerkzeug ein Motor
bereitgestellt wird, der an einem der Werkzeugabschnitte des
Werkzeugkörpers montiert ist, um die Antriebsleistung zu
erzeugen, und wobei am Bohrwerkzeug eine Bohrkrone bereit
gestellt wird, die am ersten Werkzeugabschnitt an dessen vorderen
Ende montiert ist, um sich relativ zum Werkzeugkörper als
Reaktion auf die Antriebsleistung vom Motor zu drehen; Bereit
stellen einer Gelenkeinrichtung im Bohrwerkzeug, die einen
Biegeabschnitt im Werkzeugkörper zwischen dem ersten und dem
zweiten Werkzeugabschnitt abgrenzt, und die eine Biegeachse quer
zur Längsachse des Werkzeugkörpers festlegt, um die sich der
erste Werkzeugabschnitt, der die Bohrkrone trägt, relativ zum
zweiten Werkzeugabschnitt biegen wird, um die Ausrichtung der
Längsachse des ersten Abschnitts von der ersten Ausrichtung, die
koaxial mit der Längsachse des zweiten Abschnitts verläuft, in
eine zweite Ausrichtung, bei der die Längsachse des ersten
Abschnitts unter einem Winkel relativ dazu liegt, zu verändern,
wobei die Gelenkeinrichtung nach einer Seite der Achse hin
gebogen wird; Bereitstellen eines Exzenterringes, der den
Werkzeugkörper in einer Position darauf angrenzend an die
Gelenkeinrichtung im Biegeabschnitt eng umschließt; Formen des
Exzenterringes, um eine Innenfläche des Exzenterringes, die den
Werkzeugkörper berührt, und eine Außenfläche des Exzenterringes,
die relativ zur Längsachse des Werkzeugkörpers exzentrisch ist,
zur Verfügung zu stellen, um einen dickeren Abschnitt des
Exzenterringes auf einer Seite des Werkzeugkörpers und einen
dünneren Abschnitt auf der gegenüberliegenden Seite des Werkzeug
körpers vorzuweisen, so daß der dickere Abschnitt eine Außen
fläche mit einem größeren radialen Abstand von der Längsachse
aufweist als die des dünneren Abschnitts; Bohren des Bogen
abschnitts, wobei der Exzenterring entfernt wurde, indem
veranlaßt wird, daß sich die Abschnitte zum zweiten Ausrichtung
bewegen, und indem sich die Bohrkrone dreht, während das
Bohrgestänge im Stillstand gegen eine Drehung um die Längsachse
gehalten wird; Anordnen des Exzenterringes am Ende des Bogen
abschnitts auf dem Werkzeugkörper in einer Position darauf, die
an die Gelenkeinrichtung angrenzt, und Befestigen des Exzenter
ringes relativ zum Werkzeugkörper für eine gemeinsame Drehung mit
diesem im Bohrloch, wobei die Biegeachse im wesentlichen unter
rechtem Winkel zu einer Linie angeordnet wird, die den dickeren
Abschnitt mit dem gegenüberliegenden dünneren Abschnitt ver
bindet, wobei sich der dickere Abschnitt auf einer Seite der
Achse befindet, die der einen Seite gegenüberliegt; und Ein
greifen des Exzenterringes und der Bohrkrone in das Bohrloch,
Drehen der Bohrkrone im Bohrwerkzeug und Drehen des Werkzeug
körpers und des Exzenterringes um die Längsachse innerhalb der
Bohrung mit einer Drehzahl, die kleiner ist als die der Bohr
krone, um eine im wesentlichen geradlinige Vorwärtsbewegung des
Werkzeugkörpers längs des geraden Abschnitts des Bohrloches zu
bewirken.
Entsprechend einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein
Bohrwerkzeug für das Bohren eines Bohrloches in die Erde, das
einen Bogenabschnitt mit kleinem Radius und einen im wesentlichen
geraden Abschnitt an einem Ende des Bogenabschnitts umfaßt, zur
Verfügung gestellt, das folgendes aufweist: einen länglichen
Werkzeugkörper mit einem ersten Werkzeugabschnitt und einem
zweiten Werkzeugabschnitt, wobei ein Motor an einem der Werk
zeugabschnitte des Werkzeugkörpers montiert ist, um die Antriebs
leistung zu erzeugen, und wobei eine Bohrkrone am ersten
Werkzeugabschnitt an dessen vorderen Ende montiert ist, um sich
relativ zum Werkzeugkörper als Reaktion auf die Antriebsleistung
vom Motor zu drehen; eine Gelenkeinrichtung, die einen Biege
abschnitt im Werkzeugkörper zwischen dem ersten und dem zweiten
Werkzeugabschnitt abgrenzt, und die eine Biegeachse quer zur
Längsachse des Werkzeugkörpers festlegt, um die sich der erste
Werkzeugabschnitt, der die Bohrkrone trägt, relativ zum zweiten
Werkzeugabschnitt biegt, um die Ausrichtung der Längsachse des
ersten Abschnitts von der ersten Ausrichtung, die koaxial mit der
Längsachse des zweiten Abschnitts verläuft, in eine zweite
Ausrichtung, bei der die Längsachse des ersten Abschnitts unter
einem Winkel relativ dazu liegt, zu verändern, wobei die
Gelenkeinrichtung nach einer Seite der Achse hin gebogen wird;
einen Exzenterring, eine Einrichtung für das Montieren des
Exzenterringes so, daß der Werkzeugkörper in einer Position
darauf angrenzend an die Gelenkeinrichtung eng umschlossen wird,
wobei die Einrichtung für das Montieren so angeordnet wird, daß
der Exzenterring vom Werkzeugkörper abnehmbar und leicht
auswechselbar ist, wobei der Exzenterring eine Innenfläche, um
den Werkzeugkörper zu berühren, und eine Außenfläche, die relativ
zur Längsachse des Werkzeugkörpers exzentrisch ist, aufweist, um
einen dickeren Abschnitt des Exzenterringes auf einer Seite des
Werkzeugkörpers und einen dünneren Abschnitt auf der gegenüber
liegenden Seite des Werkzeugkörpers vorzuweisen, so daß der
dickere Abschnitt eine Außenfläche mit einem größeren radialen
Abstand von der Längsachse aufweist als die des dünneren
Abschnitts; wobei die Einrichtung für das Montieren eine
Befestigungseinrichtung für das Halten des Exzenterringes im
stationären Zustand am Werkzeugkörper gegen eine Drehbewegung
relativ dazu während der Drehung des Werkzeugkörpers im Bohrloch
umfaßt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird jetzt in Verbindung
mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Bohranlage ent
sprechend der vorliegenden Erfindung, die einen
Bogenabschnitt des Bohrloches mit kleinem Radius
bohrt, wobei die Anordnung im wesentlichen so ist, wie
sie im US-Patent 5,265,687 gezeigt wird,
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Bohrwerkzeuges,
die einen ersten konzentrischen Ring zeigt, der daran
für das Bohren eines ersten horizontalen Abschnitts
des Bohrloches befestigt ist,
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht des Bohrwerkzeuges,
die einen zweiten Exzenterring zeigt, der daran für
das Bohren eines zweiten horizontalen Abschnitts des
Bohrloches befestigt ist,
Fig. 4 eine Stirnseitenansicht des zweiten Ringes aus Fig. 3,
Fig. 5 eine Längsschnittdarstellung des zweiten Ringes aus
Fig. 3,
Fig. 6 eine Längsschnittdarstellung, die der in Fig. 5
gleicht, und die eine modifizierte Ausführung des
Exzenterringes zeigt,
Fig. 7 eine Querschnittdarstellung des Ringes aus Fig. 6, die
den Ring im Bohrloch in einer Ausrichtung zeigt, die
die Drehung des Ringes und des Bohrgestänges um die
Längsachse der Bohrung gestattet,
Fig. 8 eine Querschnittdarstellung des Ringes aus Fig. 6, die
den Ring im Bohrloch in einer Ausrichtung zeigt, bei
der die Steuerung der Bohrkrone bewirkt wird, um die
Ablenkung von einer erforderlichen Richtung zu kor
rigieren,
Fig. 9 eine Längsschnittdarstellung des Bohrwerkzeuges, die
den Ring aus Fig. 3, 4 und 5 in einer modifizierten
Anordnung des Werkzeuges zeigt.
In den Zeichnungen verweisen die gleichen Bezugszahlen auf die
entsprechenden Teile in den verschiedenen Figuren.
Die Anordnung der vorliegenden Erfindung beruht auf dem vor
angehend angeführten US-Patent, auf dessen Offenbarung man sich
hierin bezieht. Insbesondere wird das Bohrwerkzeug für Abwärts
bohrlöcher, wie es in Fig. 1 gezeigt wird, aus der Offenbarung
des vorangehend angeführten Patentes entnommen. Außerdem zeigt
Fig. 1 ebenfalls die oberirdische Konstruktion, die der Voll
ständigkeit halber schematisch gezeigt wird.
Die Vorrichtung umfaßt daher ein Bohrrohr, das, wie gezeigt wird,
ein aufgerolltes Rohr 10 aufweisen kann, das von einer Trommel
(nicht gezeigt) über einen Führungsbogen 11 zugeführt wird. Vom
Bogen 11 aus gelangt das Rohr in einen Injektor, der schematisch
bei 12 gezeigt wird, der wiederum eine konventionelle Beschaffen
heit aufweist und so funktioniert, daß das Rohr durch Klemmstücke
erfaßt wird, die reibschlüssig mit dem Rohr in Eingriff kommen
und das Rohr in Längsrichtung sowohl nach unten als auch nach
oben drücken, um das Rohr in das Bohrloch einzuführen und
herauszuziehen. Die Konstruktion des Injektors ist gut bekannt,
und dieser funktioniert ebenfalls so, daß das Rohr gegen eine
Verdrehung festgehalten wird, so daß das Rohr direkt in der
Längsrichtung ohne jegliche Verdrehung um seine Achse zugeführt
wird. Bei einer bekannten Anordnung des Injektors wird das Rohr
durch gegenüberliegende Klemmstücke erfaßt, von denen jedes eine
Vorderfläche in halbzylindrischer Form aufweist, so daß die
Klemmstücke gemeinsam den Hauptteil eines Zylinders bilden, der
das Rohr umgibt. Eine Vielzahl von Klemmstücken wird danach in
zwei Reihen montiert, die auf einem Paar gegenüberliegender
Ketten getragen werden und dadurch in der Längsrichtung des
Bohrloches beweglich sind. Die Klemmstücke werden mit dem Rohr
durch die Führungsplatten in Eingriff gebracht.
Aus dem Injektor heraus gelangt das Rohr in das Bohrloch durch
eine Führungsplatte 13, eine Bohrlochabsperrvorrichtung (BOP) 14
und eine Schmiereinrichtung 15 zum Bohrlochkopf 16. Die Führungs
platte, die BOP und die Schmiereinrichtung zeigen eine gut
bekannte und konventionelle Beschaffenheit, und sie werden daher
nur schematisch gezeigt und hierin nicht im Detail beschrieben.
Das US-Patent 5,265,687 beschreibt das Verfahren für das Bohren
eines Bogenabschnitts mit kleinem Radius. Insbesondere umfaßt die
Bohranlage das Bohrrohr 10, das eine Kupplung 17 am unteren Ende
für eine Befestigung am Bohrwerkzeug 18 aufweist. Das Werkzeug
18 umfaßt einen ersten Abschnitt 19, der die Bohrkrone 20 trägt,
und einen zweiten Abschnitt 21, der den Motor aufnimmt. Ein
Gelenk- oder Biegeabschnitt 22 befindet sich zwischen den zwei
Abschnitten. Das Verfahren, nach dem das Werkzeug den Bogen
abschnitt mit kleinem Radius bohrt, wird in dem vorangehend
angeführten US-Patent vollständig beschrieben und wird daher
hierin nicht wiederholt.
Die in den Fig. 2, 3, 4 und 5 gezeigte Anordnung zeigt die
Vorrichtung und das Verfahren für das Bohren eines horizontalen
Abschnitts im Anschluß an den Bogenabschnitt mit kleinem Radius.
Betreffs der vollständigen Offenbarung der Konstruktion des
Bohrwerkzeuges selbst bezieht man sich daher auf das vorangehend
angeführte US-Patent, und die Offenbarung jenes Patentes ist
hierin bezugsweise enthalten.
Im allgemeinen weist das Bohrwerkzeug die Bohrkrone 20 auf, die
am Halterungsabschnitt 19 für die Bohrkrone montiert ist, der die
Lager für das Aufnehmen der länglichen Welle der Bohrkrone
enthält. Der Halterungsabschnitt für die Bohrkrone umfaßt einen
mittigen Muffenabschnitt 22, der an jedem Ende mit einem
Kupplungsabschnitt 23, 24 mit größerem Durchmesser verbunden ist.
Jeder dieser Abschnitte zeigt einen konstanten kreisförmigen
Querschnitt. Der mittige Abschnitt 22 ist an den Endabschnitten
23 und 24 an den Kupplungen befestigt, die schematisch mit 25
angegeben werden. Im allgemeinen werden die Abschnitte mitein
ander durch eine Schraubgewindekupplung verbunden, die gestattet,
daß ein Abschnitt vom nächsten abgeschraubt werden kann.
Am Ende 23 des Halterungsabschnitts 21 für die Bohrkrone befindet
sich ein Gelenkabschnitt, der im allgemeinen mit 26 gekenn
zeichnet wird, und der eine Verbindung zu einem Hauptantriebs
abschnitt 27 des Bohrwerkzeuges herstellt, wie im vorangehend
angeführten Patent beschrieben wird. Der Gelenkabschnitt umfaßt
im allgemeinen zwei Drehbolzen 28 und 29, die die Drehbewegung
des Halterungsabschnitts 21 für die Bohrkrone relativ zum
Hauptantriebsabschnitt 27 um eine Querachse, die mit 29A
bezeichnet wird, gestatten.
Das Bohrwerkzeug aus dem vorangegangenen US-Patent, wie es vor
angehend beschrieben wird, wird dadurch modifiziert, daß ein
erster Ring 30, der in Fig. 2 gezeigt wird, und anschließend ein
zweiter Ring 40, der in den Fig. 3, 4 und 5 gezeigt wird,
hinzugeführt werden.
Der zweite Ring 40 weist im Grunde genommen eine Muffe auf, die
einen Muffenkörper 51 umfaßt, die eine äußere Muffenfläche 52 und
eine innere Muffenfläche 53 abgrenzt.
Die innere Muffenfläche 53 umfaßt einen ersten Bohrabschnitt 54
und einen zweiten Bohrabschnitt 55 mit größerem Durchmesser, die
an einem Absatz 56, der in einer radialen Ebene der Muffe liegt,
miteinander verbunden sind. Der Unterschied der Durchmesser beim
Bohrabschnitt 54 und Bohrabschnitt 55 wird angeordnet, um die
Unterschiede des Durchmessers zwischen dem Abschnitt 12 und dem
Abschnitt 13 des Halterungsabschnitts für die Bohrkrone aus zu
gleichen. Auf diese Weise zeigt der Bohrabschnitt 54 einen
Durchmesser, der eng anliegend zum Außendurchmesser des Ab
schnitts 12 als Gleitsitz paßt. Der Bohrabschnitt 55 zeigt
gleichermaßen einen Durchmesser, der zum Durchmesser des
Abschnitts 13 als Gleitsitz paßt. Der Absatz ist in einer
Position so angeordnet, daß sich die Schnittlinie zwischen den
zwei Abschnitten angrenzend am Absatz befindet.
Die Bohrabschnitte 55 und 54 sind so angeordnet, daß sie koaxial
eine Achse 57 umgeben, die in einer Strichlinie gezeigt wird.
Die Außenfläche 52 ist im allgemeinen zylindrisch mit einem im
wesentlichen konstanten Außendurchmesser von einem ersten Ende
58 aus bis zu einem zweiten Ende 59. Die Außenfläche 52 umgibt
jedoch eine Achse 60, die nach einer Seite der Achse 57 hin
versetzt ist, so daß die Außenfläche relativ zur Achse 57 und
relativ zur Innenfläche exzentrisch ist. Wie am besten in Fig.
5 gezeigt wird, umfaßt daher der Ring einen dickeren Wand
abschnitt 61 auf einer Seite der Längsachse des Bohrwerkzeuges
relativ zu einem zweiten Abschnitt 62 auf der gegenüberliegenden
Seite oder in einem Abstand von 180°.
Im dickeren Abschnitt 51, der in Fig. 5 in der Uhrzeigerstellung
6.00 angeordnet ist, sind vier Nuten 62, 63, 64 und 65 vorhanden,
die in den Uhrzeigerstellungen 9.00, 7.00, 5.00 und bzw. 3.00
angeordnet sind. Diese Nuten werden im dickeren Teil des
Exzenterringes aufgenommen, so daß sie sich nicht bis zur
Innenfläche 55 erstrecken. Die Nuten sind über die vollständige
Länge der Außenfläche 52 angeordnet, und sie sind parallel
zueinander und zur Achse 60. Die Nuten weisen jeweils einen
flachen Boden 66 und die Seitenwände 67, 68 auf, die zum flachen
Boden hin von einer breiteren Öffnung in der Fläche 52 aus
konvergieren. Die Nuten funktionieren so, daß sie den Durchgang
der Spülflüssigkeit zwischen dem Ring und der Innenfläche des
Bohrloches gestatten. An den Enden 58 und 59 ist die Außenfläche
abgeschrägt, wie bei 69, 70 gezeigt wird, um das Verschieben des
Ringes in Längsrichtung zu unterstützen, ohne daß scharfe Kanten
an den Enden vorhanden sind, die mit dem Bohrloch in Berührung
kommen und die Gleitbewegung stören.
Zusätzlich zur exzentrischen Verschiebung der Achse 60 von der
Achse 57 ist die Achse 60 ebenfalls unter einem flachen Winkel
A relativ zur Achse 57 angeordnet. Dieser Winkel A liegt
vorzugsweise in der Größenordnung von 1,2 Grad. In Fig. 5 ist ein
Teil der Innenfläche 55 im oberen Teil der Zeichnung sichtbar,
da längs der Achse 60 betrachtet wird. Außerdem verringert sich
die Dicke des Absatzes 56 vom oberen Teil in der Uhrzeiger
stellung 12.00 zum unteren Teil in der Uhrzeigerstellung 6.00.
Um den Ring am Halterungsabschnitt des Bohrwerkzeuges für die
Bohrkrone zu befestigen, wird der Abschnitt 21 an einer der
Verbindungen 25 getrennt, wodurch gestattet wird, daß sich der
Ring auf den Abschnitt 22 in der Längsrichtung des Abschnitts 22
schiebt, bis der Absatz 56 mit dem breiteren Teil am Abschnitt
23 in Berührung kommt.
Um den Ring fest an Ort und Stelle zu halten, umfaßt der Ring
drei Gewindebohrungen 71, 72 und 73, die durch den dicksten Teil
des Ringes hindurch zwischen den Kanälen 62, 63, 64 und 65
angeordnet sind. Auf diese Weise werden die Gewindebohrungen in
den Uhrzeigerstellungen 4.00, 6.00 und 8.00 angeordnet, wie in
Fig. 4 gezeigt wird. Jede der Gewindebohrungen kann eine
Stellschraube 75 aufnehmen, die mit einer Aussparung 76 in
Eingriff kommt, die in die Außenfläche des Abschnitts 23 an der
geforderten Stelle gebohrt wurde, um den Ring richtig anzuordnen.
Die Stellschraube weist ein konisches oberes Ende auf, um mit
einer gleichermaßen geformten Aussparung in Eingriff zu kommen,
wodurch bewirkt wird, daß der Ring in der Art und Weise einer
Führungsschraube verdreht und verschoben wird, wenn die Löcher
nicht richtig mit den Aussparungen ausgerichtet sind.
Um den quer verlaufenden Drehbolzen 29 des Gelenkes aufzunehmen,
umfaßt die Stirnfläche 77 des Ringes ein Paar halbkreisförmige
Aussparungen 78, die in den Uhrzeigerstellungen 3.00 und 9.00
angeordnet sind, längs der sich die Achse 20 des Gelenkabschnitts
befindet.
Der Ring 30 zeigt eine gleiche Konstruktion wie der Ring 40,
außer daß er eine Außenfläche 31 aufweist, die koaxial mit seiner
Innenfläche 32 verläuft. Auf diese Weise ist keine exzentrische
Verschiebung zu verzeichnen, und außerdem ist keine winkelige
Verschiebung vorhanden, so daß die Achse sowohl der Innen- als
auch der Außenfläche des Ringes direkt längs der Achse des
Abschnitts 13 verläuft oder mit dieser zusammenfällt. Der Ring
30 umfaßt die Stellschrauben, die sich im Ring in der Position
befinden, die der der Stellschraube 75 gleicht. Der Ring 30
umfaßt Längsaussparungen oder Kanäle, die den Aussparungen 62 bis
65 des Ringes 40 gleichen.
Beim Betrieb wird, nachdem der Bogenabschnitt des Bohrloches bis
zur erforderlichen horizontalen Ausrichtung gebohrt wurde, das
Bohrgestänge aus dem Bohrloch zurückgezogen, indem die Trommel
und das Rohr in Betrieb genommen werden, wie es hierin vor
angehend beschrieben wird. Danach kann die Meßausrüstung an Ort
und Stelle eingeführt werden, um die Genauigkeit der Bohrung zu
überprüfen. Jegliche erforderliche Regulierungen werden danach
bewirkt, indem weiter gebohrt wird, wenn erforderlich. Wenn
jedoch die richtige Ausrichtung der Bohrung erreicht ist, wobei
das Bohrgestänge entfernt wurde, wird der Ring 30 an Ort und
Stelle auf dem Abschnitt 23 angebracht, und das Bohrgestänge
sowie das Bohrwerkzeug werden in die Bohrposition am unteren Ende
des Bohrloches zurückgebracht.
Der Außendurchmesser des Ringes 30 wird relativ zur Bohrkrone 20
so angeordnet, daß der Ring 30 mit der Innenfläche des Bohr
loches, das mit 80 bezeichnet wird, in Eingriff kommt und so
funktioniert, daß der Abschnitt 21 des Bohrwerkzeuges längs der
Mittelachse 81 des Bohrloches gehalten wird, um ein Bohren in der
horizontalen Richtung zu bewirken. Dieses Bohren wird über eine
Entfernung in der Größenordnung von 4 m fortgesetzt. Es ist
jedoch bekannt, daß einfach das Führen des Bohrwerkzeuges in
dieser Weise nicht eine langfristige Genauigkeit hinsichtlich der
Steuerung der Richtung bewirkt, aber über eine Entfernung von 4
m besteht eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit, daß es zu einer
bedeutenden Ablenkung aus der beabsichtigten horizontalen
Richtung kommt.
Wenn der Abschnitt von 4 m jedoch fertiggestellt ist, wird das
Bohrgestänge entfernt, wie es vorangehend beschrieben wird, und
der Ring 30 wird vom Werkzeug abgenommen. Danach wird der Ring
40 an Ort und Stelle auf dem Werkzeug angeordnet, und das
Bohrgestänge wird zur Stelle des Abwärtsbohrloches zurückgeführt,
an der die Bohrkrone 20 das Ende des Bohrloches erreicht.
In dieser Position wird das Bohren empfohlen, aber gleichzeitig
mit der Drehung der Bohrkrone mit einer Drehzahl in der Größen
ordnung von 200 U/min. wird das gesamte Bohrgestänge gleichzeitig
um die Längsachse des Bohrgestänges gedreht, wodurch der Ring und
das Werkzeug im allgemeinen um die Längsachse des Bohrloches 80
im horizontalen Abschnitt gedreht werden. Die exzentrische Form
des Ringes neigt den Gelenkabschnitt 26 in Richtung der einen
Seite des Bohrloches. Gleichzeitig bewirkt der Winkel A des
Ringes, daß der Abschnitt 22 des Bohrwerkzeuges unter dem
gleichen Winkel A zur Längsachse des Bohrloches gehalten wird.
Daher wird im wesentlichen der Winkel zwischen dem Abschnitt 22
und dem Abschnitt 27 im Gelenkabschnitt 26 um die Achse 29A bei
einem im wesentlichen unveränderlichen flachen Winkel gehalten.
Das bewirkt in Verbindung mit der Drehung des Bohrgestänges und
daher der Achse 29A um die Längsachse des Bohrloches die
automatische Steuerung des Bohrwerkzeuges. Es wird erkannt, daß,
während sich das Bohrgestänge dreht, und während sich die Achse
29A um die Längsachse des Bohrloches dreht, der Angriffswinkel
der Bohrkrone sich um die Längsachse des Bohrloches dreht. Dieser
Angriffswinkel wird im Hinblick auf den Winkel A etwas von der
Längsachse des Bohrloches variiert, und die kontinuierliche
Drehung bewirkt, daß sich der Angriffswinkel ständig um die
Längsachse des Bohrloches dreht. Diese kontinuierliche Drehung
des geringen Winkels wirkt so, daß jegliche Unbeständigkeiten
hinsichtlich der gebohrten Materialien überwunden werden, und sie
wirkt so, daß die Richtung des Bohrens in einer genaueren
horizontalen Ausrichtung eingehalten wird.
Wenn das Werkzeug von seinem Weg abweicht, kann das Werkzeug bei
einem beliebigen Winkel stillgesetzt werden, um sich selbst durch
die Steuerwirkung des Winkels langsam zu korrigieren, wie
vorangehend beschrieben wird. Ist der richtige Winkel erst einmal
erreicht, wird die Drehung des Werkzeuges wieder aufgenommen.
In Fig. 6 wird eine Modifizierung der in Fig. 5 gezeigten
Anordnung dargestellt, bei der der Ring 140 relativ zum Ring 40
dadurch modifiziert wird, daß er am Gelenkabschnitt 123 mittels
eines Außengewindeabschnitts 141, der an einer Außenfläche des
verdickten Abschnitts 142 des Gelenkes vorhanden ist, und eines
Innengewindeabschnitts 143, der an der Innenfläche des Ringes
vorhanden ist, befestigt wird. Der Ring wird daher am ersten
Abschnitt des Bohrwerkzeuges angebracht, indem die Bohrkrone
entfernt und der Ring als Gleitsitz längs der Außenfläche des
ersten Abschnitts 19 in eine Position geschoben wird, die gegen
das Gelenk 123 in Eingriff kommt. Die Richtung des Gewindes wird
so angeordnet, daß der Ring unverändert an Ort und Stelle auf dem
Werkzeug bleibt, wenn das Werkzeug beim vorangehend beschriebenen
Verfahren gedreht wird. Der Ring bleibt auf diese Weise unver
ändert an Ort und Stelle, wenn sich das Werkzeug dreht und
gemeinsam damit dreht. Der Ring kann natürlich entfernt werden,
indem er von einem geeigneten Werkzeug erfaßt und in der
entgegengesetzten Richtung gedreht wird, um die Gewindeabschnitte
auf zudrehen, um den Ring freizugeben, damit er sich wieder über
das offene Ende des Abschnitts 19 schieben kann, wobei die
Bohrkrone 20 entfernt ist.
Außerdem wird der Ring 140 so modifiziert, daß er einen Quer
schnitt umfaßt, wie er in den Fig. 7 und 8 gezeigt wird. Der
Querschnitt in Fig. 7 wurde längs der Linie 7-7 in Fig. 6
aufgenommen. Der Querschnitt ist so modifiziert, daß der Ring 140
exzentrisch ist, so daß er einen Mittelpunkt C2 aufweist, der vom
Mittelpunkt C1 des Werkzeugabschnitts 19 versetzt ist. Aus
Gründen der Veranschaulichung wird der Werkzeugabschnitt 19 nur
mit Bezugnahme auf seine Außenfläche gezeigt, die zylindrisch ist
und daher einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Da der
Querschnitt des Ringes 140 exzentrisch ist, begrenzt er einen
Flügel 150, der einem zweiten Flügel 151 gegenüberliegt. Der
Flügel 150 weist eine Dicke T1 von der Fläche des Abschnitts 19
auf, die größer ist als die Dicke T2 des Flügels 151. Der Ring
140 ist jedoch relativ zum Ring 40 dadurch modifiziert, daß er
die Seiten 152 und 153 aufweist, die abgeflacht sind, d. h., sie
sind dünner als der Flügel 151 und bestimmen eine Dicke T3, die
kleiner ist als die Dicke T2. Da die Seiten 152 und 153 ab
geflacht sind, besteht nicht mehr die Notwendigkeit für die
Kanäle aus der Anordnung des Ringes 40, da ausreichend Raum um
die Außenfläche der Seiten 152 und 153 zur Verfügung steht, um
den Durchgang der Spülflüssigkeit zu gestatten.
Es wird beachtet, daß die Seiten 152 und 153 diametral gegenüber
liegend sind und in einer Ebene liegen, die die Biegeachse 29A
enthält. Daher sind die Flügel 150 und 151 in einer Ebene unter
90 Grad zur Biegeachse 29A angeordnet, ähnlich der Position, die
in Fig. 3 gezeigt wird.
Der Zweck der abgeflachten Seiten ist, daß gestattet wird, daß
sich der Ring innerhalb eines Bohrloches dreht, das etwas gebogen
ist, wobei es eine Biegung mit einem Radius aufweist, der größer
ist als die Biegung mit kleinem Radius des Bogenabschnitts, der
zuerst gebildet wurde. Es wird erkannt, daß das Gelenk eine
Biegung nur um eine einzelne Biegeachse 29A gestattet, und in der
Richtung unter rechtem Winkel zur Biegeachse besteht keine
Möglichkeit, daß sich das Werkzeug biegt, und dementsprechend
wird sich das Werkzeug ohne die abgeflachten Seiten innerhalb
eines etwas gebogenen Bohrloches verklemmen, wodurch eine Drehung
um 360 Grad verhindert wird. Es wurde jedoch ermittelt, daß es
möglich ist, einen Ring mit den Seiten 152 und 153 herzustellen,
die ausreichend dünn oder abgeflacht sind, um die Drehung des
Werkzeuges innerhalb einer Bohrung zu gestatten, die eine Biegung
aufweist, die durch den Exzentrizitätsgrad gebildet wird, der
durch die Flügel 150 und 151 bestimmt wird. Der Mittelpunkt des
Bohrloches wird mit C3 angegeben.
Der einzelne Ring 140, der in den Fig. 6, 7 und 8 gezeigt
wird, kann daher als Ersatz für die zwei Ringe 30 und 40
verwendet werden.
Beim Betrieb des Ringes 140 wird daher der Bogenabschnitt mit
kleinem Radius gebohrt, wobei der Ring entfernt ist, und so, wie
es in meinem vorangegangenen Patent beschrieben wird. Indem der
Ring auf diese Weise entfernt wurde, kann das Gelenk unbehindert
gegen die Seite des Bohrloches laufen und neigt daher die
Bohrkrone zum maximalen Ablenkungswinkel hin, um eine Biegung mit
kleinem Radius zu bewirken.
Wenn man beabsichtigt, aus der Vertikalen in die Horizontale
überzugehen, d. h., eine Drehung um 90 Grad, wird das Bohren der
Biegung mit kleinem Radius unter einem Winkel beendet, der etwas
unter dem Winkel von 90 Grad liegt, d. h., bei einem Winkel in der
Größenordnung von 86 Grad. Das Werkzeug wird danach aus dem Loch
zurückgezogen, und der Ring 140 wird angebracht, wie vorangehend
beschrieben wird. Das Werkzeug wird danach zur Bohrfläche
zurückgebracht, und das Bohrgestänge wird in eine Position
gedreht, wie in Fig. 8 gezeigt wird, in der der dickere Flügel
150 in eine Position auf der Innenseite der Biegung bewegt wird,
und somit befindet sich der Flügel 151 auf der Außenseite der
Biegung. Der Flügel 150 neigt daher den Ring und das angrenzende
Gelenk in Richtung der Außenseite der Biegung, wodurch bewirkt
wird, daß die Bohrkrone ein Bohrloch bildet, das allmählich
gebogen wird. Bei der allmählichen Biegung kann der Krümmungs
radius in der Größenordnung von 200 ft. liegen. Ein Radius von
200 ft. biegt sich um 1 Grad für jede gebohrten 3,5 ft., so daß
nach dem Bohren von 14 ft. das Bohrloch die vollen 90 Grad von
der Vertikalen erreicht hat. Die letzten 14 ft. des Bohrloches
werden daher mit dem Radius von 200 ft. gebildet, und das 14 ft.
in der Länge des Bohrloches, und die flache Biegung gestattet,
daß das Werkzeug, das den Ring umfaßt, um die Längsachse des
Werkzeuges gedreht wird. Die Flügel können sich im Hinblick auf
die Tatsache drehen, daß sie unter rechtem Winkel zur Biegeachse
liegen und sich die Biegeachse an die Biegung des Bohrloches
anpaßt. Die flachen Seiten können sich drehen, selbst wenn sie
nicht mit der Biegeachse ausgerichtet sind, da sie ausreichend
dünn sind, wie in Fig. 7 gezeigt wird, um sich an die Biegung des
Bohrloches anzupassen.
Nach der Bildung der letzten Länge des Bogenabschnitts mit dem
größeren Krümmungsradius kann daher, wie vorangehend beschrieben,
das Werkzeug mit einer kontinuierlichen relativ niedrigen
Drehzahl gedreht werden, die niedriger ist als die der Bohrkrone,
um die genaue Steuerung zu bewirken, wie es vorangehend erklärt
wird.
In dem Fall, daß nachgewiesen wird, daß die Richtung von der
geforderten geraden Richtung abgewichen ist, kann das Werkzeug
zum Stillstand gebracht und gedreht werden, um den Flügel 150 mit
der geforderten Richtung der Biegung auszurichten, um zur
beabsichtigten geraden Richtung zurückzukehren. Die Bohrkrone
kann danach gedreht werden, wobei das Werkzeug stationär gehalten
wird, um einen Biegungsabschnitt mit großem Radius zu bewirken.
Wie vorangehend erklärt wird, kann die Drehung des Werkzeuges
danach angesichts der Tatsache empfohlen werden, daß sich alle
vier Seiten des Werkzeuges in dem so geformten gebogenen Bohrloch
drehen können.
In Fig. 9 wird eine weitere alternative Anordnung gezeigt, bei
der der Ring 40 eingesetzt wird, der am Bohrwerkzeug montiert
ist. Das Bohrwerkzeug wird innerhalb eines Bohrloches 100 gezeigt
und umfaßt den Halterungsabschnitt 119 für die Bohrkrone, der die
Bohrkrone 120 trägt. Der Halterungsabschnitt für die Bohrkrone
ist mit dem zweiten Abschnitt 118 verbunden, der den Antriebs
motor trägt. Der erste Abschnitt 119 ist mit dem zweiten
Abschnitt 118 mittels der Gelenkverbindung 126 verbunden, wobei,
wie vorangehend beschrieben wird, der Ring dicht angrenzend an
die Gelenkverbindung 126 angeordnet ist.
Die vorangegangene Anordnung wird jedoch relativ zum vorher
beschriebenen Bohrwerkzeug dadurch modifiziert, daß die Gelenk
verbindung einen ersten Drehbolzen 128, der dem Drehbolzen 28
gleicht, und einen zweiten Drehbolzen 129, der unter rechtem
Winkel zum Drehbolzen 128 angeordnet ist, umfaßt. Die Gelenkver
bindung wird daher durch die zwei Drehbolzen bestimmt, aber die
Drehbolzen sind gegenseitig unter rechtem Winkel so angeordnet,
daß die Möglichkeit der Drehbewegung eher um zwei Achsen unter
rechtem Winkel als um die eine Achse 29A des vorangehend
beschriebenen Bohrwerkzeuges besteht. Diese Fähigkeit der
Gelenkverbindung, sich um die zwei Achsen unter rechtem Winkel
zu drehen, macht die Notwendigkeit der flachen Seiten des Ringes
140 überflüssig und gestattet statt dessen die Verwendung des
Ringes 40. Genauer gesagt, der Drehbolzen 129 gestattet eine
Drehbewegung um einen Linie unter rechtem Winkel zu einer Linie,
die die Seiten des Ringes verbindet, so daß die Seiten den vollen
Durchmesser aufweisen können, der dem Durchmesser unter rechtem
Winkel zu der Linie gleicht, die die Seiten verbindet. Somit
weist der Ring eine zylindrische äußere Form auf, aber der
Mittelpunkt des Ringes ist versetzt.
Das Bohrwerkzeug wird ebenfalls relativ zu dem vorangehend
beschriebenen Werkzeug dadurch modifiziert, daß eine zweite
Drehkupplung am oberen Ende des Abschnitts 118 bereitgestellt
wird, die den Abschnitt 118 mit dem Bohrgestänge 10 verbindet.
Die Drehkupplung wird mit 130 angezeigt und umfaßt wiederum zwei
Drehbolzen 131 und 132, die unter rechtem Winkel angeordnet sind.
Das gestattet wiederum die erforderliche Drehbewegung des
Werkzeuges, um sich der Biegung der Bohrung anzupassen, während
es sich um seine Achse dreht.
Claims (27)
1. Verfahren für das Bohren eines Bohrloches in die Erde, das
einen Bogenabschnitt mit kleinem Radius und einen im wesentlichen
geraden Abschnitt an einem Ende des Bogenabschnitts umfaßt, wobei
das Verfahren wie folgt gekennzeichnet ist:
Bereitstellen eines Bohrgestänges und Anschließen einer Zuführung der Spülflüssigkeit am hinteren Ende des Bohrgestänges für das Pumpen der Spülflüssigkeit durch dieses hindurch;
Bereitstellen eines Bohrwerkzeuges mit einem länglichen Werkzeug körper mit einem ersten Werkzeugabschnitt und einem zweiten Werkzeugabschnitt, wobei im Bohrwerkzeug ein Motor bereitgestellt wird, der an einem der Werkzeugabschnitte des Werkzeugkörpers montiert ist, um die Antriebsleistung zu erzeugen, und wobei am Bohrwerkzeug eine Bohrkrone bereitgestellt wird, die am ersten Werkzeugabschnitt an dessen vorderen Ende montiert ist, um sich relativ zum Werkzeugkörper als Reaktion auf die Antriebsleistung vom Motor zu drehen;
Bereitstellen einer Gelenkeinrichtung im Bohrwerkzeug, die einen Biegeabschnitt im Werkzeugkörper zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugabschnitt abgrenzt, und die eine Biegeachse quer zur Längsachse des Werkzeugkörpers festlegt, um die sich der erste Werkzeugabschnitt, der die Bohrkrone trägt, relativ zum zweiten Werkzeugabschnitt biegen wird, um die Ausrichtung der Längsachse des ersten Abschnitts von der ersten Ausrichtung, die koaxial mit der Längsachse des zweiten Abschnitts verläuft, in eine zweite Ausrichtung, bei der die Längsachse des ersten Abschnitts unter einem Winkel relativ dazu liegt, zu verändern, wobei die Gelenkeinrichtung nach einer Seite der Achse hin gebogen wird;
Bereitstellen eines Exzenterringes, der den Werkzeugkörper in einer Position darauf angrenzend an die Gelenkeinrichtung im Biegeabschnitt eng umschließt;
Bereitstellen eines Bohrgestänges und Anschließen einer Zuführung der Spülflüssigkeit am hinteren Ende des Bohrgestänges für das Pumpen der Spülflüssigkeit durch dieses hindurch;
Bereitstellen eines Bohrwerkzeuges mit einem länglichen Werkzeug körper mit einem ersten Werkzeugabschnitt und einem zweiten Werkzeugabschnitt, wobei im Bohrwerkzeug ein Motor bereitgestellt wird, der an einem der Werkzeugabschnitte des Werkzeugkörpers montiert ist, um die Antriebsleistung zu erzeugen, und wobei am Bohrwerkzeug eine Bohrkrone bereitgestellt wird, die am ersten Werkzeugabschnitt an dessen vorderen Ende montiert ist, um sich relativ zum Werkzeugkörper als Reaktion auf die Antriebsleistung vom Motor zu drehen;
Bereitstellen einer Gelenkeinrichtung im Bohrwerkzeug, die einen Biegeabschnitt im Werkzeugkörper zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugabschnitt abgrenzt, und die eine Biegeachse quer zur Längsachse des Werkzeugkörpers festlegt, um die sich der erste Werkzeugabschnitt, der die Bohrkrone trägt, relativ zum zweiten Werkzeugabschnitt biegen wird, um die Ausrichtung der Längsachse des ersten Abschnitts von der ersten Ausrichtung, die koaxial mit der Längsachse des zweiten Abschnitts verläuft, in eine zweite Ausrichtung, bei der die Längsachse des ersten Abschnitts unter einem Winkel relativ dazu liegt, zu verändern, wobei die Gelenkeinrichtung nach einer Seite der Achse hin gebogen wird;
Bereitstellen eines Exzenterringes, der den Werkzeugkörper in einer Position darauf angrenzend an die Gelenkeinrichtung im Biegeabschnitt eng umschließt;
Formen des Exzenterringes, um eine Innenfläche des Exzenter
ringes, die den Werkzeugkörper berührt, und eine Außenfläche des
Exzenterringes, die relativ zur Längsachse des Werkzeugkörpers
exzentrisch ist, zur Verfügung zu stellen, um einen dickeren
Abschnitt des Exzenterringes auf einer Seite des Werkzeugkörpers
und einen dünneren Abschnitt auf der gegenüberliegenden Seite des
Werkzeugkörpers vorzuweisen, so daß der dickere Abschnitt eine
Außenfläche mit einem größeren radialen Abstand von der Längs
achse aufweist als die des dünneren Abschnitts;
Bohren des Bogenabschnitts, wobei der Exzenterring entfernt wurde, indem veranlaßt wird, daß sich die Abschnitte zur zweiten Ausrichtung bewegen, und indem sich die Bohrkrone dreht, während das Bohrgestänge im Stillstand gegen eine Drehung um die Längsachse gehalten wird;
Anordnen des Exzenterringes am Ende des Bogenabschnitts auf dem Werkzeugkörper in einer Position darauf, die an die Gelenk einrichtung angrenzt, und Befestigen des Exzenterringes relativ zum Werkzeugkörper für eine gemeinsame Drehung mit diesem im Bohrloch, wobei die Biegeachse im wesentlichen unter rechtem Winkel zu einer Linie angeordnet wird, die den dickeren Abschnitt mit dem gegenüberliegenden dünneren Abschnitt verbindet, wobei sich der dickere Abschnitt auf einer Seite der Achse befindet, die der einen Seite gegenüberliegt; und
Eingreifen des Exzenterringes und der Bohrkrone in das Bohrloch, Drehen der Bohrkrone im Bohrwerkzeug und Drehen des Werkzeug körpers und des Exzenterringes um die Längsachse innerhalb der Bohrung mit einer Drehzahl, die kleiner ist als die der Bohr krone, um eine im wesentlichen geradlinige Vorwärtsbewegung des Werkzeugkörpers längs des geraden Abschnitts des Bohrloches zu bewirken.
Bohren des Bogenabschnitts, wobei der Exzenterring entfernt wurde, indem veranlaßt wird, daß sich die Abschnitte zur zweiten Ausrichtung bewegen, und indem sich die Bohrkrone dreht, während das Bohrgestänge im Stillstand gegen eine Drehung um die Längsachse gehalten wird;
Anordnen des Exzenterringes am Ende des Bogenabschnitts auf dem Werkzeugkörper in einer Position darauf, die an die Gelenk einrichtung angrenzt, und Befestigen des Exzenterringes relativ zum Werkzeugkörper für eine gemeinsame Drehung mit diesem im Bohrloch, wobei die Biegeachse im wesentlichen unter rechtem Winkel zu einer Linie angeordnet wird, die den dickeren Abschnitt mit dem gegenüberliegenden dünneren Abschnitt verbindet, wobei sich der dickere Abschnitt auf einer Seite der Achse befindet, die der einen Seite gegenüberliegt; und
Eingreifen des Exzenterringes und der Bohrkrone in das Bohrloch, Drehen der Bohrkrone im Bohrwerkzeug und Drehen des Werkzeug körpers und des Exzenterringes um die Längsachse innerhalb der Bohrung mit einer Drehzahl, die kleiner ist als die der Bohr krone, um eine im wesentlichen geradlinige Vorwärtsbewegung des Werkzeugkörpers längs des geraden Abschnitts des Bohrloches zu bewirken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es
die Anordnung einer Stirnfläche am Exzenterring, die ein Paar
Aussparungen für das Aufnehmen der Elemente des Biegeabschnitts
aufweist, umfaßt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß es die Anordnung einer Vielzahl von sich
längs erstreckenden Nuten auf der Außenfläche des Exzenterringes
umfaßt, die die Übertragung der Spülflüssigkeit zwischen dem
Exzenterring und dem Bohrloch gestatten.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß es das Verschieben des Exzenterringes in der
Längsrichtung des Werkzeugkörpers für eine Befestigung daran und
ein Ausbauen umfaßt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß es das Formen des Exzenterringes derart
umfaßt, daß der dickere und der dünnere Abschnitt in einem ersten
imaginären Zylinder liegen, der die Achse umgibt, und so, daß der
Exzenterring eine Innenfläche umfaßt, die auf einem zweiten
imaginären Zylinder innerhalb des ersten imaginären Zylinders
liegt, wobei der zweite Zylinder eine Längsachse unter einem
flachen Winkel relativ zur Längsachse des ersten Zylinders
aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner
gekennzeichnet durch das Anhalten der Drehung des Bohrgestänges
unter einem ausgewählten Winkel um die Längsachse herum, während
die Drehung der Bohrkrone fortgesetzt wird, um das Werkzeug so
zu steuern, daß eine Ungenauigkeit der Bohrrichtung korrigiert
wird, und die Wiederaufnahme der Drehung des Bohrgestänges,
nachdem die Ungenauigkeit korrigiert ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß es die Anordnung eines Außengewindeabschnitts
am ersten Abschnitt des Werkzeugkörpers angrenzend an die
Gelenkeinrichtung und eines passenden Innengewindeabschnitts am
Exzenterring umfaßt, und nach dem Entfernen der Bohrkrone das
Verschieben des Exzenterringes längs des Werkzeugkörpers und das
Eingreifen der Gewindeabschnitte ineinander, um den Ring in der
stationären Position am Werkzeugkörper zu halten, umfaßt.
8. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß es die Anordnung von zwei gegenüberliegenden
Seiten auf dem Exzenterring umfaßt, wobei jede winkelig zwischen
der einen Seite und der gegenüberliegenden Seite angeordnet ist,
und wobei jede eine Außenfläche aufweist, deren radiale Entfer
nung von der Längsachse kleiner ist als die des dünneren
Abschnitts.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gelenkeinrichtung durch ein Paar paralleler Drehbolzen bestimmt
wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Gelenkeinrichtung durch eine erste Dreheinrichtung parallel zur
Biegeachse bestimmt wird, und daß eine zweite Dreheinrichtung
zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt des Werkzeugkörpers
vorhanden ist, wobei die zweite Dreheinrichtung die Biegebewegung
des Werkzeugkörpers in der Gelenkeinrichtung um eine Achse unter
rechtem Winkel zur Biegeachse herum gestattet.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ring so geformt ist, daß die Außenfläche eine kreisförmige,
zylindrische Form aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ring am Werkzeugkörper in einer Position längs des Bohrloches
genau vor dem beabsichtigten Ende der Biegung des Bohrloches
befestigt wird, und daß die Drehung des Bohrgestänges bei einem
ausgewählten Winkel um die Längsachse herum angehalten wird,
während die Drehung der Bohrkrone fortgesetzt wird, so daß am
Ende des Bogenabschnitts ein kurzer Bogenabschnitt gebildet wird,
wobei der kurze Bogenabschnitt einen längeren Krümmungsradius
aufweist als der Bogenabschnitt.
13. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
Bereitstellen eines konzentrischen Ringes, der eine Außenfläche aufweist, die im wesentlichen koaxial die Längsachse des Werkzeugkörpers umgibt;
Betätigen des Bohrwerkzeuges mit dem daran befestigten konzen trischen Ring am Ende des Bogenabschnitts und vor der Anbringung des Exzenterringes, um die Bohrkrone zu drehen, damit ein erster im wesentlichen gerader Bohrabschnitt gebohrt wird;
Entfernen des konzentrischen Ringes vom Bohrwerkzeug, Anbringung des Exzenterringes am Werkzeugkörper und Betätigen des Bohr werkzeuges, um einen zweiten im wesentlichen geraden Bohr abschnitt vom ersten im wesentlichen geraden Bohrabschnitt aus zu bohren.
Bereitstellen eines konzentrischen Ringes, der eine Außenfläche aufweist, die im wesentlichen koaxial die Längsachse des Werkzeugkörpers umgibt;
Betätigen des Bohrwerkzeuges mit dem daran befestigten konzen trischen Ring am Ende des Bogenabschnitts und vor der Anbringung des Exzenterringes, um die Bohrkrone zu drehen, damit ein erster im wesentlichen gerader Bohrabschnitt gebohrt wird;
Entfernen des konzentrischen Ringes vom Bohrwerkzeug, Anbringung des Exzenterringes am Werkzeugkörper und Betätigen des Bohr werkzeuges, um einen zweiten im wesentlichen geraden Bohr abschnitt vom ersten im wesentlichen geraden Bohrabschnitt aus zu bohren.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es
das Bereitstellen einer zweiten Gelenkeinrichtung zwischen dem
zweiten Abschnitt des Bohrwerkzeuges und dem Bohrgestänge umfaßt.
15. Bohrwerkzeug für das Bohren eines Bohrloches in die Erde,
das einen Bogenabschnitt mit kleinem Radius und einen im
wesentlichen geraden Abschnitt an einem Ende des Bogenabschnitts
umfaßt, wobei das Bohrwerkzeug gekennzeichnet ist durch folgende
Merkmale:
einen länglichen Werkzeugkörper mit einem ersten Werkzeug abschnitt und einem zweiten Werkzeugabschnitt, wobei ein Motor an einem der Werkzeugabschnitte des Werkzeugkörpers montiert ist, um die Antriebsleistung zu erzeugen, und wobei eine Bohrkrone am ersten Werkzeugabschnitt an dessen vorderen Ende montiert ist, um sich relativ zum Werkzeugkörper als Reaktion auf die Antriebs leistung vom Motor zu drehen;
eine Gelenkeinrichtung, die einen Biegeabschnitt im Werkzeug körper zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugabschnitt abgrenzt, und die eine Biegeachse quer zur Längsachse des Werkzeugkörpers festlegt, um die sich der erste Werkzeug abschnitt, der die Bohrkrone trägt, relativ zum zweiten Werkzeug abschnitt biegt, um die Ausrichtung der Längsachse des ersten Abschnitts von der ersten Ausrichtung, die koaxial mit der Längsachse des zweiten Abschnitts verläuft, in eine zweite Ausrichtung, bei der die Längsachse des ersten Abschnitts unter einem Winkel relativ dazu liegt, zu verändern, wobei die Gelenkeinrichtung nach einer Seite der Achse hin gebogen wird;
einen Exzenterring, eine Einrichtung für das Montieren des Exzenterringes so, daß der Werkzeugkörper in einer Position darauf angrenzend an die Gelenkeinrichtung eng umschlossen wird, wobei die Einrichtung für das Montieren so angeordnet wird, daß der Exzenterring vom Werkzeugkörper abnehmbar und leicht auswechselbar ist;
wobei der Exzenterring eine Innenfläche, um den Werkzeugkörper zu berühren, und eine Außenfläche, die relativ zur Längsachse des Werkzeugkörpers exzentrisch ist, aufweist, um einen dickeren Abschnitt des Exzenterringes auf einer Seite des Werkzeugkörpers und einen dünneren Abschnitt auf der gegenüberliegenden Seite des Werkzeugkörpers vorzuweisen, so daß der dickere Abschnitt eine Außenfläche mit einem größeren radialen Abstand von der Längs achse aufweist als die des dünneren Abschnitts;
wobei die Einrichtung für das Montieren eine Befestigungs einrichtung für das Halten des Exzenterringes im stationären Zustand am Werkzeugkörper gegen eine Drehbewegung relativ dazu während der Drehung des Werkzeugkörpers im Bohrloch umfaßt.
einen länglichen Werkzeugkörper mit einem ersten Werkzeug abschnitt und einem zweiten Werkzeugabschnitt, wobei ein Motor an einem der Werkzeugabschnitte des Werkzeugkörpers montiert ist, um die Antriebsleistung zu erzeugen, und wobei eine Bohrkrone am ersten Werkzeugabschnitt an dessen vorderen Ende montiert ist, um sich relativ zum Werkzeugkörper als Reaktion auf die Antriebs leistung vom Motor zu drehen;
eine Gelenkeinrichtung, die einen Biegeabschnitt im Werkzeug körper zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugabschnitt abgrenzt, und die eine Biegeachse quer zur Längsachse des Werkzeugkörpers festlegt, um die sich der erste Werkzeug abschnitt, der die Bohrkrone trägt, relativ zum zweiten Werkzeug abschnitt biegt, um die Ausrichtung der Längsachse des ersten Abschnitts von der ersten Ausrichtung, die koaxial mit der Längsachse des zweiten Abschnitts verläuft, in eine zweite Ausrichtung, bei der die Längsachse des ersten Abschnitts unter einem Winkel relativ dazu liegt, zu verändern, wobei die Gelenkeinrichtung nach einer Seite der Achse hin gebogen wird;
einen Exzenterring, eine Einrichtung für das Montieren des Exzenterringes so, daß der Werkzeugkörper in einer Position darauf angrenzend an die Gelenkeinrichtung eng umschlossen wird, wobei die Einrichtung für das Montieren so angeordnet wird, daß der Exzenterring vom Werkzeugkörper abnehmbar und leicht auswechselbar ist;
wobei der Exzenterring eine Innenfläche, um den Werkzeugkörper zu berühren, und eine Außenfläche, die relativ zur Längsachse des Werkzeugkörpers exzentrisch ist, aufweist, um einen dickeren Abschnitt des Exzenterringes auf einer Seite des Werkzeugkörpers und einen dünneren Abschnitt auf der gegenüberliegenden Seite des Werkzeugkörpers vorzuweisen, so daß der dickere Abschnitt eine Außenfläche mit einem größeren radialen Abstand von der Längs achse aufweist als die des dünneren Abschnitts;
wobei die Einrichtung für das Montieren eine Befestigungs einrichtung für das Halten des Exzenterringes im stationären Zustand am Werkzeugkörper gegen eine Drehbewegung relativ dazu während der Drehung des Werkzeugkörpers im Bohrloch umfaßt.
16. Bohrwerkzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
der Exzenterring eine Stirnfläche umfaßt, die ein Paar Aus
sparungen für das Aufnehmen der Elemente des Biegeabschnitts
aufweist.
17. Bohrwerkzeug nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Außenfläche des Exzenterringes eine Vielzahl
von sich in Längsrichtung erstreckenden Nuten umfaßt, die die
Übertragung der Spülflüssigkeit zwischen dem Exzenterring und dem
Bohrloch gestatten.
18. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß der Exzenterring und der Werkzeugkörper so
geformt sind, daß sich der Exzenterring in der Längsrichtung des
Werkzeugkörpers für eine Befestigung daran und ein Ausbauen davon
verschieben kann.
19. Bohrwerkzeug nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
der Exzenterring so geformt ist, daß der dickere und der dünnere
Abschnitt in einem ersten imaginären Zylinder liegen, der die
Achse umgibt, und so, daß der Exzenterring eine Innenfläche
umfaßt, die auf einem zweiten imaginären Zylinder innerhalb des
ersten imaginären Zylinders liegt, wobei der zweite Zylinder eine
Längsachse unter einem flachen Winkel relativ zur Längsachse des
ersten Zylinders aufweist.
20. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtung für das Montieren einen
Außengewindeabschnitt am ersten Abschnitt des Werkzeugkörpers
angrenzend an die Gelenkeinrichtung und einen passenden Innen
gewindeabschnitt am Exzenterring aufweist.
21. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß der Exzenterring zwei gegenüberliegende
Seiten umfaßt, die jeweils winkelig zwischen der einen Seite und
der gegenüberliegenden Seite angeordnet sind, und wobei jede eine
Außenfläche aufweist, deren radiale Entfernung von der Längsachse
kleiner ist als die des dünneren Abschnitts.
22. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gelenkeinrichtung durch ein Paar
paralleler Drehbolzen bestimmt wird.
23. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gelenkeinrichtung durch eine erste
Dreheinrichtung parallel zur Biegeachse bestimmt wird, und daß
eine zweite Dreheinrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten
Abschnitt des Werkzeugkörpers vorhanden ist, wobei die zweite
Dreheinrichtung die Biegebewegung des Werkzeugkörpers in der
Gelenkeinrichtung um eine Achse unter rechtem Winkel zur
Biegeachse herum gestattet.
24. Bohrwerkzeug nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß
der Ring so geformt ist, daß die Außenfläche eine kreisförmige,
zylindrische Form aufweist.
25. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch
gekennzeichnet, daß es einen konzentrischen Ring umfaßt, der eine
Außenfläche aufweist, die im wesentlichen koaxial die Längsachse
des Werkzeugkörpers umgibt, wobei die Einrichtung für das
Montieren angeordnet wird, um den konzentrischen Ring als Ersatz
für den Exzenterring so zu montieren, daß er den Werkzeugkörper
in einer Position darauf angrenzend an die Gelenkeinrichtung eng
umschließt.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch
gekennzeichnet, daß es eine zweite Gelenkeinrichtung zwischen dem
zweiten Abschnitt des Bohrwerkzeuges und dem Bohrgestänge umfaßt.
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