DE3101060C2

DE3101060C2 - Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung eines Bohrgestänges

Info

Publication number: DE3101060C2
Application number: DE19813101060
Authority: DE
Inventors: Heinz 4100 Duisburg Fuchs
Original assignee: Ruhrkohle AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1980-01-17
Filing date: 1981-01-15
Publication date: 1983-04-28
Also published as: DE3101060A1

Description

65 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur aktiven Steuerung 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 innerhalb der Vertikalebene durch den Abstand der Stabilisierungseinrichtungen geregelt wird und sich das Maß für den Abstand der Stabilisierungseinrichtungen aus deren sich durch die aus der Breite des zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwand bestehenden Ringraume-, ergebende Höhe und dem außerhalb des Bohrlochs gemessenen freien Durchhang des Bohrgestänges zwischen zwei Stabilisierungseinrichtungen ergibt, nach Patent 30 01 468.

Nach der DE-PS 5 77 619 ist es 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 nach dieser Stelle durchhängt und dem Bohrereine 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 Abgesehen davon, daß eine solche Gestängeführung nur zum Bohren in weichem Gestein und mit geringen Bohrlängen geeignet ist, ist die Walze nur außerhalb des Bohrlochs zu verschieben um eine anschließende Anhebung oder Absenkung der Bohrrichtung zu bewirken.

Nach der US-PS 41 08 256 ist ein Bohrverfahren bekannt, bei welchem auf dem Bohrgestänge der Bohrkrone nachgeordnet eine rohrartige Stabilisierungseinrichtung vorgesehen ist, die mit nach innen gerichteten Führungselementen in axial angeordneten Führungsschlitzen im Bohrgestänge durch Rückwärtsdrehen und Hin- und Herfahren des Gestänges so einstellbar ist, daß eine Änderung des Verlaufs der Bohrung in vertikaler Ebene entweder durch Absenken oder Anheben möglich ist. Dabei ist nicht sichergestellt, daß als Voraussetzung für das Funktionieren dieser Steuerung das Bohrgestänge zentriert gelagert ist. Darüber hinaus ist ein Rückwärtslauf von verschraubtem Gestänge, insbesondere bei großen Längen und dem dazu erforderlichen Kraftaufwand, mit großem Risiko hinsichtlich des Gestänge-Auseinanderreißens verbunden.

Bei der Anwendung des eingangs genannten Steuerverfahrens hat sich herausgestellt, daß sich bei größeren, zwischen den Bohrlochwandungen und dem Bohrgestänge entstehenden, Ringräumen, insbesondere bei erhöhter Drehzahl des Bohrgestänges, ein sogenannter Schleudereffekt herausstellt, der ein genaues Bohren in der Horizontalebene nicht gewährleistet.

Demgegenüber hat sich die Erfindung in Weiterentwicklung des eingangs genannten Patentes die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und Vorrichtungen zur aktiven Steuerung zu schaffen, welche unter Vermeidung der obengenannten Nachteile ein schnelles und technisch einfaches Anpassen der Stabilisierungseinrichtungen an die örtlichen Bedingungen, insbesondere beim Seilkernbohrverfahren, ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß der Steuerungsvorgang über eine zusätzliche, zwischen den ersten beiden der Bohrkrone nachgeschalteten Stabilisierungseinrichtungen am Bohrgestänge angeordnete, im Durchmesser

31 Ol 060

geringer als die beiden benachbarten Stabüisierungseinrichtungen bemessene und im Durchmesser verstellbare, Hilfsstabilisieningseinrichtung sowie über die Verstellbarkeit der ersten der Bohrkrone nachgeschalteten Stabilisierungseinrichtung geregelt wird.

Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß zur Erzielung eines Andrucks der Bohrkrone nach oben unter Verwendung der ersten der Bohrkrone nachgeschalteten Stabilisierungseinrichtung als Kipplager die Höhe a der zusätzlichen Hilfsstabilisierungseinrichtung vermindert wird.

Ebenso erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß die Erzielung eines Andrucks der Bohrkrone nach unten unter Verwendung der zweiten der Bohrkrone nachgeschalteten Stabilisieruiigseinrichtung als Kipplager über die Verminderung des Durchmessers und/oder Entnahme der ersten Stabilisierungseinrichtung geregelt wird. Des weiteren ist ein besonderer Vorteil der Erfindung in Jen Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens zu sehen.

Der technische Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin begründet, daß unter Verwendung eines zentrierten Bohrgestänges eine Steuerung stattfinden kann, ohne daß jeweils der Abstand der Stabilisierungseinrichtungen verändert werden muß.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Bohrloch in schematisierter Form und

F i g. 2 einen Querschnitt durch das Bohrgestänge im Bereich einer ringförmig das Bohrgestänge umgebenden, verstellbaren Stabilisierungseinrichtung.

In dem in F i g. 1 in schematisierter Form wiedergegebenen Längsschnitt durch ein Bohrloch 1 weist das Bohrgestänge 2 in Abstand von der Bohrkrone 3 einen übertrieben dargestellten Durchhang auf, so daß das Bohrgestänge 2 zwischen den Stabilisierungseinrichtungen 4, 4' der unteren Bohrlochwandung sehr nahe kommt. Die Stauilisierungseinrichtungen 4, 4' sind ringartig, das Bohrgestänge 2 umgebend, auf diesem angeordnet, wobei die Stabilisierungseinrichtungen 4, 4', 6 und 7 die gleiche Höhe a aufweisen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist der Abstand zwischen der ersten, hinter der Bohrkrone 3 angeordneten Stabilisierungseinrichtung 4 und dem tiefsten Punkt im Durchhang des Bohrgestänges 2 mit χ und der Abstand zwischen den Stabilisierungseinrichtungen 4, 4' mit 2k bezeichnet. Die Ermittlung von χ ist vor der Aufnahme des eigentlichen Bohrvorganges nach dem im Hauptpatent 30 01 468 beschriebenen Verfahren ermittelt worden. Die in mittiger Entfernung zwischen den Stabilisierungseinrichtungen 4,4' auf dem Bohrgestänge 2 angeordnete zusätzliche Hilfsstabilisierungseinrichtung 5 weist eine geringere Höhe auf als die Höhe a der Stabilisiemngseinrichtungen 4, 4', 6 und 7. Die Hilfsstabilisierungseinrichtung S, die nach dem in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentiichen aus mindestens drei in Schlitzen des Bohrgestänges 2 geführten Rippen 9 besteht, ist im Durchmesser radial verstellbar ausgebildet Ebenso ist die erste der Bohrkrone 3 nachgeschaltete Stabilisierungseinrichtung

4 von der Höhe 9/2 bis zur max. Höhe von a verstellbar ίο ausgebildet Die in den Abständen 1/2* der Stabilisierungseinrichtung 4' nachgeschalteten Stabilisierungseinrichtungen 6 und 7 sowie die mit der Höhe a/2 versehene Stabilisierungseinrichtung 8 sind erforderlich, um das Bohrgestänge zu zentrieren und um Gleichgewicht zu halten. Wie aus der schematisierten Schnittdarstellung in Fig.2 durch ein Bohrgestänge bzw. ein Kernbohrgestänge hervorgeht, ist auf dem Kerninnenrohr 10 zur Verstellbarkeit der Rippen 9 der Stabilisierungseinrichtung 4 bzw. 5 ein das Gestänge

ringartig umgebener Konus 12 aufgeschraubt Durch die Wahl der Durchmesser der Konusse 12, die in der genauen Position der Stabilisierungseinrichtung 4 bzw. 5 auf das Kerninnenrohr 10 aufgeschraubt sind, werden die in den Schlitzen des Kernaußenrohres 11 angeord-

neten Rippen 9 durch das Einpumpen des Kerninnenrohres 10 in die gewünschte Position verstellt Die Verstellbarkeit der Stabilisierungseinrichtungen 4 bzw.

5 in bezug auf ihre Durchmesser kann ermöglicht werden durch die Wahl der Durchmesser der Stabilisie-

M rungseinrichtungen. Die Rippen 9 sind in dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen den Verstärkungen 13,14 angeordnet und werden zwischen den Muffen 16 durch Blattfedern 15 in ihrer Position gehalten.

Ist nun bei Anwendung des Steuerungsverfahren ein Andruck der Bohrkrone 3 nach oben erforderlich, so wird der Durchmesser der Hilfsstabilisierungseinrichtung 5 vermindert und die Stabilisierungseinrichtung 4 wird als Kipplager eingesetzt Diese Anordnung zwingt das Bohrgestänge zu einem Anstieg nach oben. Ist andererseits der Andruck des Bohrgestänges· 2 nach unten erforderlich, so wird entweder die Stabilisierungseinrichtung 4, wenn sie im Durchmesser versteilbar ausgebildet ist, auf ihren geringsten Durchmesser zurückgenommen und der Durchmesser der Hilfsstabi.'isierungseinrichtung 5 wird wahlweise bis zur max. Höhe a verstellt. In diesen Fällen kann entweder die Stabilisierungseinrichtung 4' oder aber die Hilfsstabilisierungseinrichtung 5 als Kipplager verwendet werden.

Ebenso ist der Andruck der Bohrkrone 3 nach oben auch durch die Wahl des Durchmessers der Stabilisierungseinrichtung 4 und die Verstellbarkeit der Hilfsstabilisierungseinrichtung 5 zu regeln.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur aktiven Steuerung eines Bohrgestänges in der Vertikalebene beim Herstellen von horizontalen Bohrlöchern mittels in Abstand voneinander ringförmig um das Bohrgestänge angeordneter Stabilisierungseirtrichtungen, wobei der Andruck der Bohrkrone nach oben und unten innerhalb der Vertikalebene durch den Abstand der Stabilisierungseinrichtungen geregelt wird und sich das Maß für den Abstand der Stabilisierungseinrichtungen aus deren sich durch die aus der Breite des zwischen Bohrgestänge und Bohrlochwand bestehenden Ringraumes ergebende Höhe und dem außerhalb des Bohrloches gemessenen freien Durchhang des Bohrgestänges zwischen zwei Stabilisierungseinrichtungen ergibt, nach Patent 30 01 468, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerungsvorgang üuer eine zusätzliche, zwischen den ersten beiden der Bohrkrone nachgeschalteten Stabilisierungseinrichtungen am Bohrgestänge angeordnete, im Durchmesser geringer als die beiden benachbarten Stabilisierungseinrichtungen bemessene und im Durchmesser verstellbare Hilfsstabilisiemngseinrichtung sowie über die Verstellbarkeit der ersten der Bohrkrone nachgeschalteten Stabilisierungseinrichtung geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines Andrucks der Bohrkrone nach oben unter Verwendung der ersten der Bohrkrone nachgeschalteten Stabilisierungseinrichtung als Kipplager die Höhe a der zusätzlichen Hilfsstabilisierungseinrichtung vermindert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzielung eines Andrucks der Bohrkrone nach unten unter Verwendung der zweiten der Bohrkrone nachgeschalteten Stabilisierungseinrichtung als Kipplager über die Verminderung des Durchmessers und/oder Entnahme der ersten Stabilisierungseinrichtung und die Verstellbarkeit der zusätzlichen Hilfsstabilisierungseinrichtung geregelt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, mit einer auf einem Bohrgestänge axial verschieblichen, schlitzgeführten Stabilisierungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine aus mindestens drei spiralförmig in Schlitzen des Bohrgestänges (2) geführten Rippen (9) bestehende Hilfsstabilisierungseinrichtung (5) mittels eines innerhalb des Bohrgestänges (2) auf einem Kerninnenrohr (10) aufschraubbaren Konus (12) im Durchmesser verstellbar ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 3, mit mehreren einer Bohrkrone nachgeschalteten, auf einem Bohrgestänge angeordneten Stabilisierungseinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste der Bohrkrone (3) nachgeschaltete Stabilisierungseinrichtung (4), die aus mindestens drei spiralförmig ausgebildeten, in Schlitzen im Bohrgestänge (2) geführten Rippen

(9) besteht, mittels eines auf einem Kerninnenrohr

(10) befestigten Konus (12) im Durchmesser verstellbar ist.