DE3140646C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Krümmerverbinder mit durch Fernsteuern variablem Winkel mit einem ersten röhrenförmigen am Ende einer Bohrko­ lonne festen Element und einem zweiten mit einem Boden­ motor festen Element gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Nach der US-Patentschrift 33 65 007 nutzt man die Wirkung eines Fluidstrahls aus, der zweckmäßig orientiert ist, um lokal die Formationen zu zerstören und einen Hohl­ raum zu erzeugen, gegen den der Bohrmeißel getrieben oder gezogen wird. Eine solche Vorrichtung ist offensichtlich wenig genau, da die Wirkung des Strahls und damit die er­ haltene Abweichung entsprechend der Härte der geologischen Formationen unterschiedlich sein wird. Darüberhinaus ist es notwendig, einen besonderen Meißel mit Düse, über die der Fluidstrahl austritt, zu ver­ wenden.

Nach einem anderen, beispielsweise in der GB-PS 11 39 908, in den US-Patentschriften 35 93 810, 38 88 319 sowie 40 40 494 oder in der französischen Patentschrift 22 97 989 beschrie­ benen Verfahren verwendet man eine Ablenkeinrichtung, die einen Teil des Bohrfutters, meist benachbart dem Bohrmeißel, umhüllt. Diese Ablenkeinrichtung ist mit radial gegenüber der Achse des Bohrfutters verschieb­ baren Fingern versehen. Wenn man vorsichtig diese Finger verschiebt, die sich gegen die Wandung des Bohrlochs ab­ stützen, so ruft man eine Dezentrierung der Achse des Bohrmeißels, bezogen auf die Achse des Bohrlochs und da­ mit eine Modifikation des Weges, auf dem gebohrt wird, hervor. Bei solchen Einrichtungen ist der Bohrfortschritt diskontinuierlich und geschieht in aufeinanderfolgenden Schritten zwischen denen das Bohren, um die Verschiebung der Ablenkeinrichtungen zu ermöglichen, stillgesetzt wird. Hieraus ergeben sich erhebliche Zeitverluste, die die Kosten eines solchen Bohrvorgangs erhöhen.

Aufgrund der heutigen mit einem Bodenmotor arbeitenden Bohrtechnik hat man vorgeschlagen, zwischen die Bohr­ kolonne und was man den "Bohrkopf" nennt (Einheit, die den Meißel und den Bodenmotor umfaßt) eine Krümmerver­ bindung bestimmten Winkels einzusetzen. Jedes Mal, wenn der Bohrweg modifiziert werden soll, ist es notwendig, die ganze Bohrkolonne an die Oberfläche zu heben, um eine neue Krümmerverbindung anzupassen, deren Winkel als Funktion der gewünschten Abweichung gewählt ist.

Neue, sogenannte gelenkige Krümmerverbindungen sind vor­ geschlagen worden. Sie sind von dem zur französischen Patentschrift 21 75 620 gehörenden Typ. Diese Verbindungen sind im allgemeinen aus zwei röhrenförmigen Teilen, die untereinander gelenkig sind, zusammengesetzt, die bezüglich einander nur zwei Stellungen einnehmen können. In der ersten Stellung sind die beiden Teile der Krümmer­ verbindung ausgerichtet (der Winkel der Verbindung ist dann Null) während in der zweiten Stellung die beiden Teile des Verbinders miteinander einen Winkel bestimmten Wertes einschließen. Wie für die Krümmerverbinder vom vorgenannten Typ ist es notwendig, an die Oberfläche wenigstens ein die Verbindung bildendes Element zu heben, wenn die gewünschte Ablenkung nicht mit dem Winkel kompa­ tibel ist, den die beiden Teile des Verbinders miteinan­ der bilden können.

Um diese Nachteile zu vermeiden, sind Einrichtungen vor­ geschlagen worden, die es ermöglichen, den Winkel der Ver­ bindung zu variieren, ohne daß diese an die Oberfläche ge­ hoben werden müßte. Eine Krümmerbetätigungsvorrichtung ist in der veröffentlichten französischen Patentanmeldung 21 77 920 sowie in der britischen Patentschrift 14 94 273 an­ gegeben.

In der französischen Patentschrift 24 32 079 sowie in den französischen Zusatzanmeldungen 24 53 268 sowie 24 53 269 ist ein Krümmerverbinder bestehend aus zwei röhrenförmigen Elementen beschrieben, die miteinander einen durch Fern­ steuerung variablen Winkel bilden, wie eingangs erwähnt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Krümmerverbinder eine Möglichkeit der Hilfsverriegelung gegen ungewollte Drehung der Elemente zu schaffen, und dies bei geringen Abmessungen und bei geringem Platzbedarf.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß dadurch, daß die Hilfsver­ riegelungselemente wenigstens einen radial versenkbaren Finger, Axialnuten und Einrichtungen aufweisen, die das Zusammenwirken des versenkbaren Fingers und der Axial­ nuten ermöglichen, wenn die Verbindungswelle für die Drehung des zweiten röhrenförmigen Körpers nach Entfernen aus der Verriegelungsstellung gesorgt hat, wobei das Zusammenwirken des Fingers und der Nuten bis zur Rückkehr dieser Welle in die Verriegelungsstellung aufrecht erhalten wird.

Zweckmäßig ist der versenkbare Finger von der Welle getragen und diese Axialnuten sind in dem unteren röhrenförmigen Körper ausgespart.

Günstig ist es, wenn dieser versenkbare Finger von dem unteren röhrenförmigen Körper getragen ist und diese Axial­ nuten in dieser Welle ausgespart sind.

Gegenstand der Erfindung sind auch Krümmerverbinder, wie sie schon in der DE-OS 29 30 014 beschrieben wurden, wobei bei diesen zusätzlich Einrichtungen zur Ermittlung der Rückführung dieser Welle in ihre Verriegelungsstellung vorgesehen sind.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigt in

Fig. 1 ein Prinzipschaubild des Krümmerverbinders mit variablem Winkel;

Fig. 2A und 2B schematisch und im Schnitt die wesentlichen Ele­ mente des Krümmerverbinders sowie die Ver­ riegelungseinrichtungen;

Fig. 3 in der Kavalierperspektive einen Teil der Führungsnut und in

Fig. 4 in der Abwicklung einen Teil der Führungsnut.

Fig. 1 weist auf das erfindungsgemäß weiterzubildende Krümmerprinzip hin.

Dieser Krümmer besteht aus zwei röhrenförmigen Körpern 1 und 2, die miteinander über ein Einsteckelement 2a von der Achse Δ verbunden und fest am Gehäuse 2 sind.

Die Achse X'X des oberen röhrenförmigen Elementes 1, die Achse Y'Y des röhrenförmigen unteren Elementes 2 sowie die Achse Δ laufen an ein und der gleichen Stelle Null zusammen.

Die Winkel (Δ, X'X) und (Δ, Y'Y) die durch die Achse Δ und die Achsen X'X und Y'Y gebildet sind, haben den gleichen Wert α. Bei der Drehung des Kör­ pers 2 um die Achse Δ, variiert also der durch die Achsen X'X und Y'Y begrenzte Winkel zwischen einem Maximalwert 2α (Stellung des in durchgezogenen Linien gezeichneten Körpers 2) und einem Wert Null (Stellung des in gestrichelten Linien gezeichneten Körpers 2).

Die Fig. 2A und 2B schematisieren die Hauptele­ mente des Verbinders, das heißt den oberen röhrenför­ migen Körper 1, den unteren röhrenförmigen Körper 2 sowie die Verbindungswelle 20 in der Stellung, in der oberer und unterer röhrenförmiger Körper miteinander einen Winkel gleich Null bilden.

Der obere röhrenförmige Körper 1 ist am Ende einer nicht dargestellten Bohrgarnitur befestigt, während der untere Körper auf den (nicht dargestellten) Bodenmotor geschraubt ist.

Wegen der einfacheren Darstellung ist jeder röhrenför­ mige Körper in einem einzigen Stück dargestellt; es ist jedoch klar, daß jeder hiervon aus mehreren zusammenge­ setzten Elementen bestehen kann, um Bearbeitung und Zu­ sammenbau des Verbinders zu erleichtern.

Im unteren Teil des Körpers 1 ist eine Bohrung 11 von der Achse Δ ausgearbeitet. Die Unterseite 12 des Körpers 1 steht senkrecht zur Achse Δ und die sie enthaltende Ebene geht durch den Punkt des Zusammenlaufens der Achsen X'X und Δ.

Das obere Ende des Körpers 2 trägt ein zur Bohrung 11 komplementäres Steckelement 2A, dessen Achse mit der Achse Y'Y des Körpers 2 einen Winkel α bildet. Der Körper 2 hat eine Schulter 13, deren Fläche senkrecht zur Achse des Einsteckelementes 2A in der Ebene ent­ halten ist, die durch den Schnittpunkt der Achse Y'Y und der Achse des Elementes 2A verläuft.

Die röhrenförmigen Elemente 1 und 2 werden in ihrer Einsteckstellung durch einen Anschlag 14 gehalten, welcher die auf die Verbindung bei ihrer Verwendung aus­ geübten Axialbeanspruchungen aufnimmt. Die Zentrierung des Elementes 2A in der Bohrung 11 wird sichergestellt durch Wälzlager wie sie bei 15, 16 und 17 schematisiert dargestellt sind, welche eine Relativdrehung der beiden röhrenförmigen Körper bezüglich einander zulassen. Die Verbindungen 18 und 19 sorgen für die Abdichtung zwischen den Körpern 1 und 2.

Im Inneren der röhrenförmigen Körper 1 und 2 ist eine Hohlwelle 20 koaxial zum Element 2A und zur Bohrung 11 angeordnet, das heißt koaxial zur Achse Δ. Die Welle 20 sowie der Körper 1 sind dauernd drehfest bezüglich ein­ ander. Man erreicht das durch Zusammenwirken einer kanne­ lierten Bohrung 21, die in den oberen Körper 1 einge­ arbeitet ist sowie durch komplementäre von der Welle 20 getragene Kannelierungen 22. Letztere ist auch mit Kanne­ lierungen 23 versehen, die mit einer kannelierten Bohrung 24 des unteren Körpers 2 zusammenwirken kann, wenn die Welle 20 durch Wirkung einer Feder 25 in die Lage kommt, welche auf dem rechten Teil der Fig. 2A und 2B dargestellt ist.

In dieser Stellung sind Körper 2 und Welle 20 dreh­ fest.

Die axial im Inneren der röhrenförmigen Körper 1 und 2 verschiebbare Welle 20 trägt auf ihrer Außenfläche eine profilierte Führungsnut 28, die mit wenigstens einem fest mit dem Körper 2 verbundenen Führungsfinger 26 zu­ sammenwirkt, um diesen in Drehung um die Achse Δ zu verdrehen, wenn die Welle 20 axial ausgehend aus ihrer im rechten Teil der Fig. 2A und 2B dargestellten Lage "verschoben" wird. Diese perspektivisch in Fig. 3 dargestellte Nut ermöglicht es, eine schrittweise Drehung des röhrenförmigen Körpers 2 um die Achse Δ zu erhalten.

Das untere Ende der Welle 20 ist beispielsweise mit einem (nicht dargestellten) Betätigungsmechanismus aus­ gestattet, der von dem in den obengenannten Zusatzan­ meldungen dargestellten Typ sein kann.

Der Krümmerverbinder ist mit einer Verriegelungsein­ richtung versehen, die einen radial gegen die Wirkung einer Feder 101 versenkbaren Finger 100 hat, wobei der Finger in ein in die Welle 20 gearbeitetes Lager 102 greift. Eine auf der Welle 20 gleitende Ringscheibe 103, mit der sie aber drehfest verbunden ist, hält den Finger 100 im Inneren seines Lagers, wenn die Welle 20 den un­ teren Körper 2 sowie den oberen Körper 1 in Drehung fest­ legt, das heißt, wenn die Welle 20 sich in der im rechten Teil der Fig. 2A und 2B dargestellten Stellung be­ findet sowie während der relativen Drehung der Körper 1 und 2. In dieser Stellung wird die Ringscheibe axial fest mit der Welle 20 über eine Kugeleinrichtung 104 verbunden, die mit einer Nut 105 im Ring 103 zusammenwirkt. Der Ring ist ebenfalls mit Öffnungen 106, die weiter unten erläutert werden, versehen.

In das Innere des Körpers 2 sind Nuten 107 parallel zur Achse der Vorrichtung gearbeitet, die eine Stei­ gung gleich der der profilierten Nut 28 haben.

Die Arbeitsweise wird unten erläutert, unter der An­ nahme, daß der Krümmerverbinder sich in der in den Fig. 2A und 2B rechten Stellung befindet, wobei die Achsen der röhrenförmigen Körper ausgerichtet sind und die Bohrung die Tiefe erreicht, auf der die Richtung der Bohrung verändert werden soll.

Man sorgt für eine Axialverschiebung der Welle 20 nach unten in den Fig. 2A und 2B gegen die Wirkung der Feder 25.

Der Finger 26, der zunächst in Stellung 26a (Fig. 4) war, erreicht die Stellung 26b. In dieser Stellung kommen die Kannelierungen 23 der Welle 20 und 24 des unteren Körpers 2 voneinander frei und heben die Dreh­ festmachung zwischen Welle 20 und Körper 2 auf. Die Axialverschiebung der Welle 20 geht weiter; der Finger erreicht die Stellung 26c, in dem er den Körper 2 um die Achse Δ um einen Winkel δ : 2π durch n dreht (n ist eine ganze Zahl) wobei die röhrenförmigen Körper 1 und 2 des Krümmerverbinders dann miteinander einen be­ stimmten Winkel zwischen 0 und 2α bilden.

Gleichzeitig tritt das Ende des Ringes 103 in Kontakt mit den Fingern 26, die eine zusätzliche Axialverschie­ bung dieses Ringes verhindern.

Die fortgesetzte Verschiebung der Welle 20 sorgt für das Entriegeln des Ringes 103 und ermöglicht es so den versenkbaren Fingern, sich den Öffnungen 106 gegen­ über im Ring 103 zu stellen. Unter der Wirkung der Federn 101 treten die Finger 100 aus ihren Lagern aus; ihre Enden dringen in Nuten 107 ein, welche die Welle 20 mit dem Körper 2 unter Drehung verbinden. Wie der linke Teil der Fig. 2A und 2B erkennen läßt, befinden sich die Finger 26 dann in Stellung 26d (Fig. 4).

Die Welle 20 wird nur der Wirkung der Feder 25 ausge­ setzt. Die Welle 20 wird axial oben in den Fig. 2A und 2B zurückgedrückt. Dank des Zusammenwirkens der Finger 100 mit den Nuten 107 verschiebt sich der Finger 26 axial aus der Stellung 26D in die Stellung 26e (Fig. 4), das heißt ohne Relativdrehung zwischen den röhrenförmigen Körpern 1 und 2.

In diesem Augenblick tritt der Ring 103 in Kontakt mit einer Schulter 108 des Körpers 1, die ihn axial fest­ legt. Die zusätzliche Verschiebung der Hohlwelle 20 sorgt für die Verschiebung der Finger 26 aus der Stellung 26e in die Stellung 26f (Fig. 4) sowie für das Ein­ dringen der Finger 100 in ihre Lager 102 dank einer ge­ neigten Führungsrampe 111 und der Verriegelung des Ringes 103 auf der Welle 20. Das Ganze steht dann in der im rech­ ten Teil der Fig. 2A und 2B gezeigten Stellung.

Eine neue Drehung δ des Körpers 1 kann dann, indem man die vorgenannten Vorgänge wiederholt, erhalten werden.

Modifikationen im Rahmen der Erfindung sind ohne weiteres möglich.

So kann man beispielsweise Kontroll- oder Regelein­ richtungen vorsehen, um sicherzustellen, daß nach ihrer Verschiebung die Welle 20 in die Ausgangslage zurückkehrt.

Hierzu kann man ein magnetisches Bauteil 109, bei­ spielsweise einen Dauermagneten, verwenden, der auf der Hohlwelle 20 fest ist sowie einen Unterbrecher mit nachgiebiger Lamelle, wie er von Radiotechnique unter der Bezeichnung R 22 verkauft wird. Dieser fest mit dem oberen Körper 1 verbundene Unterbrecher ist mit einem nicht dargestellten elektrischen Kreis verbunden; seine Steuerung durch den Magneten 109 gibt an, daß die Welle 20 ihre Axialverschiebung insgesamt ausgeführt hat.

In dem oben gezeigten Beispiel sind die versenkbaren Finger 100 von der Welle 20 und die Axialnuten 107 vom Körper 2 getragen.

Es ist demgegenüber aber auch möglich, die Axialnuten in der Welle 20 vorzusehen; die versenkbaren Finger sind dann vom unteren Körper 2 getragen.

Claims (4)

1. Krümmerverbinder mit durch Fernsteuern variablem Winkel mit einem ersten röhrenförmigen am Ende einer Bohrko­ lonne festen Element und einem zweiten mit einem Boden­ motor festen Element, welcher ein Bohrwerkzeug in Drehung versetzt, wobei diese röhrenförmigen Elemente zusammenge­ setzt sind und die Achse des zweiten röhrenförmigen Ele­ mentes um eine Drehachse drehbar ist, die einen spitzen Winkel mit der Achse des röhrenförmigen Elementes bildet, wobei die Drehachse und die Achsen der beiden röhren­ förmigen Körper sich voneinander unterscheiden und im wesentlichen im selben Punkt zusammenlaufen; mit fern­ gesteuerten Einrichtungen, um nach Wunsch die Winkel­ stellung des zweiten Elements bezüglich des ersten durch Verschwenken der Achse des zweiten Elements um diese Drehachse zu modifizieren und Einrichtungen, um die röhrenförmigen Elemente bezüglich einander in einer relativen gewählten Winkelstellung festzulegen, wobei die röhrenförmigen Elemente aneinander durch Drehein­ stecken verbindbar sind, dessen Achse die Drehachse bil­ det und die durch eine Verbindungswelle dieser beiden Elemente durchsetzt ist, welche verschiebbar in diesen Elementen gelagert ist und drehfest mit einem ersten hiervon verbleibt, wobei die Verbindungswelle eine Ver­ riegelungsstellung aufweist, in der sie ebenfalls dreh­ fest mit dem zweiten röhrenförmigen Element ist und von dem sie durch Axialverschiebung lösbar ist, wobei die Verbindung im übrigen ferngesteuerte Einrichtungen, um axial diese Verbindungswelle zu verschieben, aufweist; mit Antriebseinrichtungen, die einer Axialverschiebung dieser Welle aus der Verriegelungsstellung ein Ver­ schwenken des zweiten röhrenförmigen Elementes um diese Drehachse entsprechen lassen; und Einrichtungen zur Dreh­ hilfsverriegelung der Elemente des Krümmerverbinders, welche jede ungewollte Drehung dieser Elemente nach einer Modifizierung ihrer relativen Winkelverkeilung verhindern, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsver­ riegelungselemente (103-104) wenigstens einen radial versenkbaren Finger (100), Axialnuten (107) und Einrichtungen aufweisen, die das Zusammenwirken des versenkbaren Fingers (100) und der Axial­ nuten (107) ermöglichen, wenn die Verbindungswelle (20) für die Drehung des zweiten röhrenförmigen Körpers (2) nach Entfernen aus der Verriegelungsstellung gesorgt hat, wobei das Zusammenwirken des Fingers (100) und der Nuten bis zur Rückkehr dieser Welle in die Verriegelungsstellung aufrechterhalten wird.

2. Krümmerverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der versenkbare Finger (100) von der Welle (20) getragen ist und daß diese Axialnuten in dem unteren röhrenförmigen Körper (2) ausgespart sind.

3. Krümmerverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dieser versenkbare Finger (100) von dem unteren röhrenförmigen Körper (2) getragen ist und daß diese Axialnuten (107) in dieser Welle ausgespart sind.

4. Krümmerverbinder nach Anspruch 1, bei dem die röhren­ förmigen Elemente durch eine Drehmuffe verbindbar sind, deren Achse diese Drehachse bildet und die von einer Verbindungswelle für diese röhrenförmigen Elemente durchsetzt ist, die verschiebbar in diesen röhren­ förmigen Elementen und drehbar mit einem hiervon ver­ bunden ist, wobei die Verbindungswelle über eine Verriegelungsstellung verfügt, in der sie ebenfalls drehfest mit dem anderen röhrenförmigen Element ist und aus der sie durch Axialverschiebung freikommt und mit ferngesteuerten Einrichtungen zur Axialver­ schiebung dieser Verbindungswelle sowie Antriebs­ einrichtungen, die einer Axialverschiebung dieser Welle aus der Verriegelungsstellung ein Verschwenken des zweiten röhrenförmigen Elements um die Drehachse entsprechen lassen, gekennzeichnet durch Einrichtungen (109) zur Ermittlung der Rück­ führung dieser Welle in ihre Verriegelungsstellung.