DE3239684A1

DE3239684A1 - Drilling device

Info

Publication number: DE3239684A1
Application number: DE19823239684
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Ing. 8011 Siegertsbrunn Müller
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1982-10-27
Filing date: 1982-10-27
Publication date: 1984-05-03

Abstract

In order to produce the transition curve of a secondary bore 8 branching off from an existing exploration bore 6 with a drilling device 2 which consists of an articulated drill 10, which can be directionally controlled and automatically drives a rock bore, and of a starting part 14 provided for determining the initial coordinates of the articulated drill and uncoupled from the latter after the start of drilling, the starting part 14 is designed as an expanding and feed mechanism 42, 44, 46 including a steerable swivel connection 12 fastened to the articulated drill 10 in such a way that it can be uncoupled, so that the starting part 14 also performs the function of mechanically supporting the articulated drill 10 and controlling the feed and direction of the articulated drill 10 in the critical intersection area of the secondary bore 8 until the articulated drill 10 can automatically continue the secondary bore 8, whereupon the swivel connection 12 is uncoupled by a control command and the starting part 14 is recovered from the drill hole 6. <IMAGE>

Description

BohrvorrichtungDrilling device

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bohrvorrichtung zum Herstellen einer von einem vorhandenen Bohrloch abzweigenden Nebenbohrung, mit einem lenkbaren, selbsttätig vorschreitenden Mehrgliederbohrer einschließlich eines an dessen hinteres Ende angekoppelten, im Bohrloch zurückbleibenden Startteils.The invention relates to a drilling device for manufacturing a secondary borehole branching off from an existing borehole, with a steerable, self-advancing multi-link drill including one at its rear End of coupled starting part that remains in the borehole.

Richtungssteuerbare Bohreinrichtungen, die aus mehreren, jeweils über lenkbare Schwenkverbindungen miteinander gekoppelten, zyklisch betätigten Vorschub-und Spreizgliedern bestehen, sind Stand der Technik (z.B. DE-AS 24 52 439 ), insbesondere auch solche der eingangs erwähnten Art mit einem im Bohrloch zurückbleibenden Startteil, bei denen die einzelnen Bewegungsvektoren der gelenkig miteinander verbundenen, alternierend vorrückenden Vorschubglieder zur Positions- und Lageerfassung des Gliederbohrers inkremental aufaddiert und die Ausgangskoordinaten des Gliederbohrers an der Verzweigungsstelle mit Hilfe des Startteils bestimmt werden, wie dies im einzelnen in dem nicht-vorveröffentlichten deutschen Patent 3145129, das hiermit als Bestandteil der vorliegenden Erfindung in Bezug genommen wird, beschrieben ist.Directionally controllable drilling devices consisting of several, each via steerable swivel connections coupled to one another, cyclically operated feed and Spreading members exist are state of the art (e.g. DE-AS 24 52 439), in particular also those of the type mentioned at the beginning with a starting part remaining in the borehole, in which the individual motion vectors of the articulated, alternately advancing feed links for position and position detection of the link drill incrementally added up and the starting coordinates of the link drill at the branching point be determined with the help of the starting part, as described in detail in the non-pre-published German Patent 3145129, which hereby forms part of the present invention is referred to is described.

Der Ausbruch einer Verzweigungsstelle, insbesondere einer solchen mit einer engkurvig abbiegenden Nebenbohrung, erfordert jedoch eine baulich aufwendige Gestaltung eines derartigen Gliederbohrers, weil die üblichen Spreizwerke im Bereich der Verschneidung von Bohrloch und Nebenbohrung keinen Halt finden und daher am Gliederbohrer zusätzliche Spreiz - und Vorschubglieder zur Uberbrückung der Verschneidungsstelle benötigt werden, wodurch sich vor allem das Kostenrisiko für den Fall eines Verlustes des Gliederbohrers in der Nebenbohrung beträchtlich erhöht.The breakout of a branch point, especially one with a tightly curved secondary bore, however, requires a structurally complex one Design of such an articulated drill, because the usual spreading mechanisms in the area the intersection of the borehole and the secondary borehole cannot find a hold and therefore on the Link drill additional expansion and feed links for Bridging the intersection are required, which primarily increases the cost risk in the event of a loss of the articulated drill in the auxiliary bore is considerable elevated.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bohrvorrichtung der beanspruchten Art so auszubilden, daß der Start einer von einer existierenden Erkundungsbohrung aus abzweigenden Nebenbohrung ohne baulich aufwendigere Gestaltung des Gliederbohrers ermöglicht wird.The object of the invention is to provide a drilling device as claimed Kind to train so that the start of one of an existing exploratory well from branching secondary drilling without structurally more complex design of the articulated drill is made possible.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1, vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 6 gekennzeichnet.The inventive solution to this problem is in claim 1, advantageous Refinements are characterized in claims 2 to 6.

Aufgrund der Ausbildung des für die Vortriebsweise nach dem erwähnten deutschen Patent 31 45 129 ohnehin benötigten Startteils als mit dem Gliederbohrer über eine lösbare, lenkbare Schwenkverbindung gekoppeltes Spreiz- und Vorschubwerk werden die mechanische Führung, Steuerung und Abstutzung des Gliederbohrers in dem kritischen Verzweigungsbereich vom Startteil/ e ernommen, bis der Gliederbohrer sich so weit in der Nebenbohrung vorgearbeitet hat, daß er diese ohne die Fremdhilfe des Startteils weiterzutreiben vermag, woraufhin er von dem im Bohrloch zurückbleibenden Startteil getrennt wird. Mit dieser mechanischen Starthilfe werden auch engkurvige Abzweigstellen sicher überbrückt, ohne daß der Gliederbohrer baulich aufwendiger Zusatzeinrichtungen, etwa eines komplizierten Spreiz- und Vorschubmechanismus, bedarf, die dann beim weiteren Vortrieb der Nebenbohrung nicht mehr gebraucht werden und unnötigerweise die Steuerung komplizieren und den Energie oder Kühlmittelverbrauch und vor allem das Kostenrisiko im Verlustfall des Gliederbohrers erhöhen.Due to the training for the propulsion method according to the mentioned German patent 31 45 129 anyway required starting part than with the link drill Spreader and feed mechanism coupled via a detachable, steerable swivel connection the mechanical guidance, control and support of the articulated drill in the critical branching area taken from the starting part (s) to the link drill has worked so far in the secondary hole that he can do this without the outside help of the starting part is able to continue to drive, whereupon he of the one remaining in the borehole Starting part is separated. With this mechanical jump start, even tight turns are possible Branches are safely bridged without the link drill being structurally more complex Additional equipment, such as a complicated spreading and advancing mechanism, is required, which are then no longer needed for the further advance of the secondary borehole and unnecessarily complicate the control and the energy or coolant consumption and especially increase the cost risk in the event of loss of the articulated drill.

Aus Gründen einer baulichen Vereinfachung besteht die den Gliederbohrer im Verzweigungsberech steuernde Schwenkverbindung gemäß Anspruch 2 vorzugsweise aus einer Gelenkverbindung mit zugeordneten Lenkzylindern, und zwar entweder aus einem allseitig winkelbeweglichen Gelenk mit mindestens zwei doppelt wirkenden, in zueinander senkrechten Mittelebenen des Startteils angeordneten Lenkzylindern oder aus einem durch einen einzigen Lenkzylinder verstellbaren Einfachgelenk, das über einen Stelltrieb drehpositionierbar am Startteil gelagert ist. Durch die im Anspruch 3 definierte, bevorzugte Anordnung der Trennstelle wird erreicht, daß auch die Schwenkverbindung einschließlich er Lenkzylinder am Startteil verbleibt, wobei die Trennung der Schwenkverbindung vom Gliederbohrer gemäß Anspruch 4 in weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung am einfachsten durch pyrotechnische Sprengsätze erfolgt Die zur Bestimmung der Ausgangskoordinaten des Gliederbohrers nach dem-genannten deutschen Patent benötigten Sensoren, etwa ein Kreisel zur Bestimmung der Ausgangs-Drehlage der Bohrvorrichtung im Bohrloch, sind gemäß Anspruch 5 vorzugsweise im Startteil angeordnet.For reasons of structural simplification, there is an articulated drill in the branching area controlling swivel connection according to claim 2 preferably from an articulated connection with associated steering cylinders, either from an all-round angularly movable joint with at least two double-acting, steering cylinders arranged in mutually perpendicular central planes of the starting part or from a single joint that can be adjusted by a single steering cylinder is mounted on the starting part so that it can be rotated by means of an actuating drive. The im Claim 3 defined, preferred arrangement of the separation point is achieved that too the pivot connection including the steering cylinder remains on the starting part, with the separation of the pivot connection from the link drill according to claim 4 in further expedient embodiment is done most easily by pyrotechnic explosives The for determining the starting coordinates of the link drill according to the-mentioned German patent required sensors, such as a gyro to determine the initial rotational position the drilling device in the borehole are preferably in the starting part according to claim 5 arranged.

In besonders bevorzugter Weise verfügt das als Spreiz-und Vorschubwerk ausgebildete Startteil über eine vom Gliederbohrer unabhängige Energieversorgung, so daß es unmittelbar nach der Entkoppelung geborgen werden und, während der-Gliederbohrer die Nebenbohrung ungestört weiter vortreibt, als Starthilfe für einen weiteren Gliederbohrer Verwendung finden kann.In a particularly preferred manner, this is available as an expanding and advancing mechanism trained starting part via an energy supply independent of the articulated drill, so that it can be salvaged immediately after decoupling and, during the-joint drill The secondary well continues to advance undisturbed, as a starting aid for another Link drill Can be used.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt: Fig.1 eine Bohrvorrichtung in stark schematisierter Darstellung in der Anfangsphase einer von einem vorhandenen Bohrloch abzuzweigenden Nebenbohrung; und Fig. 2 eine ebenfalls stark schematisierte Darstellung der Bohrvorrichtung unmittelbar nach der Entkoppelung des Gliederbohrers vom Startteil.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings, for example explained. It shows: FIG. 1 a drilling device in a highly schematic representation in the initial phase of a secondary borehole to be branched off from an existing borehole; and FIG. 2 shows a likewise highly schematic representation of the drilling device directly after decoupling the articulated drill from the starting part.

Die Bohrvorrichtung 2, die mit Hilfe eines Gestänges 4 in der bereits vorhandenen, senkrechten Erkundungsbohrung 6 bis zu einer Stelle abgesenkt wird, von der aus eine engkurvig abzweigende Neben- oder Querbohrung 8 vorgetrieben werden soll, enthält als Hauptbestandteile einen Gliederbohrer 10 und ein an dessen hinteres Ende über eine lenkbare Schwenkverbindung 12 lösbar angekoppeltes, als Spreiz- und Vorschubwerk ausgebildetes Startteil 14.The drilling device 2, which with the help of a rod 4 in the already existing, vertical exploratory borehole 6 is lowered to one point, from which a narrow-curve branching secondary or transverse bore 8 is driven should, contains as main components an articulated drill 10 and one at the rear End detachably coupled via a steerable pivot connection 12, as spreading and Starting part 14 in the form of a feed mechanism.

Der Gliederbohrer 10 trägt an seinem vorderen Ende den Bohrkopf 16, etwa einen Heißgasstrahl-Brennerkopf, der mit dem Vorderteil 18 des Gliederbohrers 10 über ein Gelenk 20 und mehrere, in Umfangsrichtung versetzt angeordnete Lenkzylinder 22 ( von denen nur einer gezeigt ist) allseitig kippbeweglich einstellbar verbunden ist. Zwischen dem Vorderteil 18 und dem Hinter- teil 24 des Gliederbohrers 10 befindet sich eine weitere, aus einem allseitig winkelbeweglichen Gelenk 26 und mehreren Lenkzylindern 28 (von denen wiederum nur einer gezeigt ist) bestehende, lenkbare Schwenkverbindung, sowie ein Vorschubzylinder 30, und beide Teile 18, 24 sind jeweils mit unabhängig voneinander betätigbaren Spreizmechanismen 32 bzw. 34 versehen, die jeweils aus einem vorderen und einem hinteren Satz von mindestens drei, gleichförmig in Umfangsrichtung verteilt angeordneten, seitlich ausfahrbaren und im ausgefahrenen Zustand einzeln verriegelbaren Hydraulikstützen 36, 38 bestehen.The articulated drill 10 carries the drill head 16 at its front end, for example a hot gas jet burner head, which is connected to the front part 18 of the articulated drill 10 via a joint 20 and several steering cylinders arranged offset in the circumferential direction 22 (only one of which is shown) connected so that it can be tilted on all sides is. Between the front part 18 and the rear part 24 of the articulated drill 10 there is another one consisting of an all-round angularly movable joint 26 and several steering cylinders 28 (of which only one is shown) existing, steerable swivel connection, as well as a feed cylinder 30, and both parts 18, 24 are each with independently operable spreading mechanisms 32 and 34, respectively provided, each consisting of a front and a rear set of at least three laterally extendable, uniformly distributed in the circumferential direction and hydraulic supports 36, 38 which can be individually locked in the extended state.

Ein nach über Tage verlaufender, in gestrichelten Linien dargestellter Leitungsstrang 40 dient zur Energieversorgung des Gliederbohrers 10 sowie zur Signalübertragung zu und von einem über Tage befindlichen Führungssystems (nicht gezeigt), das die Winkellageneinstellung der Schwenkverbindungen 20, 22 und 26,28 sowie - mit Hilfe des Vorschubzylinders 30 und der Spreizmechanismen 32 und 34 - das alternierende Ver-.One that runs over days and is shown in dashed lines Wire harness 40 is used to supply power to the articulated drill 10 and to transmit signals to and from a surface guidance system (not shown) that the Angular position adjustment of the pivot connections 20, 22 and 26, 28 and - with the help of the feed cylinder 30 and the spreading mechanisms 32 and 34 - the alternating one Ver.

spreizen und Vorrücken des Gliederbohrers 10 im Bohrloch steuert, so daß dieser selbsttätig eine unverzweigte Gesteinsbohrung vorzutreiben vermag, wobei die Lage- und Positionserfassung auf die im deutschen Patent 31 45 129 beschriebene Weise durch inkrementales Aufaddieren der Bewegungsvektoren der einzelnen, alternierend vorrückenden Gliederbohrerteile 18, 24 erfolgt.controls spreading and advancement of the articulated drill 10 in the borehole, so that it can automatically drive an unbranched rock hole, the location and position detection to that described in German Patent 31 45 129 Way by incrementally adding up the motion vectors of the individual, alternating advancing link drill parts 18, 24 takes place.

Im übrigen ist der Gliederbohrer 10, etwa auch hinsichtlich der Bohrkleinförderung, von üblicher Bau- und Funktionsweise.In addition, the articulated drill 10, for example with regard to the conveyance of cuttings, of the usual construction and functionality.

Der Gliederbohrer 10 ist jedoch nicht in der Lage, selbständig den Verscheidungsbereich einer von der vor- handenen Erkundungsbohrung 6 abzweigenden Nebenbohrung 8, insbesondere einer solchen mit einem engen Übergangsbogen, auszubrechen, weil seine Spreizmechanismen wegen der im Bereich der Abzweigstelle örtlich stark erweiterten Bohrlochbreite und der Schräglage bezüglich der Bohrlochwand keine ausreichende Abstützung finden und die selbständige Richtungs- und Vorschubsteuerung des Gliederbohrers 10 daher im Verzweigungsbereich zum Erliegen kommt. Dieser Zustand des Gliederbohrers 10 ist in Figur 1 veranschaulicht, aus der zu ersehen ist, daß sich der Gliederbohrer 10 mit seinem Vorderteil 18 und dem zugeordneten Spreizmechanismus 32 in dem kritischen Verschneidungsbereich der Bohrungen 6, 8 befindet und den Ubergangsbogen zur Bohrung 8 nicht selbständig ausführen . kann.However, the link drill 10 is not able to independently Discrimination area one of the previous existing exploratory drilling 6 branching secondary bore 8, in particular one with a narrow transition bend, break out because of its spreading mechanisms because of the area of the junction locally greatly expanded borehole width and the inclination with respect to the borehole wall not finding adequate support and the independent direction and feed control of the link drill 10 therefore comes to a standstill in the branching area. This condition of the link drill 10 is illustrated in Figure 1 from which it can be seen that the articulated drill 10 with its front part 18 and the associated spreading mechanism 32 is located in the critical intersection area of the bores 6, 8 and the transition bend to hole 8 do not carry out independently. can.

Daher ist das Startteil 14 als mehrteiliges Spreiz-und Vorschubwerk mit einem vorderen und einem hinteren, wiederum jeweils aus seitlich ausfahrbaren und einzeln verriegelbaren Hydraulikstützen bestehenden Spreizmechanismus 42, 44, einem dazwischenliegenden Vorschubzylinder 46 und der an das hintere Ende des Gliederbohrers 10 angeschlossenen , lenkbaren Schwenkverbindung 12 ausgebildet, so daß es als Starthilfe für den Gliederbohrer 10 wirkt und dessen mechanische AbstUtzung sowie Vorschub- und Richtungssteuerung im Bereich der Abzweigstelle mitübernimmt, bis der Gliederbohrer 10 die Nebenbohrung 8 so weit vorgetrieben hat, daß der seinem hinteren Teil 24 zugeordnete Spreizmechanismus 34 den Verschneidungsbereich verlassen und- durch Einfahren des Vorschubzylinders 30 - vollständign die Nebenbohrung 8 nachgezogen werden kann, woraufhin der Gliederbohrer 10 vom Startteil 14 getrennt wird.The starting part 14 is therefore a multi-part expanding and advancing mechanism with a front and a rear, in turn each from laterally extendable and individually lockable hydraulic supports existing spreading mechanism 42, 44, an intermediate feed cylinder 46 and the one at the rear end of the link drill 10 connected, steerable pivot connection 12 formed so that it can be used as a starting aid acts for the link drill 10 and its mechanical support and feed and direction control in the area of the branch point takes over until the link drill 10 has advanced the secondary bore 8 so far that its rear part 24 assigned spreading mechanism 34 leave the intersection area and through Retraction of the feed cylinder 30 - the secondary bore 8 has been completely retraced can be, whereupon the link drill 10 is separated from the starting part 14.

Dieser Zustand kurz nach der Entkoppelung, die durch einen Steuerbefehl vom oberirdischen Führungssystem aus erfolgt, ist in Figur 2 veranschaulicht.This state shortly after the decoupling that resulted from a Control command from the above-ground guidance system is illustrated in FIG.

Die Trennstelle liegt zwischen dem hinteren Gliederbohrerende und der lenkbaren Schwenkverbindung 12, welche entweder - wie gezeigt - aus einem allseitig winkelbeweglichen Gelenk 48 und einem Satz von Lenkzylindern 50 oder aber aus einem Einfachgelenk, ei-/und nem einzigen Lenkzylinder zusätzlich noch einem Drehmechanismus zur Einstellung der Drehlage des Gliederbohrers 10 bezüglich des Startteils 14 besteht, wobei die Abkoppelung in der Weise geschieht, daß das Gelenk 48 und die Lenkzylinder 50 am hinteren Gliederbohrerende über auf pyrotechnischem Wege durch den Abkoppelungsbefehl des Führungssystems absprengbare Sicherungsbolzen 52 befestigt sind.The separation point is between the rear end of the articulated drill and the steerable pivot connection 12, which either - as shown - from an all-round angularly movable joint 48 and a set of steering cylinders 50 or from one Single joint, a single steering cylinder and a rotating mechanism to adjust the rotational position of the articulated drill 10 with respect to the starting part 14, the decoupling is done in such a way that the joint 48 and the steering cylinder 50 at the rear end of the articulated drill via pyrotechnic means through the decoupling command of the guide system detachable securing bolts 52 are attached.

Das Startteil 14 dient außerdem zur Bestimmung der Ausgangskoordinaten des Gliederbohrers 10 nach der in dem erwähnten deutschen Patent beschriebenen Steuerungsmethode und enthält zu diesem Zweck einen Sensor in Form eines Kreisels 54 zur Bestimmung und ggf. Korrektur der Ausgangs-Drehlage des Gliederbohrers 10. Über eine vom Leitungsstrang 40 getrennte Versorgungs- und Ubertragungsleitung 56 wird das Startteil 14 mit Energie versorgt und von dem über Tage befindlichen Führungssystem aus gesteuert, welches die Stellbewegungen des Startteils 14 mit denen des Gliederbohrers 10 in der zum Vortrieb der Verzweigungsstelle erforderlichen Weise bis zur Entkoppelung des Startteils 14 koordiniert.The starting part 14 is also used to determine the initial coordinates of the link drill 10 according to the control method described in the aforementioned German patent and for this purpose contains a sensor in the form of a gyro 54 for determination and, if necessary, correction of the initial rotational position of the articulated drill 10. Via one of the wiring harness 40 separate supply and transmission line 56 is the starting part 14 with energy supplied and controlled from the guidance system located above the surface, which the adjusting movements of the starting part 14 with those of the link drill 10 in the for Advancement of the branching point required until the starting part is decoupled 14 coordinated.

Während die Nebenbohrung 8 nach der Entkoppelung allein vom Gliederbohrer 10 weiter vorgetrieben wird, wird das Startteil 14 einschließlich der Schwenkverbindung 12 durch das Gestänge 4 geborgen und steht als Starthilfe für einen weiteren Gliederbohrer zur Verfügung.While the secondary hole 8 after decoupling only from the link drill 10 is further advanced the starting part 14 including the pivot connection 12 recovered by the linkage 4 and is available as a starting aid available for another articulated drill.

LeerseiteBlank page

Claims

Drilling device claims 1. Drilling device for manufacturing a secondary borehole branching off from an existing borehole, with a steerable, automatically advancing multi-link drill and one at its rear end coupled starting part remaining in the borehole, thereby g e k e n n z e i c h n e t that the starting part as a; steerable pivot connection (12) with the Link drill (10) coupled, separated from this in the area of the branch point Spreading and advancing mechanism (14, 42, 44, 46) is formed.

2. Drilling device according to claim 1, characterized in that g e k e n nz e i c h n e t that the pivot connection (12) is a joint controllable by a steering cylinder (50) (48) is provided.

3. Drilling device according to claim 1 or 2, characterized in that g e k e n n z e i c h n e t that the drill-side attachment points (52) of the pivot connection (12) are designed as a separation point.

4. Drilling device according to one of the preceding claims, characterized g e k e n n n n z e i c h n e t that for separating the swivel connection (12) from the link drill (10) Pyrotechnic explosives are provided.

5. Drilling device according to one of the preceding claims, characterized it is noted that the spreading and advancing mechanism (14, 42, 44, 46) have sensors (54) for determining the starting position of the articulated drill (10) contains.

6. Drilling device according to one of the preceding claims, characterized it is noted that the spreading and advancing mechanism (14, 42, 44, 46) and the articulated drill bits (10) have mutually independent supply lines (40, 56).