DE2452439A1

DE2452439A1 - Ablenkvorrichtung fuer eine bohranordnung

Info

Publication number: DE2452439A1
Application number: DE19742452439
Authority: DE
Inventors: Hilbert Douglas Dahl; Tibor Osvath Edmond; Gordon Robert Haworth; City Okla Ponca
Original assignee: Continental Oil Co
Current assignee: ConocoPhillips Co
Priority date: 1974-11-05
Filing date: 1974-11-05
Publication date: 1976-05-06
Also published as: DE2452439B2

Description

Ablenkvorrichtung für eine Bohranordnung Beim Bohren eines senkrechten oder waagerechten Bohrlochs, kann es nötig werden, die Richtung des Bohrers abzulenken. Im Fall eines senkrechten Bohrlochs wird die Ablenkung im allgemeinen durch mechanische Mittel, etwa einen Richtkeil, bewerkstelligt.
Derartige Vorrichtungen sind nur dann annehmbar, wenn zum Bohren des Lochs nur wenige Ablenkungen erforderlich sind. Wenn jedoch der Bohrer dauernd geführt werden muß, wird die Verwendung eines mechanischen Ablenkers, etwa eines Richtkeils, unwirtschaftlich, da der Bohrer und seine zugehörige Ausrüstung jedesmal aus dem bohrloch entfernt werden müssen, wenn der Richtkeil eingesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bohren eines waagerechten Bohrlochs, bei dem die Bohrachse vor der Fertigstellung des Bohrlochs sehr oft geändert werden kann. In der US Patentanmeldung No. 246 297 vom 21. April 1972 ist ein System zum bestinslen der Lage einer Bohranoranung bezüglich der Ober- und der Unterseite eines Kohlenflözes beschrieben. Es ist eine Einrichtung vorgesehen zum Führen des Bohrers durch Ablenken von dessen Achse, so daß die Anordnung immer einen vorgegebenen Abstand von der Ober- oder der Unterseite des Flözes einhält. Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Ablenken der Achse einer Bohranordnung durch 3600 D d.h , die Anordnung kann nicht nur auf- oder abwärts , sondern auch in jeder anderen Richtung abgelenkt werden0 Die das obige System betreffenden Patente fallen in zwei Kategorien. Die erste Kategorie sind diejenigen Patente, die eine Ablenkung in einer einzigen Ebene gestatten und die Ablenkung durch irgendeinen mechanischen Kolben Arm oder derglO bewerkstellagen Beispiel dieser Art ist die US PS 3 326 008. Die zweite Kategorie von Patenten betrifft Vorrichtungen zum Ändern der Richtung des Bohrers durch 360°. Diese Erfindungen bewerkstelligen die Änderung im allgemeinen durch die Bewegung von Kolben und dergl., die die Bohrlochwand berühren. Der Kolbenhub der Kolben bestimmt die Richtung0 die der Bohrer einnimmt. Beispiele hierfür sind die US PS 3 141 512, 3 677 354 und 3 593 810. In die zweite Kategorie fallen auch die meisten großen Tunnelbaumaschinen die einstellbare Träger zum Orientieren der Achse des Bohrkopfs der Maschinen gegenüber der Achse des vorher gebohrten Tunnels haben. Die vorliegende Anmeldung gibt ein Verfahren zum Vorsehen einer 36O0-Steuerung der Bohrachse mit einem minimalen Steuersystem an, das in hohem Maße die Vorrichtungen gegenüber den in den bisherigen Patentschriften offenbarten Vorrichtungen vereinfacht.
Kurz zusammengefaßt, weist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Ablenken der Achse einer Bohreranordnung ein Gehäuse und eine innerhalb dieses Gehäuses gelegene zentrale Stange auf, Die Stange weist verteilte Flächen auf, die in die Außenfläche der Stange als Konturen geformt sind. Eine Einrichtung ist zum nachgiebigen Befestigen eines Endes der Stange am äußeren Gehäuse vorgesehen. Eine Eingriffseinrichtung ist starr an der Innenseite des äußeren Gehäuses angebracht und steht in Gleitberührung mit den mit Konturen versehenen verteilten Flächen. Es ist auch eine Einrichtung vorgesehen zum Bewegen der Stange entlang der Längserstreckung ihrer Achse, so daß die Veränderungen der Konturen eine Veränderung in der Ausfluchtung des äußeren Gehäuses gegenüber der Achse der Stange bewirken.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt: Fig. 1, 2 und 3 eine vollständige Bohranlage. Fig. 1 zeigt ein Schubsystem zum Drücken einer waagerechten Bohranordnung in die Formation. Fig. 2 zeigt diesen Teil der Bohranordnung, der die Richtungssteuerung des Bohrers bewirkt. Fig. 3 zeigt den Motor und den Bohrkopf für die Anordnung; Fig. 4 eine detaillierte Darstellung der Richtungssteuerungsvorrichtung; Fig. 5 eine Schrägansicht der bevorzugten Ausführungsform der Steuerfläche; Fig. 6 einen Querschnitt entlang den Linien 6-6 von Fig. 4; Fig. 7 eine Schrägansicht einer zweiten Ausführungsform der in Fig. 5 dargestellten Steuerfläche; Fig. 8 eine zweidimensionale Ausführung der Steuerfläche; Fig. 9 einen Querschnitteil von Fig. 4 eine abgeänderte Anbringung der mit Konturen versehenen Flächen.
Insbesondere Fig. 1 bis 3 zeigen eine waagerechte Schubeinheit mit einem ersten Teil 10 und einem zweiten Teil 11, die mittels flydraulikkolbenstangen 12 und 13 verbunden sind. Die verbindende hohle Stange 13 ist axial und starr mit einer Richtungssteuervorrichtung 14 verbunden. Eine Bohrvorrichtung ist starr an eine Positionsfühleinrichtung 17 angeschlossen und weist an ihrem Ende einen Bohrer 16 auf.
Die den ersten Teil 10 und den zweiten Teil 11 enthaltende Schubeinheit weist eine Einrichtung zum Ausüben von Druck auf den Bohrer 16 auf. Die Schubeinheit weist eine Vielzahl von Druckblöcken 20 aln ersten Teil 10 und von Druckblöcken 21 am zweiten Teil 11 auf. Die Einheit 11 enthält innen einen nicht dargestellten llydraulikkolben, der an die Stange 13 angeschlossen ist. Eine Vielzahl von ähnlichen tiydraulikkolben ist auch an jeden der Blöcke 20 und 21 angeschlossen. Die Bohranordnung 15 weist einen elektrischen Motor 22 und eine Ausgangswelle 23 auf, die mitezlel Bollrwelle 24 gekuppelt ist. Eine Schlammquelle 25 ist angeschlossen über ein Rohr 26 und über eine Öffnung 27 in den Schubeinheiten 10 und 11, über eine Öffnung 28 in der Ablenkeinheit 14 und über eine zu Auslaßbohrungen 30 führende öffnung 29. Der Schlamm strömt aus den Auslaßbohrungen 30 aus und bewegt sich zwischen dem Motor 22 und einem Gehäuse 31 zu einer Öffnung 32 in der Bohrerwelle. Der Schlamm wird durch Öffnungen am Ende des nicht dargestellten Bohrers hinausgedrückt.
Schubeinheit Die Schubeinheit, die die Einheiten 10 und 11, die Blöcke 20 und 21 sowie die Kolbenstange 13 enthält, weist Einlaßrohre 35 und Auslaßrohre 36 für die Schubsteuerung auf. Diese Rohre sind an ein Schubsteuersystem 37 angeschlossen. Die Einheit arbeitet in der folgenden Weise: Die Einlaßrohre 35 werden mit hydraulischem Druck beaufschlagt, der auf den in der Einheit 11 enthaltenen Kolben wirkt, wobei der Kolben an der Stange 13 befestigt ist. Gleichzeitig werden die Blöcke 21 gegen die Seite des Bohrlochs nach außen gedrückt.
Die Hydraulikflüssigkeit vermehrt dann ihren Druck gegen den in der Einheit 11 gelegenen Kolben, der die Stange 13 durch die Einheit in einer Richtung bewegt, die eine Antriebskraft auf den Bohrmeißel 16 ausübt. Wenn sich die Stange 13 um ihre maximale Strecke bewegt hat, wird der Druck von den Einlaßrohren 35 entfernt und auf die zweiten Einlaßrohre 35 ausgeübt. Der Druck in den zweiten Rohren 35 bewirkt ein Auswärtsbewegen der Blöcke 20 und ein Berühren der Wand, wodurch die Einheit 10 starr festgelegt wird. Der Druck wird dann gleichzeitig auf die andere Seite des in der Einheit 11 gelegenen Kolbens ausgeübt. Die Blöcke 21 befinden sich im zurückgezogenen Zustand und bewirken, daß sich die Einheit 11 zurück in ihre Ausgangsstellung bewegt, so daß sie erneut einen Druck auf die hohle Stange 13 ausüben kann.
Positionsfühlvorrichtung Die Positionsfühlvorrichtung 17 ist am Gehäuse der Richtungssteuervorrichtung 14 befestigt dargestellt. Ein besonderer Ort für die Anordnung der Positionsfühlvorrichtung ist nicht unbedingt erforderlich. Sie kann vor oder nach der Richtungssteuervorrichtung angeordnet werden. Die Positionsfühlvorrichtung 17 enthält einen waagerechten Sensor 40, einen senkrechten Sensor 41 und einen Rollsensor 42 zusammen mit den erforderlichen Steuergliedern 43 und 44. Die in der Positionsfühlvorrichtung verwendete Ausrüstung ist allgemein bekannt und wird nicht weiter beschrieben.
Der senkrechte Sensor kann jedoch eine radioaktive Quelle sein, die die Lage der Bohranordnung im Kohlenflöz anzeigen kann. Die verwendete Ausführungsform verwendet einen senkrechten Sensor, der die durch oberhalb und unterhalb des Kohlenflözes gelegenen radioaktiven Schiefer bewirkte Sekundärstrahlung anzeigt. Geeignete elektrische Kabel 45 verbinden die Positionsfühlvorrichtung mit einer Meßgeräteablesetafel 46.
Bohrvorrichtung Die Bohrvorrichtung 15 enthält bei der dargestellten Ausführungsform einen elektrischen Motor 22, der über eine Welle 23 mit dem Schaft 24 des Bohrmeißels 16 verbunden ist. Der elektrische Motor wird von zu einer Motorenergiequelle 48 führenden geeigneten elektrischen Kabeln 47 gespeist.
Richtungssteuervorrichtung Die Richtungssteuervorrichtung ist im einzelnen in Fig. 4 dargestellt und enthält im wesentlichen einen inneren hohlen Dorn, der an einen konischen Dorn 51 angeschlossen ist, der seinerseits zur Befestigung der Richtungssteuervorrichtung an der vorhergehenden Einheit verwendet wird, die bei der oben angegebenen Ausführungsform die Schubeinheit ist. Ein äußerer rohrförmiger Zylinder 52 ist am konischen Dorn 51 durch irgendeine geeignete Einrichtung befestigt, etwa durch Gewinde oder Bolzen. Zwischen dem rohrförmigen Zylinder 52 und dem hohlen Dorn 50 befindet sich ein hohler Kolben 53 mit einer Vielzahl von i.l seinem Außenumfang ausgebildeten mit Konturen versehenen Flächen 54. Die Richtungssteuervorrichtung wird von einem äußeren Gehäuse 55 eingeschlossen, das an einem Ende nachgiebig am rohrförmigen Zylinder 52 mittels Schrauben 56 befestigt ist, die durch vergrößerte Öffnungen 57 hindurchführen und mittels biegsamer Scheiben 58 befestigt sind. Zwischen dem Gehäuse 55 und dem rohrförmigen Kolben 53 ist eine Eingriffseinrichtung 60 angebracht. Die Eingriffseinrichtung 60 enthält im wesentlichen einen Ring 61, der mittels einer Schraube 62 am Gehäuse 55 befestigt ist. Eine Vielzahl von Rollen 63 (eine für jede mit einer Kontur versehene Fläche 54) ist mit einer Welle 54 im Ring 61 gelagert. Eine Vor-.
spannfeder 70 ist angeordnet zwischen einem Endflansch 71, der am Ende des Flanschs 50 befestigt ist, und einem ilfsflansch 72, der das Ende des rohrförmigen Kolbens 53 berührt und frei über die Außenfläche des Dorns 50 gleiten kann. Das Ende des rohrförmigen Gehäuses 55 wird von einer Endplatte 75 abgedichtet.
Ein rohförmiger Teil 76 ist axial an der Endplatte 75 befestigt und weist eine Verlängerung 77 auf. Der Flansch 71 weist ebenfalls eine Verlängerung 78 auf. Ein biegsames Gummirohr 79 dichtet die Verlängerung 78 gegenüber der Verlängerung 77 ab und wird durch Bänder 70 bzw. 81 gehalten. Der rohrförmige Kolben 53 weist eine Vielzahl von äußeren Dichtungen 82 und inneren Dichtungen 83 auf. bin hydraulisches Einlaßrohr 90 ist mittels einer V-Nut 91 im rohförmigen Zylinder 52 an eine zum Ende des rohrförmigen Kolbens 53 führende Leitung 92 angeschlossen.
Es ist darauf hinzuweisen, daß sich der Außendurchmesser des rohrförmigen Zylinders 52 von dessen Befestigung zu dessen Ende 93 verjüngt und ein Spiel für eine Bewegung des Gehäuses 55 durch 3600 ohne Berührung des Außendurchmessers des rohrförmigen Zylinders 52 und eine Bewegung der Achse um etwa 0,8 vorsieht.
Die mit Konturen versehenen Flächen 54 bei der bevorzugten Ausführungsform sind an drei Stellen um den Umfang des Kolbens 53 herum ausgebildet. Die Flächen sind so ausgelegt, daß bis zu einer Drehung um 3600 eine axiale Bewegung entlang dem Dorn 50 eine Ablenkung des äußeren Gehäuses aus einer axial ausgefluchteten Lage kontinuierlich bewirkt. Die bevorzugte Ausführungsform bewerkstelligt das obige durch Erzeugung von flachen Flächen, die das mathematische Äquivalent einer Schraubenlinie sind.
Die Tabellen 1 bis 6 (Maßangaben in Zoll) geben, gemessen über die Länge des Dorns von der Stelle 95 bis zur Stelle 96, die mathematische Abwicklung jeder Fläche an.
TABELLE 1 Fläche A Fläche B Fläche C X Y X Y X Y 0.000 1.375 0.000 1.562 0.000 1.375 .025 1.370 .025 1.561 .025 1.380 .050 1.366 .050 1.561 .050 1.385 .075 1.361 .0@5 1.560 .075 1.390 .100 1.357 .100 1.560 .100 1.395 .125 1.353 .125 1.559 .125 1.400 .150 1.349 .150 1.557 .150 1.405 .175 1.345 .175 1.556 .175 1.410 .200 1.342 .200 1.554 .200 1.416 .225 1.333 .225 1.552 .225 1.421 .250 1.335 .250 1.550 .250 1.427 .275 1.332 .275 1.547 .275 1.432 .300 1.329 .300 1.545 .300 1.437 .325 1.327 .325 1.542 .325 1.442 .350 1.324 .350 1.539 .350 1.447 .375 1.322 .375 1.536 .375 1.453 .400 1.320 .400 1.532 .400 1.458 .425 1.318 .425 1.529 .425 1.464 450 1.317 .450 1.525 .450 1.469 475 1.315 .475 1.521 .475 1.474 500 1.314 .500 1.517 .500 1.479 525 1.314 .525 1.513 .525 1.484 550 1.313 .550 1.508 .550 1.489 575 1.313 .575 1.504 .575 1.494 600 1.312 .600 1.499 .600 1.499 625 1.313 .625 1.494 .625 1.504 650 1.313 .650 1.489 .650 1.508 675 1.314 .675 1.484 .675 1.513 700 1.314 .700 1.479 .700 1.517 725 1.315 .725 1.474 .725 1.521 750 1.317 .750 1.469 .750 1.525 775 1.318 .775 1.464 .775 1.529 300 1.320 .800 1.458 .800 1.532 325 1.322 .825 1.453 .825 1.536 350 1.324 .850 1.447 .850 1.539 375 1.327 .875 1.442 .875 1.542 TABELLE 2 Fläche A Fläche B Fläche C X Y X Y X Y 0.900 1.329 0.900 1.437 0,900 1.545 .925 1.332 .925 1.432 .925 1.547 .950 1.335 .950 1.427 .950 1.550 .975 1.338 .975 1.421 .975 1.552 1.000 1.342 1.000 1.416 1.000 1.554 1.025 1.345 1.025 1.410 1.025 1.556 1.050 1.349 1.050 1.405 1.050 1.557 1.075 1.353 1.075 1.400 1.075 1.559 1.100 1.357 1.100 1.395 1.100 1.560 1.125 1.361 1.125 1.390 1.125 1.560 1.150 1.366 1.150 1.385 1.150 1.561 1.175 1.370 1.175 1.380 1.175 1.561 1.200 1.375 1.200 1.375 1.200 1.562 1.225 1.380 1.225 1.370 1.225 1.561 1.250 1.385 1.250 1.366 1.250 1.561 1.275 1.390 1.275 1.361 1.275 1.560 1.300 1.395 1.300 1.357 1.300 1.560 1.325 1.400 1.325 1.353 1.325 1.559 1.350 1.405 1.350 1.349 1.350 1.557 1.375 1.410 1.375 1.345 1.375 1.556 1.400 1.416 1.400 1.342 1.400 1.554 1.425 1.421 1.425 1.338 1.425 1.552 1.450 1.427 1.450 1.335 1.450 1.550 1.475 1.432 1.475 1.332 1.475 1.547 1.500 1.437 1.500 1.329 1.500 1.545 1.525 1.442 1.525 1.327 1.525 1.542 1.550 1.447 1.550 1.324 1.550 1.539 1.575 1.453 1.575 1.322 1.575 1.536 1.600 1.458 1.600 1.320 1.600 1.532 1.625 1.464 1.625 1.318 1.625 1.529 1.650 1.469 1.650 1.317 1.650 1.525 1.675 1.474 1.675 1.315 1.675 1.521 1.700 1.479 1.700 1.314 1.700 1.517 1.725 1.484 1.725 1.314 1.725 1.513 1.750 1.489 1.750 1.313 1.750 1.508 1.775 1.494 1.775 1.313 1.775 1.504 TABELLE 3 Fläche A Fläche B Fläche C X Y X Y X Y 1.800 1.499 1.800 1.312 1.800 1.499 1.825 1.504 1.825 1.313 1.825 1.494 1.850 1.508 1.850 1.313 1.850 1.489 1.875 1.513 1.875 1.314 1.575 1.484 1.900 1.517 1.900 1.314 1.900 1.479 1.925 1.521 1.925 1.315 1.925 1.474 1.950 1.525 1.950 1.317 1.950 1.469 1.975 1.529 1.975 1.318 1.975 1.464 2.000 1.532 2.000 1.320 2.000 1.458 2.025 1.536 2.025 1.322 2.025 1.453 2.050 1.539 2.050 1.324 2.050 1.447 2.075 1.542 2.075 1.327 2.075 1.442 2.100 1.545 2.100 1.329 2.100 1.437 2.125 1.547 2.125 1.332 2.125 1.432 2.150 1.550 2.150 1.335 2.150 1.427 2.175 1.552 2.175 1.338 2.175 1.421 2.200 1.554 2.200 1.342 2.200 1.416 2.225 1.556 2.225 1.345 2.225 1.410 2.250 1.557 2.250 1.349 2.250 1.405 2.275 1.559 2.275 1.353 2.275 1.400 2.300 1.560 2.300 1.357 2.300 1.395 2.325 1.560 2.325 1.361 2.325 1.390 2.350 1.561 2.350 1.366 2.350 1.385 2.375 1.561 2.375 1.370 2.375 1.380 2.400 1.562 2.400 1.375 2.400 1.375 2.425 1.561 2.425 1.380 2.425 1.370 2.450 1.561 2.450 1.385 2.450 1.366 2.475 1.560 2.475 1.390 2.475 1.361 2.500 1.560 2.500 1.395 2.500 1.357 2.525 1.559 2.525 1.400 2.525 1.353 2.550 1.557 2.550 1.405 2.550 1.349 2.575 1.556 2.575 1.410 2.575 1.345 2.600 1.554 2.600 1.416 2.600 1.342 2.625 1.552 2.625 1.421 2.625 1.338 2.650 1.550 2.650 1.427 2.650 1.335 2.675 1.547 2.675 1.437 2.675 1.332 TABELLE 4 Fläche A Fläche B Fläche B X Y X Y X Y 2.700 1.545 2.700 1.437 2.700 1.329 2.725 1.542 2.725 1.442 2.725 1.327 2.750 1.539 2.750 1.447 2.750 1.324 2.775 1.536 2.775 1.453 2.775 1.322 2.800 1.532 2.800 1.458 2.800 1.320 2.825 1.529 2.825 1.464 2.825 1.318 2.850 1.525 2.850 1.469 2.850 1.317 2.875 1.521 2.875 1.474 2.875 1.315 2.900 1.517 2.900 1.479 2.900 1.314 2.925 1.513 2.925 1.484 2.925 1.314 2.950 1.508 2.950 1.489 2.950 1.313 2.975 1.504 2.975 1.494 2.975 1.313 3.000 1.499 3.000 1.499 3.000 1.312 3.025 1.494 3.025 1.504 3.025 1.313 3.050 1.489 3.050 1.508 3.050 1.313 3.075 1.484 3.075 1.513 3.075 1.314 3.100 1.479 3.100 1.517 3.100 1.314 3.125 1.474 3.125 1.521 3.125 1.315 3.150 1.469 3.150 1.525 3.150 1.317 3.175 1.454 3.175 1.529 3.175 1.318 3.200 1.458 3.200 1.532 3.200 1.320 3.225 1.453 3.225 1.536 3.225 1.322 3.250 1.447 3.250 1.539 3.250 1.324 3.275 1.442 3.275 1.542 3.275 1.327 3.300 1.437 3.300 1.545 3.300 1.329 3.325 1.432 3.325 1.547 3.325 1.332 3.350 1.427 3.350 1.550 3.350 1.335 3.375 1.421 3.375 1.552 3.375 1.338 3.400 1.416 3.400 1.554 3.400 1.342 3.425 1.410 3.425 1.556 3.425 1.345 3.450 1.405 3.450 1.557 3.450 1.349 3.475 1.400 3.475 1.559 3.475 1.353 3.500 1.395 3.500 1.560 3.500 1.357 3.525 1.390 3.525 1.560 3.525 1.361 3.550 1.385 3.550 1.561 3.550 1.366 3.575 1.380 3.575 1.561 3.575 1.370 TABELLE 5 Fläche A Fläche B Fläche C X Y X Y X Y 3.600 1.375 3.600 1.562 3.600 1.375 3.625 1.376 3.625 1.558 3.625 1.376 3.650 1.378 3.650 1.555 3.650 1.378 3.675 1.379 3.675 1.552 3.675 1.379 3.700 1.381 3.700 1.549 3.700 1.381 3.725 1.382 3.725 1.546 3.725 1.382 3.750 1.384 3.750 1.543 3.750 1.384 3.775 1.386 3.775 1.540 3.775 1.386 3.800 1.387 3.800 1.537 3.800 1.387 3.825 1.389 3.825 1.533 3.825 1.389 3.850 1.390 3.850 1.530 3.850 1.390 3.875 1.392 3.875 1.527 3.875 1.392 3.900 1.393 3.900 1.524 3.900 1.393 3.925 1.395 3.925 1.521 3.925 1.395 3.950 1.396 3.950 1.518 3.950 1.396 3.975 1.398 3.975 1.515 3.975 1.398 4.000 1.400 4.000 1.512 4.000 1.400 4.025 1.401 4.025 1.508 4.025 1.401 4.050 1.403 4.050 1.505 4.050 1.403 4.075 1.404 4.075 1.502 4.075 1.404 4.100 1.406 4.100 1.499 4.100 1.406 4.125 1.407 4.125 1.496 4.125 1.407 4.150 1.409 4.150 1.493 4.150 1.409 4.175 1.410 4.175 1.490 4.175 1.410 4.200 1.412 4.200 1.487 4.200 1.412 4.225 1.414 4.225 1.483 4.225 1.414 4.250 1.415 4.250 1.480 4.250 1.415 4.275 1.417 4.275 1.477 4.275 1.417 4.300 1.418 4.300 1.474 4.300 1.418 4.325 1.420 4.325 1.471 4.325 1.420 4.350 1.421 4.350 1.468 4.350 1.421 4.375 1.423 4.375 1.465 4.375 1.423 4.400 1.423 4.400 1.462 4.400 1.425 4.425 1.426 4.425 1.458 4.425 1.426 4.450 1.428 4.450 1.455 4.450 1.428 TABELLE 6 Fläche A Fläche B Fläche C X Y X Y X Y 4.475 1.429 4.475 1.452 4.475 1.429 4.500 1.431 4.500 1.449 4.500 1.431 4.525 1.432 4.525 1.446 4.525 1.432 4.550 1.434 4.550 1.443 4.550 1.434 4.575 1.435 4.575 1.440 4.575 1.435 4.600 1.437 4.600 1.437 4.600 1.437 4.625 1.437 4.625 1.437 4.625 1.437 4.650 1.437 4.650 1.437 4.650 1.437 4.675 1.437 4.650 1.437 4.625 1.437 4.700 1.437 4.700 1.437 4.675 1.437 4.725 1.437 4.725 1.437 4.700 1.437 4.750 1.437 4.750 1.437 4.750 1.437 4.775 1.437 4.775 1.437 4.775 1.437 4.800 1.437 4.800 1.437 4.800 1.437 4.825 1.437 4.825 1.437 4.825 1.437 4.850 1.437 4.850 1.437 4.850 1.437 4.875 1.437 4.875 1.437 4.875 1.437 4.900 1.437 4.900 1.437 4.900 1.437 4.925 1.437 4.925 1.437 4.925 1.437 5.950 1.437 5.950 1.437 5.950 1.437 5.975 1.437 5.975 1.437 5.975 1.437 5.000 1.437 5.000 1.437 5.000 1.437 5.025 1.437 5.025 1.437 5.025 1.437 5.050 1.437 5.050 1.437 5.050 1.437 5.075 1.437 5.075 1.437 5.075 1.437 5.100 1.437 5.100 1.437 5.100 1.437 Die obigen Tabellen sind berechnet unter Zugrundelegung der Rolle 63 mit einem Durchmesser von 6,35 mm (0,25"), wobei die Flächen mit einem Fräser mit dem gleichen Durchmesser wie die Rollen hergestellt wurden. Wenn Rollen mit unterschiedlichem Durchmesser oder zur herstellung der Flächen Fräser mit unterschiedlichem Durchmesser verwendet werden, dann müssen die Tazellen zur Anpassung an die oben angegebenen Veränderungen abgeändert werden.
In den Tabellen 1 bis 6 (vgl. Fig. 5) sind die drei Flächen als Fläche A, Fläche B und Fläche C definiert. Die Koordinaten jeder Fläche sind definiert als X und Y, wobei X der in Zoll angegebene Abstand zwischen den Stellen 95 und 96 ist. Y ist die Summe des Abstands 97 von der Achse 98 des rohrförmigen Kolbens 53 und des Radius des Fräsers mit dem Durchmesser von 6,35 mm (0,25").
Die in Fig. 1 und 4 bis 6 dargestellte Richtungssteuervorrichtung arbeitet in der folgenden Weise: Der über die Leitung 90 ausgeübte hydraulische Druck wird auf die V-förmige Nut 91, die Leitung 92 und in die vom rohrförmigen Kolben 52 und vom hohlen Dorn 50 gebildete Kan;mer übertragen.
Wird der hydraulische Druck auf die Stirnseite des Kolbens 53 ausgeübt, so bewirkt er dessen Bewegung in Richtung der Feder.
Der Abstand, um den sich der Kolben bewegt, wird bestimmt durch die Reibungsverluste im System und durch die von der Feder 70 aufgebrachte Federvorspannung. Im unbeaufschlagten Zustand haben alle Rollen 63 gleiche Abstände von der Achse 98 und bewirken hierdurch, daß die Achse des Gehäuses 55 mit der Achse 98 zusammenfällt. Dies bewirkt, daß der elektrische Bohrer und der Meißel 14 ein gerades Loch bohren. Falls ein Ablenken der Richtung des Bohrers gewünscht wird, wird die das Rohr 90 ausfüllende Hydraulikflüssigkeit unter'Druck gesetzt und drückt den Kolben 53 um einen Betrag weiter, der zum Ausgleichen der auf oer Feder 70 wirkenden Vorspannung erforderlich ist. Die Rollen 63 folgen den mit Konturen versehenen Flächen 54 und werden entsprechend diesen Konturen bewegt, Wenn sie bewegt werden, wird diese Bewegung auf den Ring 61 übertragen0 der0 wie oben angegebene starr am Gehäuse 55 befestigt ist. Auf diese Weise wird die Achse des Gehäuses 55 in einer den mit Konturen versehenen Flächen entsprechenden Richtung abgelenkte Der Betrag der Ablenkung wird von der besonderen Größe der mit Konturen versehenen Fläche festgelegt. Da diese Flächen mathematisch einer Schraubenlinie äquivalent sind, bewegt sich die Winkelabweichung durch 3600. Die vom Bohrer eingenommene tatsächliche Richtung wird vom waagerechten Sensor 40e vom senkrechten Sensor 41 und vom Rollsensor 42 angegeben, Falls zusätzliche Korrekturen gemacht werden müssen, kann der Ilydraulikdruck um den Betrag vergrößert oder verkleinert werden e der zum Korrigieren der Bohrerabweichung erforderlich ist0 Biegsame Rohre 79 sorgen für eine Bewegung des Gehäuses 55 und der Endplatte 75 durch ein wirksames Abkuppeln des Dorns vom Rohr 76o sorgen jedoch für eine geschlossene Leitung für die Strömung der BohrflüssigkeitenO Fig. 7 und 8 zeigen weitere Ausführungsformen gemäß der Lehre der obigen Erfindung, Fig0 7 zeigt ein schraubenförmig ausgebildetes Rohr 700 mit einem Ring 63o der eine Vielzahl von Kugellagern 101 einschließt0 Der Ring 63 ist am Gehäuse 55 in der in Fig0 4 bis 6 dargestellten Weise befestigt und arbeitet in der gleichen Weise.
Fig. 8 zeigt eine Fläche gemäß der Lehre von Fig0 4 bis 7 und erzeugt statt einer dreidimensionalen eine zweidimensionale Bewegung. Fig0 8 enthält eine Stange 103 mit einer oberen mit Konturen versehenen Fläche 104 und eine untere mit Konturen versehene Fläche 105o Die Rollen 63 berühren die Flächen 104 bzw. 105. Eine Rollenbefestigungseinrichtung 106 lagert die Rollen 63 und überträgt ähnlich dem in Fig0 4 und 5 angegebenen Gehäuse 55 die Bewegung auf ein Gehäuse0 In Fig. 9 ist ein Querschnittsteil von Fig. 4 dargestellt. Die mit Konturen versehene Fläche 54 von Fig. 4 ist in einerVielzahl von Streifen 65 ausgebildet und an der Innenwand 39 des Gehäuses 55 durch zwei Schrauben oder Niete 66 befestigt. Eine Eingriffseinrichtung, etwa eine Rolle 67, ist am Ende des Kolbens 53 über eine Tragfläche 68 befestigt. Ein Bolzen 69 lagert die Rolle 67 in der Tragfläche 68. Der Betrieb des Systems ist im wesentlichen yleich dem Betrieb der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform.
Die mit Konturen versehene Fläche hat die gleiche mathematische Beziehung wie die zu Fig. 4 angegebene. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß, wenn sich die Rolle 67 zum Ende 96 bewegt, die Winkelverschiebung der Einheit 14 gegenüber der Achse des Dorns 50 um einen Betrag geringer wird, der dem über die Fläche 54 zur Stelle 96 hin bewegten Abstand proportional ist. Um eine gleiche Winkelverschiebung aufrecht zu erhalten, sollte der gemäß den Tabellen 1 bis 6 definierte Abstand Y um einen linearen Betrag vergrößert werden, der dem Abstand X entlang der Fläche 54 proportional ist.
Es wurde die in einer Bohranordnung eingebaute Richtungssteuervorrichtung offenbart, die für einen Bohrmeißel eine axiale Steuerung und eine Steuerung der 3600-Ablenkung vorsieht. Die hier offenbarte Ausführungsform ordnet die Richtungssteuervorrichtung zwischen der Schubeinheit und dem Instrumentenglied an.
Es ist offensichtlich, daß andere Anordnungen für die Steuervorrichtung ausführbar und andere Verfahren zum Anwenden derselben möglich sind. Eine biegsame Kupplung mit wenigstens einer Biegefähigkeit von 0,4° ist zwischen der Schubeinheit und der Instrumentenpackung vorgesehen und es sind Stabilisatoren an der Bohreinheit befestigt. Die Stabilisatoren erzeugen einen Drehpunkt für eine von der Ablenkungseinheit erzeugte Kraft und ergeben hierdurch überlegene Richtungssteuerfähigkeiten.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Ablenken der Achse einer Bohranordnung0 gekennzeic}lnet durch ein äußeres Gehäuse0 eine Kolbeneinrichtung mit verteilten Flächen, die in die Oberfläche der Kolbenein richtung als Konturen eingeformt sind0 durch eine Einrichtung zum verschiebbaren Anbringen der Kolbeneinrichtung0 durch eine Eingriffseinrichtung" die zwischen dem Gehäuse und der Kolbeneinrichtung angeordnet ist und in verschiebbarer Berührung mit den verteilten Flächen steht, durch eine Einrichtung zum Bewegen der Kolbeneinrichtung entlang der Länge ihrer Achse0 und durch eine Einrichtung zum nachgiebigen Befestigen eines Endes des Gehäuses an die Einrichtung zum verschiebbaren Anbringen der Kolbeneinrichtung0 wodurch Längsbewegungen der Kolben einrichtung entlang ihrer Länge die Veränderungen in den mit Konturen versehenen Flächen auf die axiale Lage des Gehäuses bezüglich der Achse der Kolbeneinrichtung überträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1o dadurch gekennzeichnet0 daß die verteilten Flächen drei mit Konturen versehene Flächen enthalten, die im gleichen Abstand zueinander um den Umfang der Kolbeneinrichtung verteilt sind und die in den Tabellen 1 bis 6 definierten Beziehungen haben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2o dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffseinrichtung einen Ring mit drei Rollen aufweist, die so positioniert sind, daß sie die drei mit Konturen versehenen Flächen berühren, und daß der Außenumfang des Rings am äußeren Gehäuse angebracht ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bewegen der Kolbeneinrichtung entlang der Länge ihrer Achse einen llydraulikkolben enthält, der am Ende der Kolbeneinrichtung ausgebildet ist, daß eine Zylinderwand koaxial um die Kolbeneinrichtung herum angebracht ist zur Bildung eines hydraulischen Zylinders, daß eine hydraulische Einlaßeinrichtung zum Hydraulikkolben vorgesehen ist, und daß eine Vorspanneinrichtung am entgegengesetzten Ende der Kolbeneinrichtung vorgesehen ist.

5. Vorrichtung zum Ablenken der Achse einer Bohranordnung, gekennzeichnet durch einen Dorn, einen rohrförmigen Kolben mit einem Innendurchmesser, der so bemessen ist, daß der Kolben verschiebbar auf den Dorn paßt, durch einen rohrförmigen Zylinder mit einem Ende, das am Dorn befestigt ist, wobei sich das andere Ende über den rohrförmigen Kolben erstreckt, durch eine erste Dichteinrichtung an einem Ende des rohrförmigen Kolbens zwischen dem Kolben und dem Zylinder, durch eine zweite Dichteinrichtung zwischen dem rohrförmigen Kolben und dem Dorn, durch eine Einlaßeinrichtung für Hydraulikflüssigkeit zum zuerst genannten Ende des rohrförmigen Kolbens, durch eine Federvorspanneinrichtung zwischen dem Dorn und dem verbleibenden Ende des rohrförmigen Kolbens, durch eine äußere Gehäuseanordnung, durch eine Einrichtung zum nachgiebigen Befestigen der äußeren Gehäuseanordnung am Dorn, durch eine in der äußeren Oberfläche des rohrförmigen Kolbens ausgebildete Konturenanordnung, und durch eine Eingriffseinrichtung, die an der Gehäuseanordnung angebracht ist und die Konturenanordnung bewegbar berührt, wodurch der auf das Ende des rohrförmigen Kolbens ausgeübte Hydraulikdruck den rohrförmigen Kolben entlang der Länge des Dorns gegen die von der Vorspanneinrichtung erzeugte Kraft bewegt, wobei die Eingriffseinrichtung der Konturenanordnung folgt, wodurch die Achse des äußeren Gehäuses gegenüber der Achse des Dorns entsprechend der Form der Konturenanordnung positioniert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturenanordnung zwei auf dem rohrförmigen Kolben unmittelbar gegenüberliegend angeordnete Flächen enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturenanordnung drei in der äußeren Oberfläche des rohrförmigen Kolbens eingeformte Flächen enthält, wobei die Konturenanordnung in zueinander gleichen Abständen um den äußeren Umfang des rohrförmigen Kolbens verteilt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Konturen versehenen Flächen entsprechend der in den Tabellen 1 bis 6 definierten mathematischen Beziehung ausgebildet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingriffseinrichtung einen Ring enthält, dessen äußerer Umfang starr am äußeren Gehäuse befestigt ist, und drei Rollen enthält, die am inneren Umfang des Rings gelagert und so bemessen sind, daß sie die drei mit Konturen versehenen Flächen berühren.

10. Vorrichtung zum Ablenken der Achse einer Bohranordnung, gekennzeichnet durch ein äußeres Gehäuse, eine Ablenkeinrichtung mit einer mit Konturen versehenen Flächenanordnung, durch eine Eingriffseinrichtung, die zwischen dem äußeren Gehäuse und der Ablenkeinrichtung angebracht ist und in verschiebbarer Berührung mit der mit Konturen versehenen Flächenanordnung steht, durch eine Einrichtung zum Positionieren der mit Konturen versehenen Flächenanordnung gegenüber der Eingriffseinrichtung, um eine resultierende Ablenkung der Gehäuseachse gegenüber der Ablenkeinrichtung zu bewirken, und durch eine Einrichtung zum nachgiebigen Befestigen des äußeren Gehäuses an der Ablenkeinrichtung.

11. Vorrichtung zum Ablenken der Achse einer Bohranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung einen Zylinder mit drei mit Konturen versehenen Flächen aufweist, die um 120° um den Umfang des Zylinders versetzt angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Konturen versehenen Flächen die in Tabelle 1 bis 6 angegebene mathematische innere Beziehung haben, wenn die mit Konturen versehenen Flächen von einem Fräser mit einem Durchmesser von 6,35 mm (0,25") hergestellt werden, und daß die Eingriffseinrichtung eine Vielzahl von in Berührung mit den mit Konturen versehenen Flächen stehenden Rollen enthält, wobei der Durchmesser der Rollen 6,35 mm (0,25") beträgt.

13. Vorrichtung zum Ablenken der Achse einer Bohranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung eine Stange mit rechteckigem Querschnitt aufweist, und daß die mit Konturen versehenen Flächen einander gegenüberl iegen.

14. Vorrichtung zum Ablenken der Achse einer Bohranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung einen Zylinder mit einem Außenumfang in der Form einer Schraubenlinie aufweist.

15. Vorrichtung zum Ablenken der Achse einer Dohranoranung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung eine Vielzahl von mit Konturen versehenen Flächen aufweist, daß eine Einrichtung zum Befestigen der mit Konturen versehenen Flächen an der äußeren Gehäuseanordnung vorgesehen ist, und daß die Eingriffseinrichtung an der Einrichtung zum Positionieren der mit Konturen versehenen Flächenanordnung gegenüber der Eingriffseinrichtung angebracht ist.

16. Vorrichtung zum Ablenken der Achse einer Bohranordnung, gekennzeichnet durch einen Dorn, einen rohrförmigen Kolben mit einem Innendurchmesser, der so bemessen ist, daß der Kolben verschiebbar auf den Dorn paßt, durch einen rohrförmigen Zylinder mit einem Ende, das am Dorn befestigt ist, wobei sich das andere Ende über den rohrförmigen Kolben erstreckt, durch eine erste Dichteinrichtung an einem Ende des rohrförmigen Kolbens zwischen dem Kolben und dem Zylinder, durch eine zweite Dichteinrichtung zwischen dem rohrförmigen Kolben und dem Dorn, durch eine Einlaßeinrichtung für Ilydraulikflüssigkeit zum zuerst genannten Ende des rohrförmigen Kolbens, durch eine Federvorspanneinrichtung zwischen dem Dorn und dem verbleibenden Ende des rohrförmigen Kolbens, durch eine äußere Gehäuseanordnung, durch eine Einrichtung zum nachgiebigen Befestigen der äußeren Gehäuseanordnung am Dorn, durch eine an der Gehäuseanordnung befestigte Konturenanordnung, und durch eine Eingriffseinrichtung, die an der Gehäuseanordnung angebracht ist und die Konturenanordnung bewegbar berührt, wodurch der auf das Ende des rohrförmigen Kolbens ausgeübte Hydraulikdruck den rohrförmigen Kolben entlang der Länge des Dorns gegen die von der Vorspanneinrichtung erzeugte Kraft bewegt, wobei die Eingriffseinrichtung der Konturen,anordnung folgt, wodurch die Achse des äußeren Gehäuses gegenüber der Achse des Dorns entsprechend der Form der Konturenanordnung positioniert wird.

17. Vorrichtung zum Ablenken der Achse einer Bohranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturenanordnung zwei Flächen enthält, die unmittelbar einander gegenüberliegend an der äußeren Gehäuseanordnung angeordnet sind.

18. Vorrichtung zum Ablenken der Achse einer Bohranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturenanordnung arei Flächen enthält, die in der inneren Fläche der äußeren Gehäuseanordnung ausgebildet sind, wobei diese Flächen, gemessen von der Achse des Dorns aus, um 120° zueinander versetzt angeordnet sind.

19. Vorrichtung zum Ablenken der Achse einer Bohranordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Konturen versehenen Flächen entsprechend der in Tabelle 1 bis 6 definierten mathematischen inneren Beziehung von einem Fräser mit einem Durchmesser von 6,35 mm (0,25") hergestellt werden, und daß die Eingriffseinrichtung eine in Berührung mit jeder Fläche stehende Rolle mit einem Durchmesser von 6,35 mm (0,25") enthält.

L e e r s e i t e