DE3406364C1

DE3406364C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Richtungsbohren in unterirdische Gesteinsformationen

Info

Publication number: DE3406364C1
Application number: DE19843406364
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr.-Ing. 3100 Osterloh Jürgens
Original assignee: Christensen Inc
Current assignee: Christensen Inc
Priority date: 1983-07-26
Filing date: 1984-02-22
Publication date: 1984-11-22
Also published as: GB2143879A; GB8417849D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Richtungsbohren in unterirdische Gesteinsformationen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2, die jeweils Gegenstand des Hauptpatents 33 26 885 sind.

Bei einem bekannten Verfahren (DE-AS 11 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 eine im ersten Teil des Oberbegriffs 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 Drehbohrwerkzeugs beim Bohren in abgewinkelter Richtung ist dieses dabei mit einer außenliegenden Führungsleiste versehen.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung gattungsgemäßer Art zu schaffen, die mit geringem Bau- und Betriebsaufwand einen unmittelbaren, von Zeitverlusten sowie Umrüstungsarbeiten oder Umstellungen freien Richtungswechsel der Bohrrichtung ermöglichen. Zur Lösung 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.

Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht sowohl ein Geradeausbohren, bei dem dem Gehäuse über den Bohrstrang lediglich eine eigene, jedoch langsame Umdrehungsbewegung und durch die resultierende Bewegung des Drehbohrmeißels dem Bohrloch ein Verlauf in Richtung der Bohrstrangachse vorgegeben wird, als auch ein Abwinkein der 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 Bohrstranges 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 Drehbohrwerkzeug ein Reaktionsmoment aufzuprägen, um 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 erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt

F i g. 1 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch ein Drehbohrwerkzeug der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die in F i g. 1 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt ein in einem Bohrloch 17 befindliches Drehbohrwerkzeug 18, das mittels eines mit seinem Gehäuse 1 verbundenen Bohrstranges 19 in einem Drehtisch 20 eines Bohrturms 21 eingespannt ist. Der Drehtisch 20 besitzt eine Antriebs- und Blockiervorrichtung

22, mittels der das Spannfutter des Drehtisches 20 und damit der Bohrstrang 19 in kontinuierliche Umdrehung versetzbar ist oder durch eine begrenzte Drehbewegung ausricht- und anschließend gegen Drehung festlegbar ist.

Wie der in F i g. 2 dargestellte Längsschnitt durch das Drehbohrwerkzeug 18 erkennen läßt, ist im oberen Bereich des mehrteiligen, geradrohrförmigen Gehäuses 1 ein Motor 2, z. B. ein Verdrängungsmotor angeordnet, der eine Abtriebswelle 3 treibt. Diese tritt am unteren Ende des Gehäuses 1 aus diesem aus und ist über einen Anschluß 4 mit einem Drehbohrmeißel 5 verbunden. Die Abtriebswelle 3 ist um eine Rotationsachse 16 drehbar im Gehäuse 1 gelagert, und die Rotationsachse 16 ist gegenüber der Achse 7 des Gehäuses 1 parallel versetzt. Die Abtriebswelle 3 ist mit dem Motor 2 über ein elastisches Verbindungsglied 8, das hier als Biegewelle ausgeführt ist, verbunden. Die Biegewelle 8 dient hierbei sowohl zum Ausgleich der Taumelbewegungen ,des Rotors 9 des Motors 2 als auch zum Ausgleich des axialen Versatzes des Rotors 9 und der Abtriebswelle 3.

Die Abtriebswelle 3 ist im Gehäuse 1 durch eine Lagervorrichtung 10 abgestützt, die in einer exzentrisch zum Gehäuse 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.

Statt einer exzentrisch zum Gehäuse 1 verlaufenden Bohrung 11 kann auch eine koaxiale Bohrung vorhanden sein und der axiale Versatz der Rotationsachse 16 der Abtriebswelle 3 zur Achse 7 des Gehäuses 1 durch eine Lagervorrichtung 10 erzielt werden, die eine parallel zur Achse 7 des Gehäuses 1 versetzt ausgerichtete Lagerachse darbietet.

Der zwischen der Rotationsachse 16, der Abtriebswelle 3 und der Achse 7 des Gehäuses 1 gebildete Versatz ist zwar durch die Durchmesserverhältnisse des Drehbohrwerkzeugs 18 begrenzt, jedoch ermöglicht das Drehbohrwerkzeug 18 jederzeit und während größerer Intervalle Ablenkarbeiten durchzuführen.

Das Drehbohrwerkzeug 18 kann statt eines .Verdrängungsmotors im Ausführungsbeispiel auch mit einem Strömungsmotor, zum Beispiel einer Turbine, versehen sein. Dabei kann die Rotorwelle der Turbine selbst so flexibel ausgebildet werden, daß sie auch ohne gesondertes Verbindungsteil die Aufgabe des elastischen Verbindungsgliedes 8, insbesondere bei kleinem Versatz der Rotationsachse 16 gegenüber der Achse 7 des Gehäuses übernimmt.

Zum Geradeausbohren wird dem Gehäuse 1 des Drehbohrwerkzeugs 18 eine eigene, jedoch langsame Drehbewegung durch den Bohrstrang 19 erteilt, die dieser über die auf den Drehtisch 20 des Bohrturms 21 einwirkende Antriebs- und Blockiervorrichtung 22 erfährt. Für den Übergang zu einem Bohren in abgewinkelter Richtung genügt es, während einer kurzfristigen Unterbrechung des Bohrvorganges dem Gehäuse 1 des Drehbohrwerkzeugs 18 über den Bohrstrang 19 eine geeignete Ausrichtung vorzugeben, den Bohrstrang 19 dann durch Blockieren des Drehtisches 20 gegen Drehen zu halten und den Bohrvorgang fortzusetzen, wobei das Drehbohrwerkzeug 18 nun dem Bohrloch einen in Richtung des Versatzes der Rotationsachse 16 seiner Abtriebswelle 3 abgelenkten Verlauf erteilt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Richtungsbohren in unterirdische Gesteinsformationen mittels eines Drehbohrwerkzeugs, das aus einem geradrohrförmigen, mit einem Bohrstrang verbindbaren Gehäuse, einem mit diesem angeordnetem Tieflochmotor und einer mit dem Rotor des Motors verbundenen, im Gehäuse um eine von der Längsachse des Gehäuses abweichende Rotationsachse drehbar gelagerten, am unteren Ende des Gehäuses aus diesem austretenden Abtriebswelle besteht, an deren vorderem Ende mit der Abtriebswelle fluchtend ein Drehbohrmeißel angebracht ist, wobei zum Geradeausbohren der Bohrstrang und das Gehäuse des Drehbohrwerkzeugs in eine eigene, jedoch langsame Umdrehung versetzt werden, und zum Abwinkein der Bohrung aus einer vorgegebenen Richtung der Bohrstrang und das Gehäuse des Drehbohrwerkzeugs ausgerichtet und gegen Drehung gehalten werden, nach Patent 3326885, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle des Drehbohrwerkzeugs um eine parallel zur Längsachse des Gehäuses versetzt verlaufende Rotationsachse gedreht wird.

2. Vorrichtung zum Richtungsbohren in unterirdische Gesteinsformationen mit einem Drehbohrwerkzeug, das aus einem geradrohrförmigen, mit einem Bohrstrang drehfest verbundenen Gehäuse, einem in diesem angeordnetem Tieflochmotor und einer mit dem Rotor des Motors verbundenen, im Gehäuse um eine von der Längsachse des Gehäuses abweichende Rotationsachse drehbar gelagerten, am unteren Ende des Gehäuses aus diesem austretenden Abtriebswelle besteht, an deren vorderem Ende mit der Abtriebswelle fluchtend ein Drehbohrmeißel angebracht ist, wobei zum Geradeausbohren das Gehäuse des Drehbohrwerkzeugs durch ein Drehen des Bohrstrangs in eine eigene, jedoch langsame Umdrehung versetzbar ist und zum Abwinkein der Bohrung aus einer vorgegebenen Richtung das Gehäuse des Drehbohrwerkzeugs mittels des Bohrstrangs ausricht- und gegen Drehung festlegbar ist, nach Patent 33 26 885, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (3) des Drehbohrwerkzeugs (18) um eine parallel zur Längsachse (7) des Gehäuses (1) versetzt verlaufende Rotationsachse (16) drehbar gelagert ist.