DE3641521A1

DE3641521A1 - Vorrichtung und verfahren zum durchdringen einer bohrlochwand in einem mit einer auskleidung versehenen bohrloch

Info

Publication number: DE3641521A1
Application number: DE19863641521
Authority: DE
Inventors: Herman J Schellstede
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-04-09
Filing date: 1986-12-05
Publication date: 1988-06-16
Also published as: US4640362A; FR2607865B1; GB2197895A; FR2607865A1; GB8627980D0; GB2197895B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchdringen einer Bohrlochwand in einem mit einer Auskleidung verse henen Bohrloch, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, insbesondere bei Bohrlöchern zur Öl- und/oder Gasgewinnung, wobei eine Stanzeinrichtung, die durch eine Hochdruck-Flüssigkeit betätigt wird, um eine Öffnung in die Auskleidung eines Bohrlochs zu schneiden und anschliessend mit Hilfe von Hochdruck-Strahldüsen Durchgänge durch das umgebende Erdreich nach außen bis in eine ausreichende Entfernung von der Auskleidung zu bohren, um das Einströmen der flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffverbindungen ins Innere der Auskleidung zu ermöglichen.

Die weitaus meisten Öl- und Gas-Bohrlöcher werden durch rotierende Bohrvorrichtungen gebohrt, wobei eine Dick spülung, die äußerst feine Teilchen enthält, durch das Bohrgestänge nach unten und durch die Bohrkrone nach außen zum Entfernen des Bohrschmants, zum Kühlen und für weitere vorteilhafte Zwecke gepreßt wird. Das am häufigsten für die Dickspülung verwendete Material enthält äußerst kleine Baritteilchen. Es hat sich erwiesen, daß die das Bohrloch umgebende Erde nach außen hin von der Dickspülung bis zu einem Abstand von 45 bis 125 cm (18′′ bis 4′) über das Bohrloch hinaus verschmutzt wird. Diese Verschmutzung, die weitgehend von winzigen Teilchen der Dickspülung gebildet wird, stellt häufig ein beträchtli ches Hindernis für das Einströmen der Kohlenwasserstoff verbindungen in die Bohrlochauskleidung dar.

Eine Zahl von Abhilfen wurde vorgeschlagen und verwendet, um einen Durchtritt durch das umgebende Erdreich zu erzeu gen, der das Einströmen der Kohlenwasserstoffverbindungen in die Bohrlochauskleidung ermöglicht und erhöht. Das am häufigsten verwendete Mittel ist wahrscheinlich die Verwendung von Geschossen, die aus gewehrähnlichen Vorrich tungen abgeschossen werden, welche innerhalb der Ausklei dung angeordnet sind; die Geschosse dieser Vorrichtungen sind jedoch normalerweise nicht in der Lage, über die Verschmutzungszone hinaus vorzudringen, und daher können normalerweise keine optimalen Strömungsbedingungen mit derartigen Vorrichtungen erzielt werden. Daher wurde eine Vielzahl weiterer Vorschläge zum Durchdringen des umgebenden Erdreichs vorgebracht. So beschreibt die US-PS 40 22 279 ein Verfahren zum Bohren von Spirallöchern bis zu einem entsprechenden Abstand von der Bohrlochaus kleidung, um die Fördermenge zu erhöhen. Dieses Patent beschreibt jedoch keine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung der gewünschten Spirallöcher, und es ist nicht sicher, daß eine derartige Vorrichtung überhaupt existiert.

Die US-PS 33 70 887 beschreibt eine Durchbrech-Vorrichtung unter Verwendung eines Bolzens 11, der durch die Bohrloch auskleidung mittels Hochdruck, der an das den Bolzen aufnehmende Gehäuse angelegt wird, radial nach außen geschleudert wird. Sowohl die US-PS 34 00 980 als die US-PS 34 02 965 beschreiben ein Werkzeug, das nach unten durch das untere Ende der Bohrlochauskleidung nach außen geführt wird, und von dem ausfahrbare Rohre oder Schläu che nach außen gebracht werden, die eine Hochdruckflüssig keit ausstoßen, um eine Aushöhlung am unteren Ende des Bohrlochs zu erzeugen. Die darin beschriebene Vorrichtung wird in Salzbergwerken verwendet. Die US-PS 34 02 967 beschreibt eine Vorrichtung, deren Wirkungsweise der jenigen der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen ähnlich ist.

Die US-PS 35 47 191 beschreibt eine Vorrichtung, die in ein Bohrloch abgesenkt wird, um eine Hochdruck-Flüssig keit durch eine Düsenanordnung 26, 27 auszustoßen. Das Ausstoßen aus der Düsenanordnung erfolgt durch vorab ausgebildete Öffnungen 35 in der Auskleidung.

Die US-PS 33 18 395 beschreibt ein Werkzeug, das einen festen Raketentreibstoff 34 enthält und das bis zur ge wünschten Lage in ein Bohrloch abgesenkt wird. Der Ra ketentreibstoff wird gezündet, und der entstehende Gas druck entlädt sich nach außen durch Düsenanordnungen 36, um sich durch die Auskleidung und den die Auskleidung umgebenden Zement durchzuschneiden. Der Ausstoß des Raketentreibstoffs enthält Schmirgelteilchen, welche das Durchschneiden unterstützen und auch dazu dienen, eine Kerbe in das umgebende Erdreich zu schneiden und dieses zu zertrümmern, in der Hoffnung auf eine Verbes serung der Förderung.

Die US-PS 40 50 529 beschreibt ein Werkzeug, das in eine Bohrlochauskleidung abgesenkt wird und eine Düsenanordnung enthält, durch welche unter Hochdruck Schleifmittel ent haltendes Wasser gepumpt wird, um sowohl die Ausklei dung als das umgebende Erdreich zu durchdringen. Die Verwendung von Schleifmaterial verseucht jedoch das Bohr loch endgültig, da dieses kolossale Abnützungsprobleme in Ventilen Pumpen und dergleichen erzeugt, die anschließend im Zusammenhang mit dem Bohrloch verwendet werden. Das Schleifmittel wird in das umgebende Erdreich aufgenommen und blockiert somit die Poren des Erdreichs.

Die US-PS 43 46 761 beschreibt eine Vorrichtung mit Düsen 20, die auf eine vertikale Auf- und Abbewegung innerhalb der Bohrlochauskleidung ausgelegt sind, um Schlitze durch die Auskleidung zu schneiden. Die Düsen stehen nicht über die Auskleidung vor; der unter Hochdruck aus der Düse ausgestoßene Strahl dürfte jedoch eine gewisse Wirkung zum Durchdringen des umgebenden Erdreichs auf weisen.

Weitere Hochdruck-Düsen zum Durchschneiden von Bohrloch- Auskleidungen werden in der US-PS 31 30 786, in der US-PS 31 45 776 und in der US-PS 41 34 453 beschrieben. Die neuerteilte US-PS Re 29 021 beschreibt eine Anlage zum Untertage-Bergbau, die eine Radialstrahldüse verwendet, welche im Bohrloch verbleibt, um die umgebende Bodenschicht zu durchschneiden. In der US-PS 43 17 492 wird eine Bohr lochanlage mit einem Hochdruck-Wasserstrahl beschrieben, die für den Bergbau und den Bohrbetrieb verwendbar ist, wobei eine Düse, die einen Strahl liefert, durch den Boden des Bohrlochs herausgeschoben und sodann radial bewegt wird. Die US-PS 36 73 156 beschreibt ebenfalls eine Bergbau-Vorrichtung unter Verwendung eines Strahls, welche aus dem unteren Ende eines Bohrlochs ausgefahren wird, um in einem Salzbergwerk eine Höhlung zu schaffen. Die US-PS 43 65 676 beschreibt eine mechanische Bohrvor richtung, die radial aus einem Bohrloch ausfahrbar ist, um eine seitliche Bohrung auszuführen. Eine Zahl weiterer Patente beschreibt die Verwendung von Hochdruck-Düsen zum Durchschneiden der Schichten, die ein Bohrloch umgeben oder den Boden desselben bilden; dies betrifft unter anderen die US-PSen 20 18 285, 22 58 001, 22 71 005, 23 45 816, 27 07 616, 27 58 653, 27 96 129 und 28 38 117.

Wegen verschiedener Mängel erzielte keine der Vorrichtungen nach dem Stand der Technik einen nennenswerten Erfolg. So können z.B. die Vorrichtungen, welche lediglich einen Hochdruck-Strahl aus einer Düse ausstoßen, die im Innern der Bohrloch-Auskleidung angeordnet ist, nicht weit genug von der Bohrloch-Auskleidung nach außen dringen, um tatsäch lich wirksam zu sein. Außerdem unterliegt die Richtung und der Umfang der von solchen Vorrichtungen erzielten Durchdringung einer Zahl veränderlicher Parameter, zu denen die Art der umgebenden Bodenformation gehört, und es ist daher schwierig, ein vorhersehbares Ergebnis zu erzielen. Ein Problem besteht bei allen Vorrichtungen, die einen Hochdruck-Strahl verwenden und durch die Wandung der Bohrloch-Auskleidung betrieben werden darin, daß eine Öffnung in die Auskleidung und in den umgebenden Zement geschnitten werden muß, bevor die umgebende Boden formation durchdrungen werden kann. Bei einigen Vorrich tungen nach dem Stand der Technik kann die Öffnung mit dem Düsenstrahl selbst geschnitten werden, wogegen andere Vorrichtungen die Verwendung einer getrennten mechanischen Schneidvorrichtung erfordern. Die Vorrichtungen, welche einen Düsenstrahl zum Durchschneiden der Auskleidung verwenden, weisen einen sehr bedeutenden Nachteil insofern auf, als die Bohrflüssigkeit häufig Schmirgelteilchen enthält, die in der Auskleidung verbleiben und anschließend eine nachteilige Wirkung auf Ventile oder andere Bauteile wie Pumpen oder dergleichen ausüben in welche die Schmir gelteilchen schließlich gelangen können.

Die Verwendung getrennter mechanischer Schneideinrichtun gen weist den Nachteil auf, daß sie erhebliche Zusatzko sten mit sich bringen, sowohl was die Kosten der Zusatzaus rüstung als auch die Kosten für den erforderlichen Zeitauf wand bei deren Verwendung zum Durchschneiden der Auskleidung betrifft. Dies erklärt sich dadurch, daß diese Verwen dung normalerweise das Absenken der Schneideinrichtung auf den Grund des Bohrlochs, das Ausschneiden der Aus kleidung und das anschließende herausnehmen der Schneid einrichtung und das Positionieren der Düseneinrichtung in der Auskleidung vor der Benützung der Düsenstrahl- Schneideinrichtung erfordert. Das Einsetzen und Heraus nehmen der Werkzeuge aus dem Bohrloch erfordert normaler weise ein zeitaufwendiges und kostspieliges Herausziehen und Austauschen des Bohrgestänges.

Ein gemeinsamer Nachteil all dieser Arten von Schneid einrichtungen liegt darin, daß sie schlechthin nicht in der Lage sind, eine angemessene Durchdringung der Boden formation bis in eine ausreichende Entfernung vom Bohrloch nach außen zu erreichen, um eine Verbesserung der Förderung zu erzielen. Es besteht daher eine erhebliche Nachfrage nach einer Vorrichtung, die in der Lage ist, tatsächlich die eine Bohrloch-Auskleidung umgebende Erdschicht auf eine Entfernung vom Bohrloch zu durchdringen, die über die verschmutzte Zone um das Bohrloch hinausreicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein ver bessertes Verfahren zum Durchdringen der eine Bohrloch- Auskleidung umgebenden Erdschichten sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung und einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst.

Diese Maßnahmen ermöglichen die Durchdringung der umge benden Erdschichten nach außen mit einer Eindringtiefe und einer Genauigkeit, die bei weitem diejenige der Vor richtungen nach dem Stand der Technik überschreitet. Außerdem ist die Vorrichtung äußerst zuverlässig und störungsfrei, da ihr gesamter Betrieb lediglich durch Druckänderung der Arbeitsflüssigkeit gesteuert wird, welche über das Bohrgestänge am Bohrlochkopf zugeführt wird. Es besteht keine Notwendigkeit zur Verwendung hoch entwickelter Fühler am Bohrlochgrund oder für Steuerein richtungen oder sonstige empfindliche Ausrüstungsteile.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Er findung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Gas- oder Öl-Bohrloch sowie die Bodenausrüstung und die Bohrlochgeräte gemäß der Erfindung,

Fig. 1A einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 2 Das Bedienungsfeld, über welches die Vorrich tung gemäß der Erfindung überwacht und gesteuert wird,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil des Erdreichs mit einem Öl-Bohrloch, in welchem die Vorrich tung gemäß der Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführungsform im nicht-betätigten Zustand dar gestellt ist,

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich wie in Fig. 3, jedoch gegen über Fig. 3 um ca. 90° nach links gedreht, wobei die Vorrichtung im Betrieb dargestellt ist.

Fig. 5A einen Schnitt durch das obere Ende der bevorzugten Ausführungsform längs der Linie 5-5 in Fig. 3,

Fig. 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G, 5H, 5I und 5J Querschnitte längs der Linie 5-5 in Fig. 3, wobei jeweils ein Teil der bevorzugten Ausführungsform in der Reihenfolge von oben nach unten anschließend an den Filterteil von Fig. 5A dargestellt ist,

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 von Fig. 5G und 5H,

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 6,

Fig. 8 eine auseinandergezogene perspektivische Darstel lung eines Teils des Speiseanschlusses für den Hochdruck-Schlauch in der bevorzugten Ausführungs form,

Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie 9-9 in Fig. 5I,

Fig. 10 einen Schnitt längs der Linie 10-10 von Fig. 9,

Fig. 11 einen Schnitt längs der Linie 11-11 in Fig. 9, der die Stanzeinrichtung für die Auskleidung in ihrer ausgefahrenen Stellung nach erfolgtem Ausschneiden einer Öffnung in der Auskleidung darstellt,

Fig. 12 einen Schnitt ähnlich Fig. 11, der jedoch die Teile in einer Stellung zu Beginn des Stanzvorgangs darstellt,

Fig. 13 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines Antriebs zur Betätigung der Stanzeinrichtung zum Ausschneiden einer Öffnung durch die Bohrloch- Auskleidung,

Fig. 14 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Düsenanordnung in der bevorzugten Ausführungs form,

Fig. 15 eine perspektivische Darstellung der zusammen gebauten Düsenanordnung von Fig. 14,

Fig. 16 einen Schnitt längs der Linie 16-16 in Fig. 15,

Fig. 17 einen Schnitt längs der Linie 17-17 in Fig. 16,

Fig. 18A einen hydraulisch/mechanischen Schaltplan, der die Stellung der Kraftbetätigungsteile einer bevorzugten Ausführungsform vor Auslösung des Stanzvorgangs für die Bohrloch-Auskleidung dar stellt,

Fig. 18B einen hydraulischen Schaltplan ähnlich Fig. 18A, der jedoch die Stellung der Teile nach dem Ausstan zen einer Öffnung durch die Bohrloch-Auskleidung darstellt, und

Fig. 19 ein Zeitdiagramm für ein Arbeitsspiel der bevor zugten Ausführungsform.

Es wird zunächst auf Fig. 1 hingewiesen, welche die Anwen dung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem Öl-Bohrloch 10 mit einer Auskleidung 12 beschreibt, welche nach unten durch eine ölhaltige Schicht 14 verläuft. Ein verschmutzter Bereich 16 erstreckt sich nach außen um die Auskleidung und enthält Bestandteile der Dickspü lung, die in die ölhaltige Schicht während des Bohrbetriebs eingepreßt werden. Zusätzlich enthält normalerweise die unmittelbar die Auskleidung umgebende Schicht einen Ze mentmantel, der bei der Bohrloch-Verrohrung eingebracht wird.

Die Erfindung umfaßt eine längliche Vorrichtung 20, die in das Bohrloch eingeführt und von der Oberfläche aus an einem Bohrgestänge 22 aufgehängt ist, welches eine Zahl herkömmlicher Rohrabschnitte enthält, wobei der unterste Rohrabschnitt mit einem Stabilisierungsanker 24 herkömm licher Bauweise verbunden ist, der eine Einrichtung enthält, welche wahlweise nach außen gespreizt werden kann, um sich gegen die Innenwand der Auskleidung 12 anzulegen und den Stabilisierungsanker in fester Lage zu verankern. Das obere Ende der länglichen Vorrichtung 20 wird vom Stabilisierungsanker 24 über einen kurzen Rohrabschnitt 26 gehalten.

Das obere Ende des Gestänges 22 enthält einen Spülkopf 28, der von einer herkömmlichen Einrichtung 30 an einer (nicht-gezeigten) Arbeitsbühne oder dergleichen gehalten wird und mit einem Niederdruckschlauch 32 und einem Hoch druckschlauch 34 an entsprechende Druckflüssigkeits-Quellen angeschlossen ist. Die Schläuche 32 und 34 verlaufen aus einem Fahrzeug in Form eines Anhängers 36, in welchem ein Steuerpult 38 mit einem Bedienfeld 40 angeordnet ist. Zusätzlich enthält der Anhänger 36 einen Motor 37, der herkömmliche Hochdruck- und Niederdruck-Pumpeinrich tungen antreibt, welche mit den Schläuchen 32 und 34 verbunden sind und über das Bedienfeld 40 gesteuert werden. Die Pumpen erhalten die Arbeitsflüssigkeit von einer Saugleitung 17, die von einer herkömmlichen zweistufigen Filterbaugruppe 18 herkommt, welche die ungefilterte Arbeitsflüssigkeit von einem Tankwagen 19 erhält und sämtliche Teilchen ausfiltert deren Größe mehr als 50 µm beträgt. Die Hochdruck-Pumpe ist eine Fünf-Kolben-Verdränger pumpe, deren Förderleistung mit einer verstellbaren Frequenz pulsiert.

Die längliche Vorrichtung 20 im Bohrloch besteht aus einer Zahl miteinander verbundener röhrenartiger Gehäuse teile, in denen verschiedene Funktionen und Bauteile zur Verfügung stehen. Die Funktionen in den Gehäuseteilen von oben nach unten, wie in Fig. 3 dargestellt, umfassen einen Filterabschnitt 44, einen Steuerabschnitt 46, einen Schneidsondenzylinder-Abschnitt 48, einen Schneidsonden- Abschnitt 50, einen Stanzerabschnitt 52 und einen Stanz zylinder-Abschnitt 54.

Der Filterabschnitt 44 umfaßt einen oberen Teil 44 A, einen mittleren Teil 44 B und einen unteren Teil 44 C. Der obere Teil 44 A und der untere Teil 44 C ist jeweils mit dem mittleren Teil 44 B verschraubt, wie am besten aus Fig. 5A ersichtlich. Ein zylindrischer Filter 56 ist in den oberen Teil 44 A auf einer Haltemuffe 58 einge baut und filtert Teilchen aus, deren Größe 100 µm über schreitet und die in die Arbeitsflüssigkeit vom Bohrge stänge und von anderen Geräten oberhalb der Filterbau gruppe 18 eingedrungen sind. Eine Abschirmung 60 deckt das obere Ende des Filterteils 56 ab und ist unten mit parallel im Abstand angeordneten Füßen 61 auf die Halte muffe 58 mittels einer herkömmlichen Schelle 62 geklemmt. Die Arbeitsflüssigkeit für die Vorrichtung ist normaler weise Dieselöl oder Salzlauge. In jedem Fall wird die Arbeitsflüssigkeit über das Bohrgestänge nach unten gepumpt und tritt in den Filterabschnitt durch die obere Einlaß öffnung 64 ein, von wo aus die Arbeitsflüssigkeit nach unten und anschließend nach oben und innen durch die zylindrischen Filterteile 56 ins Innere der Haltemuffe 58 strömt, von wo aus sie dann nach unten durch eine untere Austrittsöffnung 64 in das Steuerkopfgehäuse 46 fließt.

Das untere Ende des unteren Gehäuseteils 44 C ist mit einem röhrenförmigen Kupplungsteil 66 (Fig. 5B) verschraubt, der eine verhältnismäßig dicke Innenwand 68 aufweist, die an ihrem unteren Ende mit einer Bohrung 70 von geringem Durchmesser versehen ist, an die sich ein mittlerer Bohrungs teil 72 mit größerem Durchmesser anschließt, dessen oberes Ende mit einem Gewinde versehen ist, und auf den eine noch größere Bohrung 74 am oberen Ende folgt. Ein Gewindestutzen 76 ist auf das Gewinde des Bohrungsabschnitts 72′ aufge schraubt, und eine Hochdruckleitung 78 verläuft durch den Gewindestutzen 76. Dichtungsteile 80 und 82 stellen sicher, daß die gesamte Flüssigkeit, die durch die Wandung 68 strömt, durch den Innenraum 79 der Hochdruckleitung 78 fließt.

Das untere Ende der Hochdruckleitung 78 ist in eine Quer wand 84 eines fünften röhrenförmigen Gehäuseteils 86 eingeschraubt, dessen oberes Ende auf das untere Ende des Kupplungsteils 66 geschraubt ist. Ein Ein-Weg-Rück schlagventil 110 ist unter der Querwand 84 eingebaut und mit dem oberen Ende der Austrittsleitung 108 verbunden, welche eine Drosseleinrichtung 109 aufweist und hinter dem Druckspeicher 106, dem Zylinder 98 u.s.w. verläuft, und deren unteres Ende mit einem Drehschieber-Steuerventil 150 (Fig. 5E und 18A) verbunden ist. Eine zweite Hochdruck leitung 90 ist mit einem Anschlußstück 91 in der Querwand 84 dergestalt verbunden, daß sie mit der ersten Hochdruck leitung 78 in Verbindung steht. Das untere Ende der zwei ten Hochdruckleitung 90 ist an ein T-Stück 92 (Fig. 5C) angeschlossen, von dem eine dritte und eine vierte Hoch druckleitung 94 und 96 weitergeführt ist.

Die Leitung 94 ist mit dem unteren Ende eines Zylinders 98 für die Auslösung des Stanzvorgangs verbunden, und das untere Ende der vierten Druckleitung 96 ist mit einem zweiten T-Stück 100 (Fig. 5D) verbunden. Das obere Ende des Zylinders 98 ist durch die Leitung 99 an ein drittes T-Stück 102 angeschlossen, das seinerseits durch eine Leitung 104 mit dem unteren Ende eines herkömmlichen Niederdruck-Speichers 106 verbunden ist, der eine obere Druckgaskammer und eine untere Ölkammer enthält, die durch einen Tauchkolben 105 (Fig. 18A) getrennt sind. Das obere Ende des Niederdruck-Speichers 106 ist mit einem Anschlußstück 107 versehen, das es ermöglicht, die obere Kammer über dem Kolben 105 (Fig. 18A) vom Bo den aus auf einen Solldruck von 69 bar (1000 psi) zu bringen. Die untere Kammer wird dann auf einen Druck von 103 bar (1500 psi) gebracht, so daß der Kolben 105 eine Mittelstellung im Druckspeicher einnimmt und der Stickstoffdruck sich mit dem Öldruck stabilisiert. Das dritte T-Stück 102 ist auch über eine Leitung 112 mit einem Meßventil 114 verbunden, das zum erstmaligen Auf füllen der Leitungen 104 und 112 sowie des oberen Endes des Zylinders 98 mit Arbeitsflüssigkeit in Form von Die selöl dient, bevor die gesamte Einheit in das Bohrloch abgesenkt wird.

Der Ventilbetätigungs-Zylinder 98 betätigt einen Umwandler 116, der eine Linearbewegung in eine Drehbewegung umsetzt, und der seinerseits dazu dient, ein herkömmliches Dreh schieberventil 118 in eine von zwei möglichen Stellungen zu steuern. Ein Hochdruckeingang des Drehschieberventils 118 ist durch die Leitung 120 mit dem zweiten T-Stück 100 und ebenfalls mit den Leitungen 185, 122 und 124 verbunden. Eine Ausgangsleitung 108′, die eine Drossel einrichtung 109′ und ein Rückschlagventil 110′ enthält, ist ebenfalls mit dem Ventil 118 verbunden, wie in Fig. 18A dargestellt. Ein Hochdruckspeicher 126, der dem Nie derdruckspeicher 106 mit der einzigen Ausnahme gleicht, daß er am Bohrlochlochkopf in seiner oberen Kammer mit Stickstoff auf einen Druck von 138 bar (2000 psi) gebracht wird, ist unterhalb des Drehschieberventils 118 eingebaut und ist an seinem unteren Ende mit einer Leitung 128 verbunden, die nach unten zu einem vierten T-Stück 130 (Fig. 5E) verläuft. Der Druckspeicher 126 enthält einen Kolben 127, der seine obere Gaskammer von einer unteren Ölkammer trennt, die auf einen Druck von 165 bar (2400 psi) gebracht wird, um den Kolben 127 im allgemeinen zu zentrie ren und den Stickstoffdruck auf den gleichen Wert zu erhöhen. Eine Leitung 132 verläuft vom T-Stück 130 nach unten und ist an das obere Ende eines zweiten Ventilsteuer- Zylinders 134 zum Auslösen des Schneidvorgangs angeschlos sen. Der Druck im Bohrgestänge und in den Druckspeichern kann nach Belieben eingestellt werden, um sie an verschie dene Bohrloch-Verhältnisse anzupassen.

Der Ventilsteuer-Zylinder 134 enthält einen Kolben 136, der eine Kolbenstange 138 aufweist, an deren äußerem Ende Rollen 140 angebracht sind, die gegen geradlinige Führungsflächen 141 anliegen, und die Kolbenstange liegt ebenfalls gegen einen Schlitz 142 in einer Mitnehmerführung 144 an. Da die Kolbenstange 138 an einer Drehbewegung um ihre Achse durch das Zusammenwirken der Rollen 140 mit der Führungsfläche 141 gehindert wird, bewirkt die axiale Hin- und Herbewegung der Kolbenstange 138 eine Drehung der Mitnehmerführung 144 infolge der Reaktionskräf te zwischen den Bauteilen 144 und 142. Da die Mitnehmerfüh rung 144 mit dem oberen Ende eines Drehschiebers 148 eines zweiten Drehschieberventils 150 verbunden ist, ergibt sich bei Betätigung des Kolbens 136 folglich eine Drehung des Steuerschiebers in eine von zwei möglichen Stellungen zur Steuerung des Flüssigkeitsstroms durch das Ventil. Es ist auch zu beachten, daß der erste Ventilsteuer-Zy linder 98 und das dazugehörige erste Drehschieberventil 118 den gleichen Aufbau aufweisen wie der eben beschrie bene Zylinder 134 und das Ventil 150 u.s.w.

Eine Druckleitung 160 verläuft vom zweiten T-Stück 100 (Fig. 5D) nach unten und ist an ihrem unteren Ende mit einem fünften T-Stück 162 verbunden, das in Fig. 5E dar gestellt ist. Die Leitung 164 verläuft vom fünften T-Stück 162 und ist mit dem unteren Ende des zweiten Ventilsteu er-Zylinders 134 verbunden. Die Druckleitung 166 verläuft vom fünften T-Stück 162 nach unten und ist mit der Ein trittsöffnung am zweiten Drehschieber-Ventil 150 verbunden. Die Leitungen 170 und 172 sind ebenfalls wie auch die Leitung 174 an das Ventil 150 angeschlossen.

Das untere Ende des fünften röhrenförmigen Gehäuseteils 86 ist mit dem oberen Ende eines sechsten röhrenförmigen Gehäuseteils 176 verschraubt, wie in Fig. 5F gezeigt. Eine innere Querwand 178 ist im oberen Ende des sechsten röhrenförmigen Gehäuseteils 176 angeordnet und enthält einen Anschlußteil 180, der mit dem unteren Ende der Leitung 122 über der inneren Querwand 178 und mit dem oberen Ende eines biegsamen Hochdruckschlauchs 182 ver bunden ist. Das entgegengesetzte Ende des Hochdruckschlauchs 182 ist mit einer Leitung 184 verbunden, die mit ihrem un teren Ende an den Sockel 257 eines verschiebbaren Nockens 256 (Fig. 13) angeschlossen ist.

Die Leitungen 170 und 172 verlaufen vom Drehschieber-Ven til 150 nach unten und sind mit Anschlußteilen verbunden, welche durch die innere Querwand 178 verlaufen. Das untere Ende des sechsten röhrenförmigen Gehäuseteils 176 ist mit dem oberen Ende eines siebenten röhrenförmigen Gehäu seteils 186 verschraubt, in welches ein Düsensteuer- Zylinder 188 eingebaut ist. Das untere Ende des röhrenförmi gen Gehäuseteils 186 ist mit dem oberen Ende eines achten röhrenförmigen Gehäuseteils 189 verbunden. Ein Antriebs zylinder 188 zum Ein- und Ausfahren eines Schlauchs ist in den Gehäuseteil 186 eingebaut und enthält einen Zy linderkopf 190, an welchen das untere Ende der Leitung 172 angeschlossen ist, um eine Verbindung mit der Bohrung 191 herzustellen, wie in Fig. 5F dargestellt. Die Leitung 170 ist mit dem Kolbenstangen-Ende des Zylinders 188 verbunden, wie in Fig. 5G gezeigt. Ein Kolben 192 ist auf eine Kolbenstange 194 montiert, die einen axialen Kanal 196 aufweist, der vollständig durch den Kolben 192 verläuft, wie deutlich in Fig. 5F dargestellt. Es ist ersichtlich, daß der axiale Kanal 196 der Kolbenstange 194 an seinem unteren Ende mit einem Kanal 204 in einem Kupplungsblock 202 in Verbindung steht. Die Leitung 184 verläuft nach unten hinter den Zylinder 188. Ein biegsamer Schlauch 206 mit einer zusammengesetzten Düse, bestehend aus einer äußeren biegsamen Ummantelung 208 aus spiralför mig angeordnetem Edelstahlgeflecht und aus einem inneren Hochdruck-Kunststoffschlauch 209 von Kevlar (Markenbezeich nung der E.I. du Pont & Co.) ist an einen verschiebbaren Schlittenblock 200 angeschlossen, von dem er in eine Hin- und Herbewegung versetzt werden kann. Es ist zu beachten, daß das entgegengesetzte oder äußere Ende des Schlauchs 206 die Befestigungsmöglichkeit für eine Düsen strahlanordnung 210 bildet, die in Fig. 16 dargestellt ist. Der verschiebbare Schlittenblock 200 ist in ein geschlitztes Metall-Führungsrohr 216 eingesetzt, das in einen geschlitzten Ankerblock 212 (Fig. 8) eingebaut ist, welcher fest mit dem siebenten röhrenförmigen Gehäu seteil 186 mittels Maschinenschrauben 214 oder dergleichen verbunden ist. Das nach unten verlaufende geschlitzte Metall-Führungsrohr 216 ist mit seinem oberen Ende in den Ankerblock 212 montiert und weist einen in Längsrich tung verlaufenden Schlitz 218 auf, der sich über seine gesamte Länge erstreckt, wobei der Schlitz 218 breit genug ist, um einen Halsteil 201 des verschiebbaren Schlit tenblocks 200 aufzunehmen, so daß sich dieser längs des Schlitzes bewegen kann. Die Länge des Schlitzes 218 ist groß genug, um zu gestatten, daß der verschiebbare Schlit tenblock 200 eine dem Hub der Kolbenstange 194 entspre chende Bewegung ausführen kann.

Eine Bohrung 220 im verschiebbaren Schlittenblock 200 ist an ihrem oberen Ende geschlossen und an ihrem unteren Ende an den Hochdruckschlauch 206 angeschlossen und steht in Verbindung mit der Bohrung 204 über eine Zahl von Verbindungsbohrungen 230, wie in Fig. 5G gezeigt. Die Schneidflüssigkeit für den Düsenstrahl 210 wird über eine Axialbohrung 196, eine Bohrung 204 und die äußeren Bohrungen 230 und 220 zu einem Zweck zugeführt, der im folgenden noch ausführlich zu beschreiben ist. Das untere Ende des Führungsrohrs 216 endet an einer Querwand 232, die im oberen Ende eines achten röhrenförmigen Gehäuseteils 234 vorgesehen ist, wobei der Schlauch 206 durch eine Öffnung 236 in der Wand 232 verläuft. Es ist zu beachten, daß ein erster und ein zweiter Halteblock 222 und 224 für das Führungsrohr an der Innenwand des siebenten röhren förmigen Gehäuseabschnitts 186 befestigt ist, um das untere Ende des Führungsrohrs 216 in fester Lage bezüglich des Gehäuses zu halten. Der achte röhrenförmige Gehäuseteil 234 ist an seinem oberen Ende mit dem unteren Ende des siebenten röhrenförmigen Gehäuseteils 186 verschraubt. Das untere Ende des achten röhrenförmigen Gehäuseteils 234 ist mit einem neunten röhrenförmigen Gehäuseteil 244 verschraubt.

Ein zweites Führungsrohr 338 verläuft von der Öffnung 236 nach unten und ist durch eine Kupplung 240 mit einem dritten Führungsrohr 242 verbunden, wie am besten aus Fig. 5H ersichtlich. Der Düsenschlauch 206 verläuft nach unten durch die Führungsrohre 238 und 242, in denen er axial verschiebbar ist.

Das untere Ende des dritten Führungsrohrs 242 tritt durch eine Öffnung 250 einer Führungsscheibe 252 (Fig. 13), die mit Maschinenschrauben 254 am oberen Ende eines Stanzer- Steuernockens 256 verbunden ist, welcher einen Sockel 257 und eine in der Mitte angeordnete, in Längsrichtung verlaufende Rille 258 aufweist, in welcher das Rohr 242 aufgenommen ist. Das untere Ende des Rohrs 242 ist mit einem Nockenreitersitz 258 einer Stanzeinrichtung 260 verbunden, die einen inneren, mit Gewinde versehenen Sockel 262 und eine äußere abnehmbare Spitze 264 umfaßt.

Eine erste und eine zweite Nockenbahn 268 und 270 zum Ausfahren der Stanzeinrichtung verläuft jeweils in einer gemeinsamen Ebene am Stanzer-Antriebsnocken 256 und liegt jeweils gegen eine ebene Nockenreiter-Fläche 272 und 274 des Sockelendes 258 der Stanzeinrichtung an. Zusätz lich ist ein zweites Paar von Nockenbahnen 280, 282 zum Ausfahren des Stanzers am Stanzer-Antriebsnocken 256 vorgesehen und liegt gegen entsprechende darauf abgestimmte ebene Flächen 284 und 286 am Sockelende 258 der damit geführten Stanzeinrichtung 260 an. Folglich bewirkt die Aufwärtsbewegung des Stanzer-Antriebsnockens 256 eine Auswärtsbewegung der Stanzeinrichtung 258, 262, 264 zur Durchführung eines Stanzvorgangs. Umgekehrt bewirkt eine Abwärtsbewegung des Nockens 256, daß die schwalbenschwanz förmigen Nockenbahnen 290, 292 am Nocken 256, wie am besten in Fig. 10, 11 und 12 dargestellt, im Zusammenspiel mit den dagegen anliegende ebenen Flächen 293, 294 des Sockelendes 258 der dadurch gesteuerten Stanzeinrichtung 260 die Stanzeinrichtung zurückziehen.

Die Bewegung des Stanzer-Antriebsnockens 256 in Richtung nach oben wird durch die Bewegung einer Kolbenstange 300 bewirkt, die einen Kupplungskopf 302 aufweist, der mit Maschinenschrauben 304 am Sockelende 257 des Stanzer- Antriebsnockens 256 befestigt ist. Das untere Ende der Kolbenstange 300 ist mit einem Kolben 306 in einem Zylinder 208 verbunden, auf dessen oberes Ende ein Kopf 310 aufge schraubt ist. Zusätzlich enthält der Kopf 310 eine Gewinde muffe am oberen Ende, die mit dem unteren Ende eines zehnten röhrenförmigen Gehäuseteils 246 verschraubt ist, der seinerseits an seinem oberen Ende mit dem unteren Ende des neunten röhrenförmigen Gehäuseteils 244 verschraubt ist. Der Zylinderkopf 312 schließt das untere Ende des Zylinders 308 ab, wobei eine Spitze 314 am unteren Ende des Kopfes 312 angebracht ist und das untere Ende der Gesamterstreckung des Werkzeugs 20 bildet.

Eine axiale Bohrung 316 verläuft über die Länge der Kolben stange 300 und steht in Verbindung mit dem Kopfende des Zylinders 308, wie in Fig. 5J dargestellt. Zusätzlich enthält die Kolbenstange 300 eine zweite Bohrung 318, die an ihrem unteren Ende mit einer ringförmigen Kammer 320 in Verbindung steht, die im Kopf 310 angeordnet ist, wie am besten aus Fig. 5J ersichtlich. Die Bohrung 316 ist an die Leitung 184 angeschlossen. Die zuvor erwähnte Verbindung erfolgt durch Bohrungen 320, 322 und 324 im Verbindungskopf 357, wie in Fig. 9 gezeigt. Desgleichen ist die Bohrung 318 an die Leitung 184 durch Bohrungen 330, 332 und 334 angeschlossen.

Die Stanzeinrichtung 260 für die Auskleidung ist in einer Führungshülse 340 untergebracht, die in den röhrenförmigen Gehäuseteil 246 eingebaut und mit Bezug auf diese radial ausgerichtet ist. Zusätzlich ist ein schwerer Zylinder- Verstärkungsteil 342 axial angepaßt in den röhrenförmigen Gehäuseteil 246 eingebaut, wobei die Führungshülse 340 diesen durchdringt, wie deutlich aus Fig. 5I ersichtlich. Es ist auch zu beachten, daß eine Lagerplatte 350 auf die Außenfläche des zehnten röhrenförmigen Gehäuseteils 246 an einer Stelle aufgeschweißt ist, die der Stanzeinrich tung 260 diametral entgegengesetzt ist. Die Lagerplatte 350 dient folglich dazu, die Reaktivkräfte, die sich bei der Auswärtsbewegung der Stanzeinrichtung gegen die Auskleidung beim Stanzvorgang ergeben, aufzufangen und zu verteilen.

Die Stanzeinrichtung 260 enthält einen axialen Schlauch durchgang 353 (Fig. 13) der durch die Teile 262 und 264 verläuft, und durch welchen der Schlauch 206 aus- oder eingefahren werden kann. Nutenartige Kanäle 354 sind an beiden Seiten der Bestandteile 262 und 264 der Stanz einrichtung vorgesehen, um die Rückspülung des Bohrschmants in die Auskleidung zu gestatten. Die abnehmbare äußere Spitze 264 wird in ihrem äußeren Ende gebildet durch eine erste und eine zweite ebene Fläche 256, 258, die sich längs einer Linie 260 überschneiden, durch welche die Achse der Stanzeinrichtung verläuft. Ein bogenförmiger Durchgang 362 verbindet die Schlauchpositionier-Bohrung 353 mit dem unteren Ende des dritten Führungsrohrs 242, so daß eine glatte Führung für den Schlauch 206 entsteht. Der Aufbau ermöglicht es, daß die Spitze 264 vom Teil 262 abgeschert wird, wenn sie einer größeren Seitenkraft ausgesetzt ist, wie dies erfolgen könnte, wenn die Spitze nach einem Stanzvorgang nicht voll eingefahren wird und eine nach oben gerichtete Kraft auf das Werkzeug ausgeübt wird.

Die Strahldüsenanordnung 210 umfaßt einen Düsenblock 372 mit einer axialen Öffnung 374, die von einer mittleren Kammer 376 ausgeht und eine äußere angesenkte schüsselartige Diffusionsfläche 378 aufweist. Eine Drehhülse 380 ist drehbar auf die Außenfläche des Düsenblocks 372 montiert und enthält eine Zahl von schrägliegenden Strahldüsen 382, deren inneres Ende jeweils mit einer Ringnut 384 in Verbindung steht, welche ihrerseits mit der mittleren Kammer 376 über radiale Durchgänge 386 im Düsenblock 372 verbunden ist. Die Drehhülse 380 wird durch einen Sprengring 388 in ihrer Lage festgehalten, der gegen ihr äußeres Ende anliegt. Es ist auch zu beachten, daß die äußeren Enden der schrägliegenden Strahldüsen 382 in einer ringförmigen schüsselartigen Diffusionsrille 390 auf der Außenfläche der Drehhülse 380 enden. Der Düsenblock 372 ist mit einem inneren Teil 392 an den aus einem inneren Kunststoffschlauch und einer äußeren Metallummantelung 208 bestehenden Druckschlauch ange schlossen, so daß die Hochdruckflüssigkeit von diesem durch einen Kanal 394 in die mittlere Kammer 376 in leicht ersichtlicher Weise fließt. Eine Blockiereinrichtung 396 hält die Verbindung zwischen den Schlauchbestandteilen und den Teilen des Düsenkörpers aufrecht.

Es wird nunmehr ein vollständiges Arbeitsspiel beschrieben, wobei sich versteht, daß das Arbeitsspiel entweder für die ursprüngliche Bohrung eines neuen Bohrlochs oder zum Nacharbeiten eines alten Bohrlochs einsetzbar ist. Bei jeder dieser Betriebsarten ist die Vorgehungsweise im wesentlichen die gleiche. Das Bohrgestänge und das gesamte im Bohrloch eingesetzte Gerät wird zunächst aus dem Bohrloch herausgezogen, und eine Komplettierflüssig keit wird in das Bohrloch eingelassen, um sicherzustellen, daß der gesamte Bohrlochdruck im Bohrloch verbleibt.

Die Vorrichtung 20 wird zum Absenken in das Bohrloch vorbereitet, indem der Niederdruckspeicher 106 und der Hochdruckspeicher 126 auf einen Druck von 69 bar (1000 psi) bzw. 138 bar (2000 psi) gebracht wird. Das untere Ende des Druckspeichers 106 und die dazugehörigen Teile 104, 102 sowie das obere Ende des ersten Steuerzylinders 98 werden mit Arbeitsflüssigkeit unter einem Druck von 103 bar (1500 psi) über das Ventil 114 vorgefüllt. Desgleichen wird das untere Ende des Hochdruckspeichers 126 und das obere Ende des Zylinders 134 auf einen Druck von 164 bar (2400 psi) vorgefüllt. Vorzugsweise werden sämtliche hydraulischen Leitungen, Ventile, Zylinder und dergleichen voll vorgefüllt, um soweit wie möglich die Bildung von Luftblasen zu verhindern, und es werden für diesen Zweck die herkömmlichen Verfahren verwendet.

Die längliche Vorrichtung 20 wird sodann in das Bohrloch mittels des Gestänges 22 abgesenkt. Beim jeweiligen Anset zen der Abschnitte des Gestänges 22 am Bohrlochkopf werden diese durch den Niederdruck-Schlauchanschluß 32 mit Flüs sigkeit gefüllt. Wenn die Vorrichtung 20 die gewünschte Tiefe erreicht, wird der herkömmliche hydraulische Sta bilisierungsanker 24 durch den über das Gestänge 22 an gelegten Hydraulikdruck betätigt, wobei der Druck die Keilblöcke 25 nach außen bewegt und sie gegen die Innenwand der Auskleidung 12 anlegt, so daß das Werkzeug in fester Lage innerhalb der Auskleidung festgelegt wird. Es ist auch möglich, einen herkömmlichen mechanisch betätigten Anker zu verwenden.

Der Hochdruckschlauch 34 wird sodann an den Spülkopf 28 angeschlossen, und der am Bohrlochkopf an das Gestänge angelegte Druck wird auf 276 bar (4000 psi) erhöht und bei diesem Druck ca. 5 Minuten lang gehalten, um sich zu vergewissern, ob sich irgendwelche Leckstellen an der Anlage zeigen. Falls keine Leckstellen festgestellt werden, wird der Druck reduziert, und die Anlage ist bereit zum Beginn der Durchdringungsarbeiten. In diesem Stadium des Arbeitsspiels befinden sich die Teile in der in Fig. 18A gezeigten Stellung, der in Fig. 19 der Punkt T ₁ entspricht. Der Kolben 306 befindet sich in der unteren eingefahrenen Stellung, und die Stanzeinrich tung 258, 262, 264 ist eingezogen. Die Kolbenstange 194 zum Aus- und Einfahren des Sondenschlauchs befindet sich in ihrer eingefahrenen (oberen) Stellung, und die Strahl düse 210 steht innen und ist voll innerhalb der axialen Öffnung 353 umschlossen, die durch die Stanzerteile 262, 264 verläuft. Zum Zeitpunkt T ₂ beginnt der Druck vom Bohrlochkopf aus erhöht zu werden und erreicht 345 bar (5000 psi), erhöht um den Druckabfall durch Reibungsver luste in den Rohrleitungen zum Zeitpunkt T ₃. Dieser Druck wird an die Hochdruckleitungen 90 angelegt und hat zur Folge, daß der Druck am Kolbenstangenende des ersten Ventilsteuer-Zylinders 98 hoch genug wird, um den Druck des Stickstoffgases im Druckspeicher 106 zu überwinden, so daß der Kolben im Zylinder 98 sich von der ausgefahre nen Stellung in Fig. 18A in die eingefahrene Stellung von Fig. 18B zum Zeitpunkt T ₄ bewegt.

Die vorangehende Kolbenbewegung im Zylinder 98 bewirkt eine Verstellung des Ventils 118 in die Stellung von Fig. 18B, so daß der Hochdruck folglich an das Kopfende des Zylinders 308 angelegt wird, um die Aufwärtsbewegung des Kolbens 306, der Verbindungsstange 300 und des Stanz antrieb-Nockens 256 einzuleiten. Die Stanzeinrichtung 258, 262, 264 beginnt nunmehr sich gegen die Wand der Auskleidung zu bewegen; die Bewegungsgeschwindigkeit wird jedoch durch die Tatsache gesteuert, daß der Flüssig keitsaustritt aus dem Kolbenstangenende des Zylinders 308 durch eine Drosseleinrichtung 109′ gedrosselt wird. Der Kolben 306 benötigt ca. 1,5 Minuten (die Zeit zwischen den Punkten T ₄ und T ₅), um aus der eingefahrenen Stellung von Fig. 18A in die ausgefahrene Stellung von Fig. 18B zu fahren, und während dieser Zeit bewegt sich die Stanz einrichtung 264 u.s.w. aus der voll eingefahrenen Stellung durch die Mittelstellung von Fig. 12, bei der sie die Auskleidung 12 berührt, in die voll ausgefahrene Stellung, die zum Zeitpunkt T ₄ erreicht wird und in Fig. 11 darge stellt ist. Es ist zu beachten, daß das Vorhandensein der Schlitze 354 zur Folge hat, daß beim Stanzvorgang die Streifen 400, 402 von der Auskleidung zurückgebogen werden, jedoch mit der Auskleidung verbunden bleiben. Somit bleibt der Teil der Auskleidung, der aus dieser herausgeschnitten wurde, um eine Öffnung freizugeben, mit der Auskleidung verbunden und kann den Betrieb der Strahldüse oder den Ölfluß aus der Erdschicht nach Abschluß des Durchdringungsvorgangs nicht behindern. Die Kolben stange 194 des Zylinders 188 bleibt in der eingefahrenen Stellung von Fig. 18A während der Verschiebung der Stanz einrichtung in seine ausgefahrene Stellung, da der Arbeits druck in der Hochdruckleitung 90 nicht hoch genug ist, um es dem Öldruck im Kopfende des Zylinders 134 zu ermög lichen, den Gasdruck im Hochdruckspeicher 126 zu überwinden, und das Ventil 150 bleibt folglich in der in Fig. 18A ge zeigten Stellung.

Nachdem die Stanzeinrichtung ihre voll ausgefahrene Stel lung erreicht hat, bleibt die Anlage weitere 1,5 Minuten lang auf einen Druck von 345 bar (5000 psi), um die völlige Stabilisierung der Anlage zu ermöglichen. Nach Ablauf der Stabilisierungszeit ist die Anlage bereit für den Betriebsbeginn der Düseneinrichtung 210 u.s.w., um die Durchdringung der umgebenden Erdschichten durchzuführen.

Der Durchdringungsvorgang wird bei T ₆ eingeleitet, indem ein Druckanstieg in der Leitung 90 auf einen Hochdruckpe gel von 517 bar (7500 psi) gebracht wird, erhöht um den Druckverlust im Bohrgestänge und im Bohrlochgerät. Der höhere Druck wird bei T ₇ erreicht. Der Druckanstieg hat keine Wirkung auf die Stellung des Ventils 118, das in der in Fig. 18B gezeigten Stellung verbleibt. Der höhere Druck reicht jedoch aus, um den Kolben im Zylinder 134 von der ausgefahrenen Stellung in die eingefahrene Stellung (die bei T ₈ erreicht wird), durch Überwindung des Gasdrucks im Hochdruckspeicher 126 zu bringen. Das Ventil 150 wird folglich bei T ₈ in die in Fig. 18B gezeigte Stellung gebracht, und bewirkt, daß die Hochdruckflüssigkeit durch die Leitung 172 zum Kopfende des Zylinders 188 fließt, der sofort beginnt, sich von seiner eingefahrenen Stellung in die ausgefahrene Stellung zu bewegen. Die Bewegungsge schwindigkeit des Zylinders 188 wird durch die Drossel einrichtung 109 in der Austrittsleitung 108 gesteuert.

Die Zufuhr der Hochdruckflüssigkeit zum Kopfende des Zylinders 188 zum Zeitpunkt T ₇ bewirkt nicht nur den Beginn der Abwärts- und Auswärtsbewegung der Einheit von Kolben und Kolbenstange 192, 194, sondern auch das Fließen der Hochdruckflüssigkeit durch die Kanäle 191, 196, 204, 230 und 220 in den Schlauch 209, um somit die Düsenstrahlanordnung 210 am äußeren Ende des Schlauchs zu betätigen. Die Hochdruckstrahlen aus der Düsenanordnung 210 schneiden sich durch die umgebenden Erdschichten, und der Bohrschmant wird in die Bohrlochauskleidung durch die Schlitze 254 zurückgespült, die an gegenüberliegenden Seiten der Teile 262, 264 der Stanzeinrichtung vorgesehen sind. Die Hochdruckpumpe wird derart eingestellt, daß sie 200 Druckstöße pro Minute liefert, bis die Strahl düsen aus dem Endteil 264 der Stanzeinrichtung heraustre ten, und in diesem Zeitpunkt wird die Frequenz auf 500 Druckstöße pro Minute erhöht. Die Geschwindigkeit, mit welcher die Strahldüsen nach außen in die umgebende Erd schicht ausgefahren wird, wird durch eine Drosseleinrich tung 171 gesteuert, welche in der Austrittsleitung 170 aus dem Zylinder 188 vorgesehen ist. Der Schlauch 209 und die Düsenanordnung 210 erreichen schließlich die voll ausgefahrene in Fig. 4 zum Zeitpunkt T ₉ gezeigte Stellung. Es wird folglich eine Aushöhlung 500 aus der Schicht 14 ausgeschnitten. Der radiale Abstand, über den sich die Aushöhlung 500 von der Bohrlochauskleidung nach außen erstreckt, ist etwas größer als der Kolbenhub des Zylinders 188, wegen der Schneidwirkung des Flüssig keitsstrahls, der aus der axialen Öffnung 374 des Düsen blocks 372 ausgestoßen wird. Es ist auch in Betracht zu ziehen, daß der Zylinder 188 in einer erheblichen Länge ausgeführt werden kann, um eine Eindringtiefe von der Bohrlochauskleidung nach außen von 4,5 m (15′) oder mehr zu ermöglichen.

Die Anlage wird für eine vorbestimmte Zeit, die ausreicht, um das völlige Ausfahren der Düsenstrahlanornung sicher zustellen, auf dem erhöhten Druckpegel gehalten. Nach Ablauf dieser Zeit wird die Druckreduzierung sodann in der Leitung 90 auf Null zum Zeitpunkt T ₁₀ eingeleitet und der Druckwert Null wird rasch bei T ₁₁ erreicht, was die Zylinder 98 und 134 durch die vom Gas in den Speichern 106 und 126 ausgeübte Kraft veranlaßt, in ihre ausgefahre ne Stellung zu laufen; die Ventile 118 und 150 werden gleichzeitig in die in Fig. 18A gezeigte Stellung zurück gefuhrt. Die Teile 194, 256, 262, 264 und 306 bleiben jedoch alle in der in Fig. 18B gezeigten Stellung, da auf keinen der Kolben 188 oder 308 ein Hydraulikdruck ausgeübt wird und sie folglich in der gezeigten ausgefahre nen Stellung bleiben.

Das Zurückziehen der Strahldüsen-Sonde erfolgt durch Erhöhung des Drucks in der Leitung 90 auf 276 bar (4000 psi) bei T ₁₂. Die 276 bar in der Leitung 90 gelangen über das Ventil 118 und die Leitungen 122, 182, 184, 334, 332, 330 und 318 zum Kolbenstangenende des Zylinders 308 und leiten die Rückzugbewegung des Kolbens 306 und des damit verbundenen Stanzer-Steuernockens 256 ein. Die Rückzugsgeschwindigkeit wird in leicht ersichtlicher Weise durch die Drosseleinrichtung 319 bestimmt, und der Zylinder 308 erreicht seine voll eingefahrene Stellung bei T ₁₃. Der Flüssigkeitsaustritt aus dem Kopfende des Zylinders 308 wird durch das Rückschlagventil 110 geleitet, das sich in das Gehäuse der Vorrichtung 20 entleert; in dem Gehäuse sind jedoch (nicht gezeigte) Entlastungs löcher vorgesehen, um den gelegentlichen Austritt der Flüssigkeit in die Bohrlochauskleidung zu ermöglichen. Der Zylinder 188 wird ebenfalls bei T ₁₂ gleichzeitig mit dem Zylinder 308 dadurch betätigt, daß der Druck aus der Leitung 90 durch die Leitung 170 zum Kolbenstangen ende des Zylinders 188 gelangt, um den Rückzug des Zylin ders und der Strahldüsen-Schlauchanordnung 209, 210 u.s.w. einzuleiten. Am Ende dieses Arbeitsspiels wird bei T ₁₃ die Stanzeinrichtung 262, 264 voll in ihre Ausgangslage inner halb der Bohrlochauskleidung zurückgezogen, und der Schlauch 206 wird voll eingezogen, so daß die Strahldüse 201 völlig von der Stanzeinrichtung umschlossen ist. Der Druck in der Leitung 90 wird bei T ₁₄ auf Null reduziert, und die Vorrichtung ist somit bereit zum Ausfahren aus dem Bohrloch oder zur Stellungsänderung innerhalb des Bohrlochs.

Der Stabilisierungsanker 24 kann freigegeben werden, um die Verschiebung der Vorrichtung 20 innerhalb der Bohrlochauskleidung zu ermöglichen, so daß ein weiterer Durchdringungsvorgang in der umgebenden Erdschicht ausge führt werden kann. Die Bewegung des Werkzeugs kann entwe der in einer lediglichen Drehung in eine neue Lage auf der gleichen Tiefe innerhalb des Bohrlochs bestehen, oder das gesamte Werkzeug kann für einen nachfolgenden Durchdringungsvorgang auf eine andere Tiefe abgesenkt oder angehoben werden. Fig. 4 zeigt eine zweite Aushöhlung 500 A in einer geringeren Tiefe als die Ausführung 500, sowie eine dritte Aushöhlung 500 B auf einer Zwischenhöhe, jedoch unter einem anderen Winkel als die Ausführungen 500 und 500 A. Nach der gewünschten Zahl von Durchdringungs vorgängen wird das gesamte Werkzeug aus der Bohrlochaus kleidung herausgenommen, und die Förderrohre und die dazugehörigen Pumpen oder dergleichen werden wieder in das Bohrloch eingesetzt, um die Förderung aus der umgeben den Bodenschicht 14 durchzuführen.

Claims

1. Vorrichtung zum Durchdringen einer Bohrlochwand in einem mit einer Auskleidung versehenen Bohrloch, gekennzeichnet durch:

a) ein längliches Gehäuse mit einem oberen und einem unteren Ende, wobei das obere Ende mit einer über dem Bohrloch befestigten Halteeinrichtung verbindbar ist und die Abmessungen und die Form des Gehäuses derart abgestimmt sind, daß es axial in die Auskleidung eines Bohrlochs einführbar ist,
b) eine nach außen verschiebbare Stanzeinrichtung mit einem inneren Ende und einem äußeren Ende, wobei das äußere Ende eine Einrichtung zum Ausschneiden einer Öffnung aus einer Bohrlochauskleidung durch kräftigen Schub gegen dieses Gehäuse enthält,
c) eine Führungseinrichtung zum Halten der Stanz einrichtung in einer gegenüber dem länglichen Gehäuse in zwei Stellungen verschiebbaren Lage, wobei die eine Stellung dem eingefahrenen Zustand entspricht, bei dem das äußere Ende der Stanzeinrichtung im wesent lichen innerhalb der Begrenzung durch das längliche Gehäuse liegt, wogegen in der ausgefahrenen Stellung das äußere Ende der Stanzeinrichtung außerhalb des tragenden Gehäuses liegt,
d) wobei die Abmessungen und die Form des länglichen Gehäuses sowie der Stanzeinrichtung derart ausgelegt sind, daß die Stanzeinrichtung innerhalb der Ausklei dung eines Bohrlochs einsetzbar und innerhalb derselben verschiebbar ist, wenn die Stanzeinrichtung sich in der eingezogenen Stellung befindet, dieses äußere Ende der Stanzeinrichtung sich jedoch nach außen über die Außenfläche der Auskleidung erstreckt, wenn die Stanzeinrichtung sich in der ausgefahrenen Stellung befindet,
e) eine kraftbetätigte Stanz-Antriebseinrichtung zum Verschieben der Stanzeinrichtung zwischen ihrer eingezogenen und ihrer ausgefahrenen Stellung und
f) eine Einrichtung zur Erzeugung eines Hochdruck- Flüssigkeitsstrahls einschließlich einer Quelle für eine Hochdruck-Arbeitsflüssigkeit, die mit einer Düsenanordnung verbunden ist, welche innerhalb der Stanzeinrichtung verschiebbar ist zwischen einer eingefahrenen Stellung, bei welcher die Düsenanordnung innerhalb der Stanzeinrichtung liegt, und einer ausge fahrenen Stellung, in welcher sich die Düsenanordnung außerhalb der Stanzeinrichtung befindet, um einen Hochdruck-Strahl nach außen über das äußere Ende der Stanzeinrichtung hinaus auszustoßen und dadurch die umgebende Bodenformation zu durchdringen und zu entfernen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stanzeinrichtung einen inneren Düsenführungs- Durchgang enthält, der innerhalb der Stanzeinrichtung verläuft, wobei die Düsenanordnung, welche den Strahl liefert, innerhalb des Düsenführungs-Durchgangs und längs desselben verschiebbar angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende der verschiebbaren Stanzeinrich tung zwei im wesentlichen ebene Flächen enthält, die sich längs einer Querlinie überschneiden, welche im wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse der Stanzeinrichtung verläuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stanzeinrichtung zusätzlich einen Durchgang zum Entfernen des Spülguts enthält, der längs der Außenfläche der Stanzeinrichtung verläuft und durch welchen das beim Betrieb der Düsenanordnung entste hende Spülgut in die Bohrloch-Auskleidung strömt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die den Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl liefernde Einrichtung einen biegsamen Schlauch umfaßt, dessen inneres Ende mit der Quelle für die Hochdruck-Arbeits flüssigkeit zur Aufnahme einer Hochdruck-Bohrflüssig keit verbunden ist, und dessen äußeres Ende an die Düsenanordnung angeschlossen ist, und
b) daß sie eine Antriebs-Energiequelle für die axiale Verschiebung der Schlauchanordnung durch die Stanzein richtung enthält, welche eine Auswärtsbewegung der Düsenanordnung über die Stanzeinrichtung hinaus in das umgebende Erdreich oder den Rückzug der Düsenanord nung in eine Lage innerhalb der Abgrenzung der Stanz einrichtung bewirkt.

6. Vorrichtung zum Durchdringen einer Bohrlochwand in einem mit einer Auskleidung versehenen Bohrloch und der umgebenden Erdschichten, gekennzeichnet durch:

a) ein Traggehäuse, dessen Abmessungen die Posi tionierung desselben in der Auskleidung eines Bohr lochs gestatten,
b) eine kraftgetriebene Schneideinrichtung am Trag gehäuse zum Ausschneiden einer Öffnung in einer Bohr loch-Auskleidung, in der das Traggehäuse positioniert ist,
c) einen Antrieb für die Schneideinrichtung,
d) eine Arbeitsflüssigkeits-Quelle im Traggehäuse,
e) eine verschiebbare, in das Gehäuse eingebaute Leitung mit einem ersten und einem zweiten Ende, wobei das erste Ende an die Quelle für Druck-Flüssig keit anschließbar ist,
f) eine Strahldüseneinrichtung, die an das zweite Ende der verschiebbaren Leitung angebaut ist,
g) eine Führungseinrichtung, welche die Düsenstrahl- Einrichtung und einen wesentlichen Teil der verschieb baren Leitung durch eine von der Schneideinrichtung in die Auskleidung geschnittene Öffnung nach außen leitet,
h) eine Leitungs-Antriebseinrichtung zum Ausfahren und Einfahren der verschiebbaren Leitung sowie der Düsenstrahleinrichtung durch die Öffnung der Ausklei dung und
i) eine Steuereinrichtung, die mit der Quelle für Druckflüssigkeit verbunden ist, zum Einschalten und Ausschalten des Antriebs für die Schneideinrichtung, der Düsenstrahleinrichtung und des Antriebs für die Leitungsverschiebung in einer bestimmten Reihenfolge, aufgrund von Druckänderungen der Arbeitsflüssigkeit in der Arbeitsflüssigkeits-Quelle.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Schneideinrichtung für die Auskleidung eine Stanzeinrichtung enthält und
b) daß der Antrieb für die Schneideinrichtung einen Hydraulikzylinder enthält, der mit der Stanzeinrichtung in einer Antriebsverbindung steht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Anordnung enthält, welche die Betätigung der hydraulischen Stanzeinrich tung in Abhängigkeit von der Arbeitsflüssigkeit aus löst, wenn die Arbeitsflüssigkeits-Quelle einen ersten Druckpegel erreicht, sowie eine Einrichtung, welche die Betätigung der Leitungs-Antriebseinrichtung zum Ausfahren der Leitung und der Düsenstrahleinrichtung durch die Öffnung in Abhängigkeit vom Druck der Arbeits flüssigkeit auslöst, wenn die Arbeitsflüssigkeits-Quelle einen zweiten Druckpegel nach dem Durchgang durch den ersten Druckpegel erreicht.

9. Verfahren zum Durchdringen einer Bohrlochwand in einem mit einer Auskleidung versehenen Bohrloch sowie der umgebenden Erdschichten, dadurch gekennzeichnet, daß in aufeinanderfolgenden Schritten

a) eine Stanzeinrichtung im Inneren der Auskleidung in einer gewünschten Tiefe, ausgerichtet auf die zu durchdringende Bodenschicht, positioniert wird,
b) sodann die Stanzeinrichtung nach außen durch die Auskleidung in eine ausgefahrene Stellung gedrängt wird, um eine Öffnung in der Auskleidung herzustellen, und
c) anschließend eine Strahldüsenanordnung längs einer in der Stanzeinrichtung vorgesehenen Führung durch die in die Auskleidung eingebrachte Öffnung nach außen gefahren wird, wobei gleichzeitig Hoch druck-Flüssigkeitsstrahlen aus der Düseneinrichtung ausgestoßen werden, um die umgebende Erdschicht zu durchdringen, und gleichzeitig die Stanzeinrichtung in ihrer ausgefahrenen Lage festgehalten wird, in der sie sich durch die Öffnung erstreckt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (c) dadurch erfolgt, daß die Schlauch einrichtung, an deren äußerem Ende die Düseneinrich tung befestigt ist, nach außen längs der innerhalb der Stanzeinrichtung vorgesehenen Führung verscho ben wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnt, daß der Schritt (b) aufgrund der Zuleitung einer Arbeitsflüssigkeit mit einem ersten Druckpegel in einen hydraulischen Steuerkreis, und der Schritt (c) aufgrund der Zuleitung einer Arbeitsflüssigkeit mit einem zweiten Druckpegel in diesen hydraulischen Steuerkreis erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einem weiteren Schritt (d) die Stanzeinrich tung und die Strahldüsenanordnung ins Innere der Bohrloch-Auskleidung dadurch zurückgezogen wird, daß nacheinander Arbeitsflüssigkeit zunächst mit einem dritten Druckpegel und anschließend mit einem vierten Druckpegel in den hydraulischen Steuerkreis geleitet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Druckpegel durch Steuerung der Förderleistung einer Pumpe erzielt werden, deren Ausgang an den hydraulischen Steuerkreis angeschlossen ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß vom niedrigsten zum höchsten Druckpegel folgen de Reihenfolge besteht: dritter Druckpegel, vierter Druckpegel, erster Druckpegel und zweiter Druckpegel.