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Einrichtung zum Bobren von schräg verlaufenden Bohrlöchern Aus verschiedenen
Gründen werden Ölquellennohrungen schräg gebohrt. Aus einem dieser Gründe soll der
Grund der Bohrung unter einer unzugänglichen oder ungeeigneten Stelle des Erdbodens
gelegen sein, während aus anderen Gründen eine Bodenformation umgangen werden soll,
die für die Fortsetzung einer geradlinigen Bohrung ungeeignet ist. Zuweilen wird
dies durchgeführt als Entlastungsbohrung für unabdeckbare Blowouts oder zum Kontrollieren
von Bränden, wobei es in einigen Fällen höchst erwünscht ist, sowohl die waagerechte
als auch die senkrechte Abweichung innerhalb vorherbestimmter Grenzen bestimmen
zu können.
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Die Erfindung sieht eine Einrichtung zum Bohren von schräg verlaufenden
Bohrlöchern vor, die aufweist einen drehbaren Bohrkragen, ein am Bohrkragen angehrachtes
Schneidelement und am Bohrkragen angeordnete Mittel, die mit der Unterseite des
Loches
in Eingriff gebracht werden können und dem Schneidelement
bei n iessen Drehung eine exzentrische Bewegung erteilen, welche genanten Mittel
aus einer Nocke am Bohrkragen bestehen, während das Schneidelement aus einem Walzenbohrer
mit mehreren Gruppen von Schneidzähnen besteht, von denen eine Gruppe von Zähnen
in radialer Richtung in bezug auf die anderen Zahngruppen überdimensioniert ist,
wobei die Zähne der überdimensionierten kruppe in bezug auf den Ort der Nocke umfangsmäßig
versetzt angeordnet sind.
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Während der Drehung des Bohrers greift die Nocke periodisch in die
Unterseite des Loches ein und drückt das Bohrwerkzeug; nach oben. Zugleich mit diesem
Vorgang wird das Bohrwerkzeug veranlasst an einem Bezirk anzugreifen, der seitlich
versetzt von der zylindrischen Ebene des Bohrloches unmittelbar vor dem genannten
Bezirk gelegen ist. Als Ergebnis dieses Zusammenwirkens wird das Bohrloch nach der
einen oder der anderen Seite gekrümmt und/oder in einem gewissen Ausmaß nach oben
versetzt. Der Angriff des Bohrwerkzeuges kann so gesteuert werden dass er nach irgendeiner
Seite oder nach oben ohne Abweichung zur anderen Seite erfolgt. Dieser Angriff kann
über einen Kreisabschnitt erfolgen, der als von 8 Uhr bis 4 Uhr verlaufend beschrieben
werden kann.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein überdimensioniertes
Loch gebohrt, das natürlich das Vorrücken des Bohrkragens und des Bohrstranges erleinhtert.
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Die verwendete Einrichtung ist einfach, kräftig und verhältnismäßig
billig und nutzt sich im Gebrauch nicht übermäßig stark ab. Die Einrichtung besteht
im wesentlichen aus einer Kombination eines Bohrwerkzeuges und eines Bohrkragens,
die auf eine Bohrlochabweichung in wasgerechter sowie senkrechter Richtung voreingestellt
werden kann. Die mit einander zusammenwirkenden Teile werden vorzugsweise in bezug
auf einander einstellbar ausgestaltet, so dass die Abweichung geändert werden kann.
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Rei der einen Ansführungsform dieser Kombination ist ein dreikegeliges
(oder ein zweikegeliges) Walzenbohrwerkzeug am unteren Ende eines Bohrkragens vorgesehen,
der mit Abstand oberhalb des Bohrwerkzeuges mit einer Nocke oder einem radial vorstehenden
Ansatz versehen ist, wobei der eine Kegel des Bohrwerkzeuges
mit
längeren Zähnen ausgestaltet ist, so dass der eine Kegel einen größeren Durchmesser
aufweist als der oder die anderen Kegel.
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Wird in einer zur Nocke diametral entgegengesetzten Ebene ein besonders
ausgestaltetes Bohrwerkzeug vorgesehen, so erfolgt nur eine senkrechte ablenkung
Durch Ånordnen eines solchen Bohrwerkzeuges in einer SbeneX die umfangsmäßig (winkelmäßig)
von der genannten Ebene der Nocke versetzt gelegen ist, so erfolgt ein.
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Ablenkung in erster Linie nach rechts Qder nach links in bezug auf
die achse des vorhergehenden Abschnittes der Bohrung Bei der Drehung des Bohrkragens
erzeugt das Bohrwerkzeug ein "überdimensioniertes" Bohrloch. Soll eine schrägverlaufende
Bohrung erzeugt werden, so gleitet die Nocke bei jeder Umdrehung des Bohrkragens
auf dem Grund der Bohrung entlang. Hierbei wird ein nach oben gerichteter Druck
erzeugt, der das Bohrerende des Kragens nach oben schiebt, und, wenn der übergroße
Kegel umfangsmäßig in bezug auf die Schneidklinge versetzt ist, so weicht die Schnittbahn
seitlich oder senkrecht, d.h. nach links oder rachts oder nach oben aus entsprechend
der winkelmäßigen Versetzung der Nocke und des übergroßen Kegels Der Grad des Abweichens
oder Ausweichens hängt von mehreren Faktoren ab, und zwar von dem axialen Ort der
Nocke am Kragen, von der Abmessung des radialen Ansatzes und von den Abmessungen
des übergroßen Kegels in bezug auf den oder die anderen Segel.
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Es wird daher in erster Linie der Bogen der Bohrung bestimmt und kann
abgeändert werden, wenn ein oder alle Faktoren verändert werden.
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Die Nocke kann besonders ausgestaltet werden oder aus einer Schaufel
oder einem Stabilisator bestehen von der Ausführung, die herkömmlicherweise in drei
Elemente umfassenden Gruppen in gleichen Abständen um einen Bohrkragen herum angeordnet
werden und den Bohrkragen bei dem Bohren eines geraden Bohrloches einmitten.
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Mit Hilfe der genannten Elemente im Verein mit dem übergroßen Kegel
können die gewünschten Ergebnisse erzielt werden.
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Das Bohrwerkzeug kann aus einem normalen dreikegeligen wider zweikegeligen
Bohrwerkzeug bestehen, das für die zu durchdringende
Bodenformation
ausgestaltet und eingerichtet ist, wobei an dem einen Kegel längere Zähne vorgesehen
sind, oder es kann auch ein Bohrwerkzeug in normaler Ausführung verwendet werden,
wobei ein größerer Kegel eingebaut wird.
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Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In den beiliegenden
Zeichnungen ist die Fig.1 ein etwas schematisch gezeichneter Schnitt durch ein Bohrloch
mit dem in diesem arbeitenden Bohrwerkzeug, Fig.2 ein senkrechter Schnitt durch
eine erste Ausführungsform des Bohrwerkzeuges im Bohrloch, Fig.3 ein vergrößert
gezeichneter Schnitt nach der Linie 3-3 in der Fig.2, wobei eine Abweichung nach
links dargestellt ist, Fig.4 ein ausschnitt aus einer Seitenansicht, von der Linie
4-4 in der Fig02 aus gesehen, Fig.5 eine der Fig.2 ähnliche Darstellung, die eine
zweite Biusführungsform des Werkzeuges zeigt, Fig06 ein vergrößert gezeichneter
Schnitt nach der Linie 6-6 in der Figo5 wobei die Anordnung des übergroßen Kegels
in bezug auf die Nocke oder den Ansatz für eine Rechtsabweichung gezeigt wird, und
die Fig.7 eine der Fig.6 ähnliche Darstellung, die die Anordnung des übergroßen
Kegels für eine Linksabweichung zeigt.
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Beschreibung einer ersten usführungsform der Erfindung In der Fig.1
stellt der eingeklammerte Abschnitt S einen geraden Teil einer Bohrung dar, die
von der Erdoberfläche 15 aus schräg nach unten gebohrt ist, während der eingeklammerte
Abschnitt T das erfindungsgemäße Werkzeug in der Bohrung zu Beginn einer Ablenkung
zeigt. Der mit unterbrochenen Linien dargestellte untere Abschnitt D zeigt die schräg
verlaufende Ablenkungs- oder Abweichungsbahn, die bei der Benutzung des Werkzeuges
verfolgt werden sollo Das als Ganzes mit 20 bezeichnete Bohrwerkzeug ist mit dem
unteren
Ende eines Bohrgestänges 21 verbunden, das die herkömmliche Rotationseinrichtung
an der Erdoberfläche trägt. Diese nicht dargestellte Sinrichtung bewirkt den Rotationsantrieb
des Bohrgestänges und damit des Bohrwerkzeuges 20.
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Dieses Bohrwerkzeug weist einen Bohrkragen 22 mit einem Element in
Form eines Dorns 23 auf, der aus einem kräftigen Stahlrohr mit einem Gewinde 25
am oberen flnde besteht, mit dem eine Verbindung mit dem Bohrgestänge hergestellt
werden kann, und mit einem Innengewinde 26 am unteren Ende, in das der Schaft 27
eines Bohrwerkzeuges 28 eingeschraubt werden kann0 Der Dorn weist einen, mit einem
verkleinerten iuerschnitt versehenen Abschnitt 30 auf, der an einer ringförmigen
Schulter 31 beginnt, auf welchen Abschnitt eine Hülse 32 aufgeschoben werden kann.
Das obere Ende 33 der Hülse liegt an der Schulter 31 an, während das untere sunde
35 auf einer ringförmigen Leiste 36 am Schaft 27 ruht.
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Der Dorn 23 bildet zusammen mit der aufgeschobenen Hülse 32 den Bohrkragen
220 Am Bohrkragen ist zwischen dessen Enden eine Nocke oder Nase 38 befestigt, die
den Stabilisatoren gleichen kann, die normalerweise in gleichen Abständen um einen
Bohrkragen herum vorgesehen sind und den Kragen im Bohrloch eingemittet halten,
wenn gerade Bohrlöcher gebohrt werden. Anstelle aller solcher Stabilisatoren wird
jedoch nur ein Stabilisator oder eine Nocke vorgesehen, der (die) einem ganz anderen
Zweck dient und gänzlich anders wirkt, wie bereits ausgeführt.
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Bei der bevorzugten ersten Ausführungsform wird eine echte Nocke
verwendet, wie in der Fig.3 dargestellt, die an die Außenseite der Hülse 32 angeschweißt
ist. Die Anordnung der Nocke wird bestimmt in bezug auf die radiale oder winkelmäßige
Lage eines verbreiterten Kegels 40 am Bohrwerkzeug 28, wie später noch beschrieben
wird0 Dieses Bohrwerkzeug 28 mit drei Kegeln besteht allgemein aus der herkömmlichen
Ausführung mit einem Schaft 27, der eine ringförmige Leiste oder Schulter 30 ad
die Schenkel 41 aufweist.
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An diesen Schenkeln sind die von den Zähnen 48, 49 und 50 gebildeten
Kegel 40, 46 und 47 drehbar angebracht. Die Größe und die Anordnung der Zähne 49
und 50 entspricht der Anordnung bei einem normalen Dreikegel-Bohrwerkzeug. Deren
Außenender sind in einer kreisrunden ebene gelegen, die den ungefähren Umfang einer
Bohrung darstellt, die mit einem solchen Bohrwerkzeug gebohrt wird.
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Die für die erfindung wesentliche Abweichung von dieser herkömmlichen
Anordnung ist in der Verlängerung der Zähne 48 am Kegel 40 zu sehen. Sind die Zähne
an den Kegeln 46 und 47 beispielsweise zum Ausführen einer Bohrung mit einer Weite
von 24,45 cm bemessen, so sind die Zähne am Kegel 40 um ungefähr 6,35 mm verlängert,
wie aus der Fig.3 zu ersehen ist0 Die Verlängerung der Zähne kann bei der Herstellung
des Kegels durchgeführt werden, oder die Zähne eines 24,45 cm-Kegels können um 6,35
mm "aufgestockt" werden durch Zusetzen von Metall mittels eines dem Schweißen vergleichbaren
Verfahrens.
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Es ist vorgesehen, die Nocke in bezug auf den übergroßen Kegel zu
orientieren. Dies wird mit Hilfe von Nasen oder Ansätzen 52 erreicht, die an die
Schenkel 41 an deren Außenseite angeschweißt sind. Einer dieser Ansätze sitzt zwischen
zwei gewählten Anschlägen 53, die an das untere Ende der Hülse angeschweißt sind0
Die Nasen oder Ansätze können in Abständen von 900 - 1200ange ordnet werden und
desgleichen die Anschlagpaare. Die Anschlagpaare an der Hülse werden vorzugsweise
in einem Abstand von 90 - 1200 vom Scheitel der Nocke aus angeordnet.
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Bei dem Zusammenbau des Bohrwerkzeuges kann dieses auf einen Tisch
gelegt werden, während der Dorn über dem Werkzeug aufgehängt wird. Hiernach wird
die Hülse auf den Dorn aufgeschoben.
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Hierbei wird die Hülse so gedreht, dass gewählte schläge eine gewählte
Nase am Werkzeug umfassen. Danach wird der Dorn gedreht und mit dem Gewinde am Schaft
zu einer Einheit fest verschraubt.
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In der elementaren Ausführungsform brauchen nur zwei Paare von Anschlägen
und zwei Nasen vorgesehen zu werden, von denen die eine Nase für die Abweichung
nach links und die andere Nase für die Abweichung nach rechts benutzt wird. Das
Bohrgestänge dreht sich immer im Uhrzeigersinne, von oben her gesehen.
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Für eine Linksablenkung wird, wenn der Scheitel der Nocke eine 6-Uhr-Stellung
einnimmt, der übergroße Kegel vorzugsweise in einer ungefähr 9 Uhr entsprechenden
Stellung angeordnet, während bei einer Rechtsablenkung der übergroße ziegel in einer
ungefähr 3 Uhr entsprechenden Stellung angeordnet wird. Wenn gewünscht, können diese
gegenseitigen Abstände natürlich auch verändert werden0 Beschreibung einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung Die nachstehend beschriebene zweite Ausführungsform
ist der ersten Ausführungsform gleichwertig, kann jedoch müheloser aus einem normalen
Bohrwerkzeug hergestellt werden.
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Wie aus den Figuren 5, 6 und 7 zu ersehen ist, besteht der Bohrkragen
122 aus dem herkömmlichen einstückigen Rohr mit einem Gewinde 125 am oberen Ende
und mit einem Innengewinde 126 am unteren Ende, in das der Schaft 127 des Bohrwerkzeuges
128 eingeschraubt wird. Dieses Bohrwerkzeug besteht aus der herkömmlichen Ausführung
mit der Ausnahme, dass ein übergroßer Kegel 147 vorgesehen ist.
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Die Nocke 138 kann die Form eines Flügels oder eines "Stabilistators
aufweisen und am Bohrkragen angebracht sein. Dieser Flügel weist einen langgestreckten
Schuh 139 vorzugsweise aus Aluminium oder einem anderen, verhältnismäßig weichen
metall auf, der eine Kappe 140 aus hartem Stahl trägt. Diese Bauteile werden an
der Außenseite so gekrümmt ausgestaltet, dass die Anordnung mit der Außenseite des
Bohrkragens fluchtet. Diese Bauteile werden am Kragen mittels Senkkopfschrauben
141 befestigt, die in an den geeigneten Stellen vorgesehene Gewindebohrungen 142
eingeschraubt werden.
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A r b e i t s w e i s e Beide Ausführungsformen der Erfindung arbeiten
im wesentlichen in der gleichen Weise.
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Unter der Voraussetzung, dass das Bohrgestänge von oben hergesehen
sich im Uhrzeigersinne dreht,und in einem schräg verlaufenden Bohrloch arbeitet,
so gelangt die Nocke nach einer Drehung über einige Bogengrade mit der unteren Seite
des Bohrloches an
einer Stelle in Berührung gelangt, die allgemein
als 6-Uhr-Stelle bezeichnet werden soll. Hierbei wird die Achse des Bohrwerkzeuges
nach oben verschoben.
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Unter der Mitnahme, dass der übergroße oder radial versetzte Kegel
sich allgemein an einer 9Uhr entsprechenden Stelle während der Zeit befindet, in
der die Nocke sich an der 6-Uhr-Stelle befindet, so greift bei der Verschiebung
der Werkzeugachse nach oben der übergroße Kegel an der linken Seite des Bohrloches
an, während der oder die kleineren Kegel in der eigenen kreisrunden Ebene vorrücken.
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Bei fortgesetzter Drehung, wobei die Nocke selbst von der unteren
Seite aus nach oben wandert, sinkt das Werkzeug aufgrund der Eigenschwere ab und
damit dessen Achse, so dass der Hauptkegel ohne einen zusätzlichen radialen Druck
an den 12-Uhr-, 3-Uhr- und 6-Uhr-Stellen vorbeiwandert.
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Bei jeder Umdrehung setzt der übergroße Kegel seinen Angriff an der
linken Seite fort, wobei die Bohrung eine Neigung nach links erhält. Es kann auch
eine Tendenz für eine etwas senkrechte Abweichung bestehen.
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Für eine Neigung der Bohrunng nach rechts soll der 90 0-Abstand der
Nocke von dem übergroßen Kegel so angeordnet werden, dass der übergroße Kegel sich
ungefähr an der 3-Uhr-Stelle befindet, wenn die Nocke ungefähr an der 6-Uhr-Stelle
steht.
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ns kann eine Abweichung in einer senkrechten Kurve ohne seitliche
Abweichung dadurch bewirkt werden, dass die Nocke diametral entgegengesetzt zum
übergroßen Kegel angeordnet wird. Diese letztgenannte, wenn auch schwächere Wirkung
kann erzielt werden bei Verwendung einer Nocke zusammen mit einem herkömmlichen
Bohrwerkzeug ohne den übergroßen Kegel.
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Der Angriff des übergroßen Kegels erfolgt bei jeder Umdrehung des
Bohrwerkzeuges0 Erfolgt dies, wenn der Flügel sich über einen verhältnismäßig kleinen
Bogen an der unteren Seite dreht, im Vergleich zum Aufhören der Flügelwirkung beim
Durchwandern des verhältnismäßig großen Bogens an der oberen Seite, 8o ändert sich
die Richtung in der Bohrung allmählich. Hierbei wird die Bohrung
eines
Bohrloches nit einem allgemein ovalen Auerschnitt bezweckt, der den Vorschub des
Bohrwerkzeuges in einer Krümmung ermöglicht.
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Obwohl der primäre Zweck der 3'erfindung darin besteht, die Richtung
eines Bohrloches nach einem vorherbestimmten Plan zu ändern, so kann das erfindungsgemäße
Werkzeug auch, wenn erwünscht, zum Korrigieren einer unerwünschten Abweichung bei
einer schräg verlaufenden geraden Bohrung benutzt werden.
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Weitere andere Ausführungsformen der Erfindung Wie aus der vorstehenden
Beschreibung zu ersehen ist, wird zum Erzeugen einer Abweichung eine exzentrische
Umlaufbahn bei der Schneidwirkung benutzt. Diese Wirkung wird am besten erzielt
mittels eines überdimensionierten Kegels zusammen mit einer Nocke.
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Die gleiche Wirkung könnte auch erreicht werden durch Versetzen eines
herkömmlichen Bohrwerkzeuges zusammen mit der Nocke. Beispielsweise könnte die Achse
der Gewindekuplung zwischen dem Schaft des Bohrwerkzeuges und dem Bohrkragen schräg
angeordnet werden. Als eine weitere möglichkeit könnte das Innengewinde in bezug
auf die Achse des Kragens versetzt angeordnet werden.
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Ferner könnte zwischen dem Bohrwerkzeug und der Nocke eine Abbiegung
vorgesehen werden.
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An den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung könne
von Sachkundigen im Rahmen des Xrfindungsgedankens Änderungen, Abwandlungen und
Ersetzungen vorgenommen werden. Die Erfindung selbst wird daher nur durch die beiliegenden
Patentansprüche abgegrenzt.
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Patentansprüche