DE2452438C3

DE2452438C3 - System for drilling a horizontal borehole

Info

Publication number: DE2452438C3
Application number: DE19742452438
Authority: DE
Inventors: Hubert Douglas; Edmond Tibor Osvath; Ponca City OkIa. Dahl (V.StA.)
Original assignee: Continental Oil Co., Ponca City, OkIa. (V.StA.)
Priority date: 1973-11-30
Filing date: 1974-11-05
Publication date: 1977-05-12

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a system according to the Preamble of claim 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (US-PS 78 807) werden am Rand eines zuerst fertiggestellten Tunnels radioaktive Streifen angebracht, die von einer bei der Bohreinheit befindlichen Sendeantenne erzeugte radioaktive Strahlung zu einer neben der Sendeantenne angeordneten Empfangsantenne reflektieren sollen. Ein konstanter Abstand zwischen den Tunneln kann dadurch eingehalten werden, daß unter entsprechender Steuerung der Bohrcinheit die Größe der empfangenen Strahlung konstant gehalten wird.In a known device of this type (US-PS 78 807) are completed at the edge of a first Tunnels attached radioactive strips generated by a transmitting antenna located at the drilling unit to reflect radioactive radiation to a receiving antenna arranged next to the transmitting antenna. A constant distance between the tunnels can be maintained by taking appropriate Control of the drilling unit, the size of the received radiation is kept constant.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung zu schaffen, die für die Praxis besser geeignet ist als die bekannte Vorrichtung, und die den Achsabstand zwischen den beiden Bohrlöchern genauer einhält als bisher.The object of the invention is to provide a device which is more suitable for practice than that known device, and which adheres to the center distance between the two boreholes more precisely than until now.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Anlage.The invention solves this problem by the system characterized in claim 1.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß aus dem stets gleichbleibenden Längsabstand zwischen der Signalerzeugungseinrichtung und der Empfangseinrichtung und der ermittelten Winkelrichtung von der Empfangseinrichtung zur Signalerzeugungseinrichtung der Achsabstand der Bohrlöcher nach einer einfachen trigonometrischen Funktion berechnet werden kann. Noch genauer arbeitet die Anlage dann, wenn die mit zwei getrennten Richtantennen ermittelten Winkelrichtungen miteinander verglichen werden.The invention has the advantage that from the always constant longitudinal distance between the signal generating device and the receiving device and the determined angular direction from the receiving device for the signal generating device the center distance of the drill holes according to a simple trigonometric Function can be calculated. The system works even more precisely when the two separate directional antennas determined angular directions are compared with each other.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigtA preferred embodiment of the invention is explained with reference to the drawing. It shows

F i g. 1 einen Schnitt durch zwei horizontale Bohrlöcher mit der Signalerzeugungseinrichtung bzw. der Bohreinheit;F i g. 1 shows a section through two horizontal boreholes with the signal generating device or the Drilling unit;

F i g. 2 eine Schrägansicht der Signalerzeugungseinrichtung, undF i g. 2 shows an oblique view of the signal generating device, and

F i g. 3 eine Schrägansicht der Bohrlöcher, die zeigt, wie die Tiefe der Signalerzeugungseinrichtung im Bohrloch bezüglich der Bohreinheit gesteuert wird.F i g. 3 is an oblique view of the boreholes showing how the depth of the signal generating device in FIG Borehole is controlled with respect to the drilling unit.

Gemäß F i g. 1 enthält eine Bodenformation 10 ein horizontales Bohrloch 11 und ein horizontales Bohrloch 12, das von einer Bohreinheit 13 gebohrt wird. Eine Signalerzeugungseinrichtung 14 enthält ein« Antenne 15, die zum Ausstrahlen eines HF-Signali verwendet wird. An de-- Signalerzeugungseinrichtung 14 ist ein Steuerseil 16 befestigt. Die Bohreinheit 13 enthält einen sich drehenden Bohrmeißel 8, eine Ablenkeinheit 9, einen Bohrmotor 17, der mechanisch über eine Welle 18 an den Bohrmeißel 8 angeschlossen ist, und eine Instrumentenpackung 19, die eine Rahmenantenne als Richtantenne 20 enthält. Ein Antriebsmechanismus 21 ist an die Bohreinheit angeschlossen und enthält eine Vielzahl von Druckfüßen 22. Ein zweiter Teil 23 des Antriebsmechanismus weist gleichfalls eine Vielzahl von Druckfüßen 24 auf. Der Teil 23 ist über eine Welle 25 an den ersten Teil bzw. lie lnstrumentenpackung 19 angeschlossen.According to FIG. 1, a soil formation 10 includes a horizontal borehole 11 and a horizontal borehole 12, which is drilled by a drilling unit 13. A signal generating device 14 contains an antenna 15 used for broadcasting an RF signali will. A control cable 16 is attached to the signal generating device 14. The drilling unit 13 includes a rotating drill bit 8, a deflection unit 9, a drilling motor 17, which is mechanically operated via a shaft 18 is connected to the drill bit 8, and an instrument package 19 which has a loop antenna as Directional antenna 20 includes. A drive mechanism 21 is connected to the drilling unit and includes a A plurality of pressure feet 22. A second part 23 of the drive mechanism also has a plurality of Pressure feet 24 on. The part 23 is attached to the first part or the instrument package 19 via a shaft 25 connected.

Ein zweites Gehäuse 26 mit einer zweiten Rahmenantenne bzw. Richtantenne 27 kann an dem zweiten Teil 23 befestigt werden. Ein Seil 16Λ ist .im Gehäuse 26 befestigt.A second housing 26 with a second loop antenna or directional antenna 27 can be attached to the second part 23 are attached. A rope 16Λ is in the housing 26 attached.

Gemäß F i g. 2 ist die Antenne der Signalerzeugungseinrichtung 14 vor dem Gehäuse angebracht. Entlang der Seite des Gehäuses ist eine Vielzahl von Antriebsrädern 30 angeordnet. Diese Antriebsräder 30 sind antriebsmäßig mit einem nicht dargestellten Motor gekuppelt, der seinerseits von einer Energiequelle 31 gespeist wird, die z. B. eine Batterie sein kann. Die Energiequelle 31 ist über Drähte 32 und 33 an einen Druckschalter 34 angeschlossen, der von einer Feder 35 mechanisch in Schließstellung gehalten wird. Das Seil 16 ist so an den Schalter 34 angeschlossen, daß dieser geöffnet wird, wenn die Signalerzeugungseinrichtung 14 sich über die Länge des Seils 16 hinaus vorwärts bewegt. Die Energiequelle 31 hält jedoch jederzeit die Energieversorgung des an die Antenne 15 angeschlossenen Signalversorgungssystems aufrecht.According to FIG. 2, the antenna of the signal generating device 14 is attached in front of the housing. Along the side of the case is a variety of Drive wheels 30 arranged. These drive wheels 30 are drivingly with a motor, not shown coupled, which in turn is fed by an energy source 31 which, for. B. can be a battery. the Energy source 31 is connected via wires 32 and 33 to a pressure switch 34, which is controlled by a spring 35 is held mechanically in the closed position. The rope 16 is connected to the switch 34 that this is opened when the signal generating device 14 moves forward over the length of the rope 16. The energy source 31, however, maintains the energy supply to the one connected to the antenna 15 at all times Signal supply system upright.

Das Seilsteuersystem ist in F i g. 3 gezeigt und enthält im wesentlichen eine Trommel 40, die über eine biegsame Antriebswelle 41 an einen Antriebsmotor 42 angeschlossen ist, und eine Trommei 43, die über eine biegsame Antriebswelle 44 ebenfalls an den Motor 42 angeschlossen ist. Eine Rutschkupplung 45 verbindet die biegsame Antriebswelle 41 mit der Trommel 40. Ein Seilzumeßsystem enthält eine Rolle 50, die über eine biegsame Welle 51 mit einer zweiten Rolle 52 verbunden ist. Eine Druckro.le 53 hält einen festen Druck gegen das Seil 164 und die Rolle 52 aufrecht. InThe rope control system is shown in FIG. 3 and essentially includes a drum 40 which is over a flexible drive shaft 41 is connected to a drive motor 42, and a drum 43, which has a flexible drive shaft 44 is also connected to the motor 42. A slip clutch 45 connects the flexible drive shaft 41 with the drum 40. A rope metering system includes a pulley 50 which has a flexible shaft 51 is connected to a second roller 52. A pressure roller 53 holds a firm one Pressure against rope 164 and pulley 52 is maintained. In

ahnlicher Weise halt eine zweite Druckrolle 54 einen festen Druck gegen das Seil 16 und die Rolle 50 aufrechtSimilarly, a second pressure roller 54 holds one firm pressure against the rope 16 and the roller 50 upright

Der Betrieb der vorliegenden Vorrichtung ergibt sich insbesondere aus Fig.1. Die Bohreinheit 13 arbeitet sich in die Bodenformation 10, wobei das Seil 16/4 von der Bohreinheit gezogen wird. Wenn das Seil gezogen wird, dreht sich die Rolle 52: Jede Drehung der Rolle 52 wird über die biegsame Welle 51 auf die Rolle 50 übertragen, die sich ebenfalls dreht und ein Nachlassen der Spannung des Seils 16 bewirkt. Wenn das Seil 16 in seiner Spannung nachläßt schließt der Schalter 34 und überträgt Strom von der Energiequelle 31 zu dem Antriebsmotor der Räder 30. Die Signalerzeugungseinrichtung 14 foSgt dann der Bewegung der Bohreinheit 1.1. Hierbei ist die gemäß Fig. 1 definierte Strecke ώ bekannt. Wenn das Signal von der Antenne 15 übertragen wird, setzt die in der Instrumentenpackung der Bohreinheit enthaltene Richtantenne 20 die Suche nach der ihrem Nullwinkel Φι entsprechenden Winkelrichtung zwischen der Bohreinheit und der Antenne 15 fort. Wenn Φι und cfc bestimmt sind, kann der Abstand d\ der Bohreinheit von der Signalerzeugungseinrichtung bestimmt werden. Da der Tangens von Φι gleich ώ/di ist. kann eine derartige Information leicht berechnet werden, und je nach Bedarf kann der Bohrvorgang so korrigiert werden, daß ein konstanter Abstund zwischen den Bohrlöchern 11 und 12 aufrechterhalten wird.The operation of the present device can be seen in particular from FIG. The drilling unit 13 works its way into the soil formation 10, the rope 16/4 being pulled by the drilling unit. When the rope is pulled, the pulley 52 rotates: any rotation of the pulley 52 is transmitted via the flexible shaft 51 to the pulley 50, which also rotates and causes the tension on the rope 16 to be released. When the tension on the rope 16 slackens, the switch 34 closes and transmits current from the energy source 31 to the drive motor of the wheels 30. The signal generating device 14 then follows the movement of the drilling unit 1.1. Here, the distance ώ defined according to FIG. 1 is known. When the signal is transmitted by the antenna 15, the directional antenna 20 contained in the instrument package of the drilling unit continues the search for the angular direction between the drilling unit and the antenna 15 corresponding to its zero angle Φι. If Φι and cfc are determined, the distance d \ between the drilling unit and the signal generating device can be determined. Since the tangent of Φι is equal to ώ / di . such information can be easily calculated, and the drilling operation can be corrected as necessary so that a constant distance between the boreholes 11 and 12 is maintained.

Zu dem Steuersystem zur Einhaltung eines gewünschten Abstandes gehört auch die Ablenkeinheit 9, die um die Achse der Bohreinheit 13 um 360° gedreht werden kann. Wenn der Bohrmeißel 8 seine Richtung ändern mu3. dreht die Rollsteuerung die Ablenkeinheit 9 in der gewünschten Richtung. Die Ablenkeinheit wird dann gegen die Bohrlochwand gedruckt und bewirkt ihrerseits einen Druck in der gewünschten Richtung auf den Bohrmeißel. Das Seil 16/4 ist an den einen Teil des Antriebsmechanismus 21 bzw. der Vortriebseinheil angeschlossen. Da der Teil 23 der Vortriebseinheit über eine Stange unmittelbar an die Instrumentenpackung 19 angeschlossen ist bewegt sich das Seil jedesmal, wenn sich die Instrumentenpackung bewegt wodurch immerThe control system for maintaining a desired distance also includes the deflection unit 9, which is around the axis of the drilling unit 13 can be rotated 360 °. When the drill bit 8 change direction mu3. the scroll control rotates the deflection unit 9 in the desired direction. The deflection unit will then printed against the borehole wall and in turn causes a pressure in the desired direction the drill bit. The rope 16/4 is attached to one part of the Drive mechanism 21 or the propulsion unit connected. Since the part 23 of the propulsion unit over a rod is connected directly to the instrument package 19, the rope moves each time the instrument pack always moves

ίο ein bekannter Abstand zwischen dem Ende des Seils 16Λ und dem Seil 16 aufrechterhalten wird.ίο a known distance between the end of the rope 16Λ and the rope 16 is maintained.

Die Bohrvorrichtung kann also da/u veranlaßt werden, im wesentlichen parallel zum vorher gebohrten Bohrloch 11 zu bohren, vor allem wenn der NuIKv inkel Φ2 der zweiten Rahmenantenne 27 mit dem NuIUv inkel Φι der ersten Rahmenantenne 20 verglichen wird. Beide Antennen können in ihrer Lage so festgelegt werden. daß Φι und Φι ein paralleles Bohrloch in einem vorgegebenen Abstand ώ ergeben. Die Bohrerbetinigungseinrichtung wird dann den Bohrer so halten, daß die Nullbedingungen eingehalten werden.The drilling device can therefore be made to drill essentially parallel to the previously drilled borehole 11, especially when the NuIKv angle Φ2 of the second loop antenna 27 is compared with the NuIUv angle Φι of the first loop antenna 20. Both antennas can be determined in their position. that Φι and Φι result in a parallel borehole at a predetermined distance ώ . The drill rig will then hold the drill so that the zero conditions are met.

Selbstverständlich können zum Kuppeln der Rolle 52 an die Rolle 50 andere Systeme in der Weise verw endet werden, daß die gleiche Seillänge in beide Bohrlöcher abgegeben wird. Zum Beispiel kann ein elektrisches servogesteuertes System das abgegebene Seil 16 4 messen und eine elektrische Information auf die Rolle 50 übertragen. Diese Rolle 50 kann dann mit einem einfachen Schaltungssystem so betrieben werden, daß sie die gleiche Länge des Seils 56 abgibt. Die Signalerzeugungseinrichtung 14 kann ferner im Bohrloch vor oder hinter der Antenne 20 vorwärts bewegt werden.Of course, other systems can be used in the manner for coupling the roller 52 to the roller 50 be that the same rope length in both holes is delivered. For example, an electrical servo-controlled system can supply the dispensed rope 164 measure and transmit electrical information to the roller 50. This role 50 can then with a simple circuit system are operated so that they deliver the same length of rope 56. the Signal generating device 14 can also be moved forward in the borehole in front of or behind antenna 20 will.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

'f patent claims:

1. Plant for drilling a second horizontal borehole essentially parallel to a previously completed borehole, with a signal generating device inserted into the completed borehole, a drilling unit that can be advanced in the second borehole and a signal receiving device located at the drilling unit, characterized in that the signal generating device ( 14) is movably arranged in the completed borehole (11) at a certain longitudinal distance with respect to a directional antenna (20, 27) mounted on the drilling unit (13), and that a device is used to determine the axial spacing between the two boreholes (11, 12) is provided. which determines the angle (Φι, Φι) that the direction from the directional antenna (20, 27) to the signal generating device (14) forms with the axis of the second borehole (12)

2. Plant according to claim!, Characterized in that that in the second borehole (12) a second directional antenna (27) at a certain longitudinal distance is provided by the first directional antenna (20).

3. Plant according to claim 1 or 2, characterized in that to maintain the longitudinal distance two cable drums between the signal generating device (14) and the directional antenna (20, 27) (40,43) are provided, the ropes (16,16a) with the signal generating device (14) or with the Drilling unit (13) are connected, and that the length of the one drum (40) running rope (16), which is connected to the signal generating device (14), depending on the sequence of the other rope (16a) is controllable.

4. Plant according to claim 3, characterized in that a housing of the signal generating device (14) for their movement in the completed borehole (11) with a drive device (30) is provided, which is controlled by a pressure-sensitive switch (34) connected to the one rope (16) can be switched on and off.

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