DE3326885C1

DE3326885C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Richtungsbohren in unterirdische Gesteinsformationen

Info

Publication number: DE3326885C1
Application number: DE19833326885
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr.-Ing. 3100 Osterloh Jürgens
Original assignee: Christensen Inc
Current assignee: Norton Christensen Inc
Priority date: 1983-07-26
Filing date: 1983-07-26
Publication date: 1984-08-16
Also published as: BE899466A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Richtungsbohren in unterirdische Gesteinsformationen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE-AS 08 640) werden zum Geradeausbohren einerseits und zum Bohren in abgewinkelter Richtung andererseits jeweils unterschiedliche Drehbohrwerkzeuge verwendet, wobei das Drehbohrwerkzeug für ein Bohren in abgewinkelter Richtung die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebene Ausbildung aufweist. Zum Abwinkein des Bohrungsverlaufs aus einer vorgegebenen Richtung muß der gesamte Bohrstrang aufgeholt und nach Auswechseln des Drehbohrwerkzeugs anschließend wieder in die Bohrung eingefahren werden, bevor mit einem Bohren in abgewinkelter Richtung begonnen werden kann. Zur Führung des Gehäuses des Drehbohrwcrkzcugs beim Bohren in abgewinkelter Richtung ist dieses dabei mit einer außenliegenden Führungsleiste versehen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe

ίο zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung gati<ingsgemäßer Art zu schaffen, die mit geringem Bau- und Betriebsaufwand einen unmittelbaren, von Zeitverlusten sowie Umrüsrungsarbeiten oder Umstellungen freien Richtungswechsel der Bohrrichtung ermöglichen.

Zur l-ösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Erfindung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 und die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 2 gekennzeichnet Hinsichtlich weiterer Ausgestaltungen wird auf die Patentansprüche 3 und 4 verwiesen.

Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht sowohl ein Geradeausbohren, bei dem dem Gehäuse über den Bohrstrang lediglich eine eigene, jedoch langsame Umdrchungsbewegung und durch die resultierende Bewegung des Drehbohrmeißels dem Bohrloch ein Verlauf in Richtung der Bohrstrangachse vorgegeben wird, als auch ein Abwinkein dt? Bohrrichtung, zu der es genügt, das Gehäuse des Drehbohrwerkzeugs entsprechend der gewünschten Ablenkung der Bohrung über den Bohrstrang auszurichten und anschließend gegen Drehung zu halten. Dementsprechend ist ein Richtungswechsel nahezu ohne Unterbrechung des Bohrvorganges herbeiführbar. Die Vorrichtung kommt dabei sowohl für das Geradeausbohren als auch für das Bohren in abgewinkelter Richtung mit ein und demselben baulich einfachen Drehbohrwerkzeug aus, das ohne jegliche Veränderung bei Richtungswechseln bleibt Das Drehen des Bohrstranges beim Geradeausbohren bzw. das Ausrichten und Festsetzen des Bohrstrang«: beim Bohren in abgewinkelter Richtung lassen sich mit einfachen baulichen Mitteln, z. B. unter Zuhilfenahme eines üblichen Drehtisches, verwirklichen.
Das Drehen eines Bohrstranges, an dem seinerseits drehbar ein Drehbohrwerkzeug gelagert ist, ist an sich bekannt (DE-OS 23 14 656). Das Drehen des Bohrstranges dient bei der bekannten Bohrvorrichtung jedoch dazu, dem drehbar am Bohrstrang gelagerten Drelibohrwerkzeug ein Reaktionsmoment aufzuprägen, um

so das Drehbohrwerkzeug in seiner gewünschten Ausrichtung für das Bohren in abgelenkter Richtung zu fixieren. Das Drehbohrwerkzeug besteht dabei aus einem winkelrohrförmigen, am Bohrstrang drehbar gelagerten Gehäuse, das einen in diesem angeordneten Tieflochmotor und eine mit dem Rotor des Motors verbundene, im unteren abgewinkelten Teil des Gehäuses koaxial gelagerte und am unteren Ende des Gehäuses aus diesem austretende Abtriebswelle aufweist, an deren vorderem Ende mit der Abtriebswelle fluchtend ein Drehbohrmeißel angebracht ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels eines in der Zeichnung im Längsschnitt veranschaulichten Drehbohrwerkzeugs näher erläutert:

Das dargestellte Drehbohrwerkzeug umfaßt ein mehrteiliges, geradrohrförmiges Gehäuse t, in dessen oberem Bereich ein Motor 2, z. B. ein Verdrängungsmotor, angeordnet ist und der mit einem nicht dargestellten

Bohrstrang verbindbar ist Das Drehbohrwerkzeug umfaßt ferner eine Abtriebswelle 3» die am unteren Ende aus dem Gehäuse 1 austritt und über einen Anschluß 4 mit einem Drehbohrmeißel 5 verbunden ist Die Abtriebswelle 3 ist um eine Rotationsachse 6 drehbar im Gehäuse 1 gelagert, und die Rotationsachse 6 ist gegenüber der Achse 7 des Gehäuses 1 winklig ausgerichtet Die Abtriebswelle 3 ist mit dem Motor 2 über ein elastisches Verbindungsglied 8, das hier als Biegewelle ausgeführt ist, verbunder. Die Biegewelle 8 dient hierbei sowohl zum Ausgleich der Taumelbewegungen des Rotors 9 des Motors 2 als auch zum Ausgleich der unterschiedlichen axialen Neigung des Rotors 9 und der Abtriebswelle 3.

Die Abtriebswelle 3 ist im Gehäuse 1 durch eine Lagervorrichtung 10 abgestützt die in einer winklig zur Achse 7 des Gehäuses 1 verlaufenden Bohrung 11 angeordnet ist Die Lagervorrichtung 10 umfaßt einen mittleren Bereich, der ein Axiallager 12 bildet sowie einen oberen und einen unteren Bereich, die als Radiallager 13,14 ausgebildet sind.

Die Lage der Bohrung 11 innerhalb des Gehäuses 1 ist dabei so gewählt daß die Rotationsachse 6 df-* Abtriebswelle 3 mit der Achse 7 des Gehäuses 1 einen Schnittpunkt 15 bildet der im unteren Drittel der Abtriebswelle3 liegt Dadurch wird erreicht daß das Drehbohrwerkzeug bei gleichzeitigem Mildrehen des Bohrstrangs praktisch keine Taumelbewegung vollführt Es besteht sogar die Möglichkeit bei Anstellung der Abtriebswelle 3 in einem sehr kleinen Winkel den gemeinsamen Schnittpunkt der Rotationsachse 6 mit der Gehäuseachse 7 unterhalb der Abtriebswelle 3 in den Bereich des Drehbohrmeißels 5 zu legen, und so dem Drehbohrmeißel eine völlig taumelfreie Arbeitsweise beim Geradeausbohren zu vermitteln.

Statt einer winklig zur Achse 7 des Gehäuses 1 verlaufenden Bohrung 11 kann auch eine koaxiale Bohrung vorhanden sein und die Neigung der Abtriebswelle 3 zur Achse 7 des Gehäuses 1 durch eine Lagervorrichtung erzielt werden, die eine winklig zur Achse 7 des Gehäuses 1 ausgerichtete Lagerachse darbietet.

Der zwischen der Rotationsachse 6, der Abtriebswelle 3 und der Achse 7 des Gehäuses 1 gebildete Winkel ist zwar durch die Durchmesserverhältnisse des Bohrwerkzeugs begrenzt jedoch ermöglicht das Drehbohrwerkzeug, jederzeit und während größerer Intervalle Ablenkarbeiten durchzuführen.

Das Drehbohrwerkzeug kann statt eines Verdrängungsmotors im Ausführungrbeispicl auch mit einem Strömungsmotor, zum Beispiel einer Turbine, versehen oo sein. Dabei kann die Rotorwelle der Turbine selbst so flexibel ausgebildet werden, daß sie auch ohne gesondertes Verbindangsteil die Aulgabe des elastischen Verbindungsgliedes 6, insbesondere bei kleinem Anstellwinkel, übernimmt.

Zum Geradeausbohren wird dem Gehäuse 1 des Drehbohrwerkzeugs eine eigene, jedoch langsame Drehbewegung durch den Bohrstrang erteilt, wobei für den Antrieb des Bohrstranges z. B. ein üblicher Drehtisch Verwendung finden kann. Für den Übergang zu einem Bohren in abgewinkelter Richtung genügt es, während einer kurzfristigen Unterbrechung des Bohrvorganges dem Gehäuse 1 des Drehbohrwerkzeugs über den Bohrstrang eine geeignete Ausrichtung vorzugeben, den Bohrstrang dann gegen Drehen zu halten, wofür ebenfalls ein üblicher Drehtisch herangezogen werden kann, und dann den Bohrvorgang fortzusetzen, wobei das Drehbohrwerkzu.g nun dem Bohrloch einen

in Richtung der Achse seiner Abtriebswelle abgelenkten Verlauf erteilt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Richtungsbohren in unterirdische Gesleinsformationen mittels eines Drehbohrwerkzeugs, das aus einem geradrohrförmigen, mit einem Bohrstrang verbindbaren Gehäuse, einem in diesem angeordnetem Tieflochmotor und einer mit dem Rotor des Motors verbundenen, im Gehäuse unter einem Winkel zur Längsachse des Gehäuses ausgerichtet gelagerten, am unteren Ende des Gehäuses aus diesem austretenden Abtriebswelle besteht, an deren vorderem Ende mit der Abtriebswelle fluchtend ein Drehbohrmeißel angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Geradeausbohren der Bohrstrang und das Gehäuse des Drehbohrwerkzeuges in eine eigene, jedoch langsame Umdrehung versetzt werden, und daß zum Abwinkein der Bohrung aus einer vorgegebenen Richtung der Bohrstrang und das Gehäuse des Drehbohrwerkzepges ausgerichtet und gegen Drehung gehalten werden.

2. Vorrichtung zum Richtungsbohren in unterirdische Gesteinsformationen mit einem Drehbohrwerkzeug, das aus einem gcradrohrförmigen, mit einem Bohrstrang drehfest verbundenen Gehäuse, einem in diesem angeordneten Tipflochmotor und einer mit dem Rotor des Motors verbundenen, im Gehäuse unter einem Winkel zur Längsachse des Gehäuses ausgerichtet gelagerten, am unteren Ende des Gehäuses aus diesem austretenden Abtriebswelle besteht, an Jeren vorderem Ende mit der Abtriebswelle fluchtend ein Drehbohrmeißel angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Geradeausbohren das Gehäuse (1) d^s Drehbohrwerkzeuges durch ein an sich bekanntes Drehen des Bohrstranges in eine eigene, jedoch langsame Umdrehung versetzbar ist, und daß zum Abwinkein der Bohrung aus einer vorgegebenen Richtung das Gehäuse des Drehbohrwerkzeuges mittels des Bohrstranges ausricht- und gegen Drehung festlegbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse (6) der Abtriebswelle (3) des Bohrwerkzeugs einen in deren unteren Drittel gelegenen gemeinsamen Schnittpunkt (15) mit der Achse (7) des Gehäuses (1) besitzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse (6) der Abtriebswelle (3) des Bohrwerkzeuges einen im Bereich des Drehbohrmeißels (5) gelegenen gemeinsamen Schnittpunkt mit der Achse (7) des Gehäuses (1) besitzt.