DE3001468C2 - Method for controlling a drill string - Google Patents
Method for controlling a drill stringInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuer- >g eines Bohrgestänges in der Vertikalebene beim Herstellen von horizontalen Bohrlöchern mittels in Abstand voneinander ringförmig um das Bohrgestänge angeordneter Stabilisierungseinrichtungen, wobei der Andruck der Bohrkrone nach oben und unten unterhalb der Vertikalebene durch den axialen Abstand der Stabilisierungseinrichtungen geregelt wird.The invention relates to a method for control-> g of a drill string in the vertical plane when producing horizontal boreholes by means of in Distance from one another in a ring around the drill pipe arranged stabilization devices, wherein the Pressure of the drill bit up and down below the vertical plane due to the axial distance of the Stabilization devices is regulated.
Nach der DE-PS 6 00 279 ist es bereits bekannt, die Abweichung in vertikaler Ebene bei Horizontalbohrun- &o gen in Weichen Gesteinen dadurch zu steuern, daß eine auf dem Bohrgestänge der Bohrkrone nachgeordnete Einstellwalze über eine entlang dem Bohrgestänge mitgeführte Spindel vorwärts und rückwärts verstellbar iit. Der Nachteil einer derartigen Steuerung liegt insbesondere in der mitgeführfen Spindel, die bei hohen Umdrehungszahlen und großen Bohrlängen in festem Gestein wegen Bruchgefahr und der Behinderung des Abführens des Bohrkteins bei engen Ringräumen nicht verwendet werden kann.According to DE-PS 6 00 279 it is already known to determine the deviation in the vertical plane in the case of horizontal drilling & o To control genes in soft rock, that a downstream on the drill string of the drill bit Adjustment roller adjustable forwards and backwards via a spindle carried along the drill rod iit. The disadvantage of such a control is especially in the entrained spindle, which is at high Revolutions and long drilling lengths in solid rock due to the risk of breakage and the obstruction of the Removal of the drill stone cannot be used in narrow annular spaces.
Weiterhin ist es nach der DE-PS 5 77 619 zur Verhinderung der vertikalen Ablenkung eines Bohrers bei Bohrungen bis zu 150 m in weichem Gestein bekannt, die erste Gestängeverbindung hinter dem Bohrer mit einer nach allen Seiten beweglichen Verbindungsmuffe auszurüsten, so daß das Gestänge an dieser Stelle durchhängt und dem Bob-er eine aufsteigende Richtung gibt, welche durch eine zwischen der Muffe und dem Bohrer angeordnete Walze je nach Einstellung der Walze näher zum Bohrer oder zur Muffe hin regelbar ist. Eine solche Gestängeführung ist ebenfalls für große Rohrlängen in hartem Gestein ungeeignet da die bewegliche Verbindungsmuffe ein Schlagen des Bohrgestänges verursacht und die verschiebbare Walze mit der Übertragung großer Kräfte überfordert istFurthermore, it is according to DE-PS 5 77 619 to prevent the vertical deflection of a drill known for drilling up to 150 m in soft rock, the first linkage connection behind the Equip the drill with a connecting sleeve that can move in all directions, so that the rods this point sags and gives the Bob-er an ascending direction, which by an between the sleeve and the drill arranged roller closer to the drill or to the sleeve depending on the setting of the roller is adjustable. Such a rod guide is also suitable for long pipe lengths in hard rock unsuitable because the movable connecting sleeve causes the drill string to hit and the sliding roller is overwhelmed with the transmission of large forces
Auch ist es, wie in der DE-PS 3 21 935 beschrieben, zur Regelung des Höhenganges einer Bohrschappe bereits bekannt, auf dem Bohrgestänge ein verschiebbares Gleitlager anzuordnen. Auch diese Art der Regelung des Höhenganges ist, wie aus der Verwendung einer Bohrschappe ableitbar, nur für weiche Gesteinsformationen und geringe Bohrlängen vorstellbar.It is also, as described in DE-PS 3 21 935, to regulate the height profile of a drilling jig already known to arrange a sliding bearing on the drill pipe. This type of regulation too As can be deduced from the use of a drilling template, the height profile is only for soft rock formations and short drilling lengths imaginable.
Demgegenüber hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur aktiven Steuerung eines Bohrgestänges in der Vertikalebene beim Herstellen von horizontalen Bohrlöchern zu schaffen, welches geeignet ist, in harten sowie auch sedimentären Gesteinen unterschiedlicher Härte große Bohrlängen zu erzielen, wie sie z. B. für die Vorfelderkundung, insbesondere im Steinkohlenbergbau oder als Vorbohrung im Tunnelbau, gefordert werden.In contrast, the invention has the task of providing a method for the active control of a To create drill rods in the vertical plane when producing horizontal boreholes, which is suitable to drill long lengths in hard as well as sedimentary rocks of different hardness achieve how they z. B. for apron exploration, especially in coal mining or as a pilot hole in tunnel construction.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Maß für den axialen Abstand der Stabilisierungseinrichtungen aus deren sich durch die aus der Breite des zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwand bestehenden Ringraums ergebende Höhe und dem außerhalb des Bohrlochs gemessenen freien Durchhang des Bohrgestänges zwischen zwei Stabilisierungseinrichtungen ermittelt wird.According to the invention, this object is achieved in that the dimension for the axial spacing of the stabilizing devices from which is determined by the from the width of the between the drill pipe and the borehole wall existing annulus and the free sag measured outside the borehole of the drill string is determined between two stabilization devices.
Im Rahmen der Erfindung erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß zur Erzielung eines Andrucks der Bohrkrone nach oben ein Abstand zwischen der Bohrkrone und der ersten Stabilisierungseinrichtung vorgesehen wird, der dem halben Abstand des gemessenen Durchhangs des Bohrgestänges zwischen der ersten und de/ zweiten Stabilisierungseinrichtung entspricht.In the context of the invention it proves to be particularly advantageous that, in order to achieve a pressure the drill bit upwards a distance between the drill bit and the first stabilization device is provided which is half the distance of the measured sag of the drill pipe between corresponds to the first and de / second stabilization device.
Des weiteren hat sich als vorteilhaft herausgestellt, daß der Abstand zwischen der ersten und der zweiten der Bohrkrone nachgeschalteten Stabilisierungseinrichtung auf den zweifachen Abstand des gemessenen Durchhanges und die Abstände zwischen allen folgenden Stabilisierungseinrichtungen auf den einfachen bis halben Durchhang eingestellt werden.Furthermore, it has been found to be advantageous that the distance between the first and the second stabilization device downstream of the drill bit to twice the distance of the measured sag and the distances between all of the following Stabilization devices can be adjusted to single to half sag.
Zur Erzielung eines Andrucks der Bohrkrone nach unten wird ein Abstand zwischen der Bohrkrone und der ersten Stabilisierungseinrichtung vorgesehen, der dem einfachen bis zweifachen Abstand des gemessenen Durchhangs entspricht.To achieve a downward pressure on the drill bit, a distance between the drill bit and the first stabilization device is provided, which is one to two times the distance of the measured Slack corresponds to.
Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin begründet, daß auf einfache Weise die Eigenschaften des Gestänges, sich bei geringen Abweichungen in der Vertikalebene wie eine biegsame Welle zu verhalten, genutzt werden und so eine den Erfordernissen angepaßte aktive Steuerung des Bohrgestänges erzieltThe advantage of the invention is based in particular on the fact that the properties the linkage to behave like a flexible shaft in the event of slight deviations in the vertical plane, be used and thus achieved an active control of the drill rod adapted to the requirements
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand eines schematisierten Längsschnitts durch ein Bohrloch näher erläutert.The method according to the invention is described below using a schematic longitudinal section through a Borehole explained in more detail.
!n dem schematisiert wiedergegebenen Längsschnitt nach der Zeichnung weist das in einem Bohrloch 1 angeordnete Bohrgestänge 2 in Abstand von der Bohrkrone 3 einen Durchhang auf, so daß das Gestänge 2 zwischen den StabilisierungseinrichHingen 4 und 4' die untere Bohrlochwandung berührt. Die Stabilisierungseinrichtungen 4,4' sind ringartig um das Bohrgestänge 2 angeordnet und weisen eine Höhe a auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwischen der ersten hinter der Krone 3 angeordneten Stabilisierungseinrichtung 4 und dem Durchhang mit χ bezeichnet.In the schematically reproduced longitudinal section according to the drawing, the drill rod 2 arranged in a borehole 1 has a slack at a distance from the drill bit 3, so that the rod 2 touches the lower borehole wall between the stabilizing devices 4 and 4 '. The stabilizing devices 4, 4 'are arranged in a ring-like manner around the drill rod 2 and have a height a. In the illustrated embodiment, the distance between the first stabilization device 4 arranged behind the crown 3 and the sag is denoted by χ.
Die Höhe des Durchhangs gemessen zur oberen Bohrlochwandung, ist mit D angegeben. Der Abstand zwischen den Stabilisierungseinrichtungen 4 und 4' beträgt 2 x. The height of the sag measured to the upper borehole wall is indicated by D. The distance between the stabilization devices 4 and 4 'is 2 x.
Üblicherweise werden auf das Bohrgestänge im Bereich hinter der Bohrkrone 3 auf eine Länge von ca. 15 m mehrere, beispielsweise bis zu fünf Stabilisie-ungseinrichtungen angeordnetUsually, a length of approx. 15 m several, for example up to five stabilization devices arranged
Vor Aufnahme des eigentlichen Bohrvorganges wird außerhalb des Bohrlochs die Feststellung der Größe χ vorgenommen. Zu diesem Zweck wird das Bohrgestänge 1, das an einem Ende fest aufliegt, am anderen Ende, beispielsweise an einer Kette, am Ausbau aufgehängt An beiden Punkten werden jeweils Stabilisierungseinrichtungen 4, 4' mit einer vorgegebenen Höhe a angeordnet. Der Abstand wird solange verändert, bis der Durchhang zwischen den Stabilisierungseinrichtungen 4,4' der Höhe a entspricht. Wenn der Durchhang, beispielsweise mitteis eines Nivellierungsinstrumentes ermittelt ist, und der Abstand χ feststeht, so ist zur Erzielung des Andrucks der Bohrkrone 3 nach oben der Abstand der ersten Stabilisierungseinrichtung 4 von der Bohrkrone 3 mit dem halben Abstand des gemessenen ίο Durchhanges x, also auf '/> festzulegen.Before starting the actual drilling process, the size χ is determined outside the borehole. For this purpose, the drill rod 1, which rests firmly at one end, is suspended from the extension at the other end, for example on a chain. Stabilizing devices 4, 4 'with a predetermined height a are arranged at both points. The distance is changed until the sag between the stabilizing devices 4,4 'corresponds to the height a. If the sag is determined, for example by means of a leveling instrument, and the distance χ is fixed, the distance between the first stabilization device 4 and the drill bit 3 is half the distance of the measured ίο sag x, i.e., to achieve the pressure of the drill bit 3 upwards '/> to be determined.
Um den Andruck nach oben evtl. verstärken bzw. verringern zu können, ist eine Korrektur von ± '/4 auf V2 möglich.In order to be able to increase or decrease the pressure upwards, a correction of ± '/ 4 is necessary V2 possible.
Der Abstand zwischen der Stabilisierungseinrichtung 4 und der Stabilisierungseinrichtung 4' sollte 2 χ und der Abstand zwischen den folgenden Stabilisierungseinrichtungen, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, sollte χ bis xh betragen.The distance between the stabilization device 4 and the stabilization device 4 'should be 2 χ and the distance between the following stabilization devices, which are not shown in the drawing, should be χ to x h .
Um einen Andruck nach unten in der Venikalebene zu erreichen, soll der Abstand von der Bohrkrone 3 zur ersten Stabilisivjrungseinrichtung 4 zwischen χ und 2 A-betragen, während alle nachfolgenden ^iabilisierungseinrichtungen einen Abstand von V2 bis χ ha^en sollten.In order to achieve a downward pressure in the venical plane, the distance from the drill bit 3 to the first stabilization device 4 should be between χ and 2 A - , while all subsequent stabilization devices should have a distance of V2 to χ .
Um während eines Bohrvorganges rechtzeitig gegensteuern zu können, ist eine dauernde Überwachung des Einfallens der Bohrungen von größter Wichtigkeit Hierzu weiten Meßvorrichtungen verwendet, die in Abstand von der Bohrkrone innerhalb des Bohrgestänges installierbar sind.Continuous monitoring of the The sinking of the bores is of the greatest importance Distance from the drill bit within the drill string can be installed.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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