DE60031119T2

DE60031119T2 - Richtbohrvorrichtung und -verfahren

Info

Publication number: DE60031119T2
Application number: DE60031119T
Authority: DE
Inventors: E. Laurier Leduc COMEAU; Elis Sherwood Park VANDENBERG; James Edward Sherwood Park CARGILL; Ransford John Houston HARDIN; Dean Terrance Leduc MAXWELL; James Bryan Beaumont RESTAU; Seadio Frank Humble RAMIREZ; Colin Walker; Thomas Richard Nisku HAY
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 1999-07-12
Filing date: 2000-06-19
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2020-06-20
Also published as: EP1302622A2; BR0017417B1; US6244361B1; CA2277714C; NO20030553L; NO332771B1; CA2474228A1; NO20090555L; EP1302622B1; EP1194675A1; CA2474230A1; NO332913B1; EP1308598B1; NO20030553D0; CA2410722A1; EP1308599A3; EP1194675B1; AU2003200408B2; BR0013159A; NO20030092D0

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine lenkbare Drehbohrvorrichtung und ein Verfahren zum Richtbohren unter Verwendung eines Drehbohrungsgestänges. Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung und ein Verfahren zum Steuern der Richtung beim Drehbohren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Richtbohren beruht auf dem Variieren oder Steuern der Richtung einer Bohrung, während sie gebohrt wird. Das Ziel des Richtbohrens besteht üblicherweise darin, eine Position innerhalb eines unterirdischen Zielbestimmungsorts oder einer unterirdischen Zielformation mit dem Bohrungsgestänge zu erreichen oder zu halten. Die Bohrrichtung kann zum Beispiel gesteuert werden, um die Bohrung in die Richtung eines gewünschten Zielbestimmungsorts zu richten, die Bohrung horizontal zu steuern, um sie innerhalb eines gewünschten Förderhorizonts zu halten, oder ungewollte oder unerwünschte Abweichungen von einem gewünschten oder vorbestimmten Pfad zu korrigieren.
Richtbohren kann folglich als eine Ablenkung einer Bohrung entlang einem vorbestimmten oder gewünschten Pfad definiert werden, um eine Position innerhalb einer spezifischen unterirdischen Formation oder eines spezifischen unterirdischen Ziels zu erreichen, sich mit dieser zu schneiden oder diese zu halten. Der vorbestimmte Pfad umfasst typischerweise eine Tiefe, bei der ursprüngliche Ablenkung auftritt, und einen Plan gewünschter Abweichungswinkel und Richtungen über den Rest der Bohrung hinweg. Die Ablenkung ist folglich eine Richtungsänderung der Bohrung von dem gegenwärtigen Pfad der Bohrung.
Es ist oft notwendig, während des Richtbohrens die Richtung der Bohrung häufig einzustellen, um entweder eine geplante Richtungsänderung unterzubringen oder um eine unbeabsichtigte oder ungewollte Ablenkung der Bohrung auszugleichen. Ungewollte Ablenkung kann aus einer Vielzahl von Faktoren resultieren, einschließlich der Charakteristiken der gebohrten Formation, des Aufbaus der Bohrgarnitur und der Art und Weise, wie die Bohrung gebohrt wird.
Die Ablenkung wird als eine Menge an Abweichung der Bohrung von dem gegenwärtigen Pfad der Bohrung gemessen und als ein Abweichungswinkel oder eine Lochneigung ausgedrückt. Der ursprüngliche Pfad der Bohrung liegt üblicherweise in einer vertikalen Richtung vor. Die ursprüngliche Ablenkung kennzeichnet daher oft einen Punkt, an dem die Bohrung vertikal abgeleitet worden ist. Die Abweichung wird infolgedessen üblicherweise als Winkel in Grad von der Vertikalen ausgedrückt.
Verschiedene Techniken können für das Richtbohren verwendet werden. Als Erstes kann der Bohrmeißel durch einen Untertageantrieb gedreht werden, der durch die Zirkulation von Fluid das von der Oberfläche geliefert wird, angetrieben wird. Diese Technik, die manchmal „Gleitbohren" genannt wird, wird typischerweise beim Richtbohren verwendet, um bei der Bohrung eine Richtungsänderung zu bewirken, wie etwa das Aufbauen eines Ablenkungswinkels. Beim Gleitbohren treten jedoch häufig verschiedene Probleme auf.
Zum Beispiel beruht Gleitbohren typischerweise zusätzlich zum Untertageantrieb auf der Verwendung spezieller Ausrüstungen, einschließlich gebogener Übergänge oder Motorgehäusen, Steuergeräten und nicht magnetischen Bohrungsgestängekomponenten. Des Weiteren neigt der Untertageantrieb in Anbetracht des traditionellen Elastomermotorenleistungsteilbereichs zur Abnutzung. Da das Bohrungsgestänge außerdem während des Gleitbohrens nicht gedreht wird, ist es dafür anfällig, in der Bohrung kleben zu bleiben, insbesondere deshalb, weil sich der Winkel der Ablenkung der Bohrung von der Vertikalen vergrößert, was in reduzierten Durchdringungsraten des Bohrmeißels resultiert. Weitere traditionelle, mit dem Gleitbohren verknüpfte Probleme umfassen den Stick-Slip-Effekt, Wirbeln, Festwerden (durch Differenzdruck) und Überlast-Probleme. Aus diesen Gründen und aufgrund der relativ hohen Kosten des Gleitbohrens wird diese Technik typischerweise nicht beim Richtbohren verwendet, es sei denn, dass eine Richtungsänderung bewirkt werden soll.
Zweitens kann das Richtbohren durch das Drehen des gesamten Bohrungsgestänges von der Oberfläche erzielt werden, was wiederum einen mit dem Ende des Bohrungsgestänges verbundenen Bohrmeißel dreht. Genauer ist beim Drehbohren die Bohrgarnitur einschließlich des Bohrmeißels mit dem Bohrungsgestänge verbunden, das drehbar von der Oberfläche getrieben wird. Diese Technik ist relativ kostengünstig, da die Verwendung spezieller Ausrüstungen wie etwa Untertageantrieben üblicherweise minimal gehalten werden kann. Darüber hinaus werden traditionelle, mit der Gleitbohrung verknüpfte Probleme, wie oben erörtert, oft reduziert. Die Durchdringungsrate des Bohrmeißels neigt dazu, größer zu sein, während die Abnutzung des Bohrmeißels und der Verrohrung oft reduziert werden.
Das Drehbohren stellt im Vergleich zur Gleitbohrung, insbesondere bei Bohrungen mit großem Abweichungswinkel, jedoch eher eine relativ begrenzte Steuerung der Richtung oder Ausrichtung der resultierenden Bohrung bereit. Drehbohren wird daher weitgehend beim Nicht-Richtbohren oder beim Richtbohren verwendet, wo keine Richtungsänderung erforderlich oder beabsichtigt ist.
Drittens kann eine Kombination aus Dreh- und Gleitbohren durchgeführt werden. Drehbohren wird typischerweise solange durchgeführt, bis eine Variation oder Änderung der Richtung der Bohrung gewünscht wird. Die Drehung des Bohrungsgestänges wird typischerweise gestoppt, und es wird mit dem Gleitbohren unter Verwendung des Untertageantriebs begonnen. Obgleich die Verwendung einer Kombination aus Gleit- und Drehbohren eine zufriedenstellende Steuerung der Richtung der Bohrung gewährleisten kann, treten immer noch zu dem Gleitbohren zugehörige Probleme und Nachteile auf.
Auf dem Stand der Technik sind manche Versuche unternommen worden, um diese Probleme zu behandeln. Genauer sind Versuche unternommen worden, um eine lenkbare Drehbohreinrichtung oder ein lenkbares Drehbohrsystem zur Verwendung beim Richtbohren bereitzustellen. Keiner dieser Versuche hat jedoch eine vollkommen zufrieden stellende Lösung bereitgestellt.
Das Vereinigte Königreich Patent Nr. GB 2,172,324 , erteilt am 20. Juli 1988 an Cambridge Radiation Technology Limited („Cambridge") setzt ein Steuermodul ein, das eine Verrohrung mit einem Lager an jedem ihrer Enden zum Stützen der Antriebswelle, während sie durch die Verrohrung läuft, aufweist. Ferner beinhaltet das Steuermodul vier biegsame Umhegungen in der Form von Taschen, die sich in dem ringförmigen Raum zwischen dem Bohrungsgestänge und der Verrohrung befinden, um als Betätigungselement zu dienen. Die Taschen lösen die Richtung des Bohrens aus oder steuern diese, indem eine Radialkraft auf die Antriebswelle innerhalb der Verrohrung angewandt wird, so dass die Antriebswelle zwischen den Lagern lateral verschoben wird, um eine gewünschte Krümmung der Antriebswelle bereitzustellen. Genauer wird hydraulisches Fluid selektiv mittels einer Pumpe zu den Taschen geleitet, um die gewünschte Radialkraft auf das Bohrungsgestänge anzuwenden.
Die Richtung der durch die Taschen angewandten Radialkraft zur Ablenkung der Antriebswelle wird folglich durch das Steuern der Anwendung des hydraulischen Drucks von der Pumpe auf die Taschen gesteuert. Ausdrücklich werden eine oder zwei angrenzende Taschen individuell vollständig unter Druck gesetzt, und bei den zwei verbleibenden Taschen wird der Druck herabgesetzt. Als Folge wird die Antriebswelle abgelenkt und produziert zwischen den Lagern an den entgegengesetzten Enden der Verrohrung des Steuermoduls eine Krümmung. Diese gesteuerte Krümmung steuert die Bohrrichtung.
Das Vereinigte Königreich Patent Nr. GB 2,172,325 , erteilt am 20. Juli 1988 an Cambridge und das Vereinigte Königreich Patent Nr. GB 2,177,738 , erteilt am 3. August 1988 an Cambridge, beschreiben auf ähnliche Weise die Verwendung biegsamer Umhegungen in der Form von Taschen zur Erfüllung desselben Zweckes. Das Bohrungsgestänge wird vor allem zwischen einem nahen Meißelstabilisator und einem fernen Meißelstabilisator gestützt. Ein Steuerstabilisator befindet sich zwischen dem nahen und dem fernen Meißelstabilisator zum Anwenden einer Radialkraft auf das Bohrungsgestänge innerhalb des Steuerstabilisators, so dass eine Biegung oder Krümmung des Bohrungsgestänges zwischen dem nahen Meißelstabilisator und dem fernen Meißelstabilisator produziert wird. Der Steuerstabilisator beinhaltet vier Taschen, die sich in dem ringförmigen Raum zwischen einem Gehäuse des Steuerstabilisators und dem Bohrungsgestänge befinden, um die Radialkraft innerhalb des Steuerstabilisators auf das Bohrungsgestänge anzuwenden.
Die Vereinigte Königreich Patentanmeldung Nr. GB 2,307,537 , veröffentlicht am 28. Mai 1997 durch Astec Developments Limited, beschreibt ein Wellenorientierungssystem zum Steuern der Richtung des Drehbohrens. Hauptsächlich verläuft eine Welle, wie etwa ein Bohrungsgestänge, durch ein erstes Wellenstützmittel mit einer ersten Längsachse und ein zweites Wellenstützmittel mit einer zweiten Längsachse. Das erste und das zweite Wellenstützmittel sind durch ein Lagermittel mit einer Lagerdrehachse drehbar gekoppelt, die in einem ersten Nicht-Nullwinkel bezüglich der ersten Längsachse axial ausgerichtet ist und in einem zweiten Nicht-Nullwinkel bezüglich der zweiten Längsachse axial ausgerichtet ist. Demzufolge variiert die relative Drehung des ersten und zweiten Wellenstützmittels um ihre entsprechenden Längsachsen die relative Winkelausrichtung der ersten und zweiten Längsachse.
Es wird folglich verursacht, dass sich die durch das Wellenausrichtungssystem verlaufende Welle gemäß der relativen Winkelausrichtung der ersten und zweiten Längsachse des ersten und zweiten Wellenstützmittels biegt oder krümmt. Die Welle kann als ein einheitlicher Gegenstand mit einem elastischen zentralen Teilbereich gebildet sein, der die gewünschte Krümmung unterbringen kann, oder sie kann eine Kopplung beinhalten, wie etwa ein Kardangelenk, um die gewünschte Krümmung unterzubringen.
Das Vereinigte Staaten Patent Nr. 5,685,379, erteilt am 11. November 1997 an Barr et al., das Vereinigte Staaten Patent Nr. 5,706,905, erteilt am 13. Januar 1998 an Barr et al., und das Vereinigte Staaten Patent Nr. 5,803,185, erteilt am 8. September 1998 an Barr et al., beschreiben ein lenkbares Drehbohrsystem einschließlich einer dem Bohrmeißel zugehörigen modulierten Vorspanneinheit zum Anlegen einer lateralen Vorspannung an den Bohrmeißel in eine gewünschte Richtung, um die Richtung des Bohrens zu steuern. Die Vorspanneinheit beinhaltet drei mit gleichem Abstand angeordnete hydraulische Betätigungselemente, von denen jedes ein bewegbares Schubelement aufweist, das für den Eingriff in die Bohrung nach außen verschiebbar ist. Die hydraulischen Betätigungselemente werden nacheinander, während sich die Vorspanneinheit während des Drehbohrens dreht, betrieben, wobei sich jedes in der gleichen Drehposition befindet, um die Vorspanneinheit lateral in eine ausgewählte Richtung zu verschieben.
Die internationale PCT-Anmeldung Nr. PCT/US98/24012 von Telejet Technologies, Inc., am 20. Mai 1999 als Nr. WO 99/24688 veröffentlicht, beschreibt die Verwendung einer Stabilisatoranordnung zum Richtbohren. Genauer wird ein Stabilisatorübergang mit dem Drehbohrungsgestänge verbunden, so dass der Stabilisatorübergang relativ zu der Bohrung im Wesentlichen ortsfest bleibt, während sich das Bohrungsgestänge dreht. Der Stabilisatorübergang umfasst einen fixierten oberen Stabilisator und einen einstellbaren unteren Stabilisator. Der untere einstellbare Stabilisator trägt mindestens vier Stabilisatorrippen, die von dem Körper des Stabilisatorübergangs zum Eingriff in das Bohrloch radial ausfahrbar sind.
Jede Stabilisatorrippe wird von einem jeweils einer Rippe zugehörigen Motor betätigt. Da jede Stabilisatorrippe mit ihrem eigenen Motor versehen ist, sind die Stabilisatorrippen bezüglich des Körpers des Stabilisatorübergangs unabhängig ausfahrbar und einziehbar. Demgemäß kann jede Rippe selektiv ausgefahren oder eingezogen werden, um die gewünschte Bohrrichtung herzustellen.
Das Vereinigte Staaten Patent Nr. 5,307,885, erteilt am 3. Mai 1994 an Kuwana et al., das Vereinigte Staaten Patent Nr. 5,353,884, erteilt am 11. Oktober 1994 an Misawa et al., und das Vereinigte Staaten Patent Nr. 5,875,859, erteilt am 2. März 1999 an Ikeda et al., setzen alle Wellgetriebemechanismen zum Antreiben von Drehelementen, die das Bohrungsgestänge exzentrisch stützen, um das Bohrungsgestänge abzulenken und die Bohrrichtung zu steuern, ein.
Genauer beschreiben Kuwana et al. ein erstes ringförmiges Drehelement, das mit einem ersten Wellgetriebemechanismus in einer mit Abstand angeordneten Entfernung von einem zweiten ringförmigen Drehelement verbunden ist, welches mit einem zweiten Wellgetriebemechanismus verbunden ist. Jedes ringförmige Drehelement weist einen exzentrischen hohlen Abschnitt auf, der sich exzentrisch um die Drehachse des ringförmigen Elements dreht. Das Bohrungsgestänge wird durch die Innenflächen der exzentrischen Abschnitte der ringförmigen Elemente gestützt. Bei Drehung mittels der Wellgetriebemechanismen werden die exzentrischen hohlen Abschnitte relativ zueinander gedreht, um das Bohrungsgestänge abzulenken und die Ausrichtung des Bohrungsgestänges in die gewünschte Richtung zu ändern. Insbesondere wird die Ausrichtung des Bohrungsgestänges durch eine gerade Linie definiert, die durch die Zentren der entsprechenden hohlen Abschnitte der ringförmigen Elemente verläuft.
Misawa et al. beschreiben Wellgetriebemechanismen zum Antreiben eines ersten und zweiten drehbaren ringförmigen Elements eines doppelten exzentrischen Mechanismus. Das erste drehbare ringförmige Element definiert eine erste exzentrische Innenperipheriefläche. Das zweite drehbare ringförmige Element, das drehbar durch die erste exzentrische Innenperipheriefläche des ersten ringförmigen Elements gestützt wird, definiert eine zweite exzentrische Innenperipheriefläche. Das Bohrungsgestänge wird durch die zweite exzentrische Innenperipheriefläche des zweiten ringförmigen Elements und lochaufwärts durch einen Wellenrückhaltemechanismus gestützt. Beim Auslösen der harmonischen Antriebsmechanismen werden das erste und das zweite ringförmige Element gedreht, was zu der Bewegung des Zentrums der zweiten exzentrischen Umfangsfläche führt. Das Bohrungsgestänge wird folglich von seinem Drehzentrum abgelenkt, um es in die gewünschte Richtung auszurichten.
Bei Ablenkung des Bohrungsgestänges wird der Drehpunkt der Ablenkung des Bohrungsgestänges tendenziell an dem oberen Stützmechanismus, d. h. dem oberen Wellenhaltemechanismus, gestützt. Es hat sich folglich herausgestellt, dass das Bohrungsgestänge exzessiver Biegungsbeanspruchung ausgesetzt werden kann,
Auf ähnliche Weise beschreiben Ikeda et al. Wellgetriebemechanismen zum Antreiben eines ersten und zweiten drehbaren ringförmigen Elements eines doppelten exzentrischen Mechanismus. Ikeda et al. erfordern jedoch die Verwendung eines flexiblen Gelenks wie etwa eines Kardangelenks, das an der Stelle mit dem Bohrungsgestänge verbunden werden soll, an der die maximale Biegungsbeanspruchung des Bohrungsgestänges auftritt, um die exzessive Biegungsbeanspruchung des Bohrungsgestänges zu verhindern. Das flexible Gelenk befindet sich deshalb angrenzend an dem oberen Stützmechanismus. Bei Ablenkung des Bohrungsgestänges durch den doppelten exzentrischen Mechanismus wird die Ablenkung von dem flexiblen Gelenk absorbiert, und folglich wird auf dem Bohrungsgestänge keine Biegekraft erzeugt. Stattdessen wird verursacht, dass sich das Bohrungsgestänge in dem doppelten exzentrischen Mechanismus nach unten neigt. Ein Drehpunktlager lochabwärts des doppelten exzentrischen Mechanismus funktioniert als ein Axiallager und dient als Drehzentrum für den unteren Abschnitt des Bohrungsgestänges, um die Neigungstätigkeit unterzubringen.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Verwendung einer biegsamen oder einer Gelenkwelle zur Verhinderung der Erzeugung exzessiver Biegekraft auf dem Bohrungsgestänge möglicherweise nicht bevorzugt wird. Es hat sich vor allem herausgestellt, dass die Gelenkverbindungen der biegsamen oder der Gelenkwelle zum Versagen neigen können.
Folglich besteht in der Industrie Bedarf an einer lenkbaren Drehbohrvorrichtung oder Bohrrichtungsteuerungsvorrichtung zur Verwendung mit einem Drehbohrungsgestänge und einem Verfahren zur Verwendung beim Drehbohren zum Steuern der Bohrrichtung, die beide eine relativ genaue Steuerung des Bewegungsablaufes oder der Ausrichtung des Bohrmeißels während des Bohrbetriebs bereitstellen können, wobei außerdem die Erzeugung exzessiver Biegungsbeanspruchung auf das Bohrungsgestänge vermieden wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung. Die Erfindung bezieht sich auch auf Verfahren zum Bohren, die eine Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung einsetzen, und auf Verfahren zur Ausrichtung eines Bohrsystems wie etwa eines Drehbohrsystems.
Bei einer Einrichtungsform der Erfindung beinhaltet die Erfindung eine Vorrichtung, die mit einem Bohrungsgestänge verbunden werden kann und die das Bohren in eine Menge von Richtungen erlaubt, die von der Längsachse des Bohrungsgestänges abweichen, wobei dadurch eine Lenkfähigkeit während des Bohrens und eine Steuerung über den Weg der resultierenden Bohrung bereitgestellt wird. Vorzugsweise erlaubt die Vorrichtung, dass die Menge an Änderungsrate der Bohrrichtung unendlich zwischen null Prozent und 100 Prozent der Kapazität der Vorrichtung variiert werden kann.
Die Vorrichtung beinhaltet eine Bohrwelle, die mit dem Bohrungsgestänge verbunden werden kann und die durch Biegen ablenkbar ist, um die Richtung ihrer Längsachse relativ zu der Längsachse des Bohrungsgestänges zu ändern und somit die Richtung eines Bohrmeißels, der daran befestigt ist, zu ändern. Vorzugsweise kann die Ausrichtung der Ablenkung der Bohrwelle geändert werden, um die Ausrichtung des Bohrmeißels bezüglich der Richtung des Vorortantriebs als auch des Größenwertes der Ablenkung des Bohrmeißels oder der Meißelneigung zu ändern.
Vorzugsweise ist die Bohrwelle zwischen zwei radialen Stützen ablenkbar. Vorzugsweise ist eine Länge der abzulenkenden Bohrwelle in einem Gehäuse enthalten, wobei das Gehäuse auch die radialen Stützen umgibt.
Die Vorrichtung eignet sich besonders zur Verwendung als Teil eines lenkbaren Drehbohrungssystems, bei dem sowohl das Bohrungsgestänge als auch die Bohrwelle gedreht werden.
In einem Aspekt der Vorrichtung der Erfindung beinhaltet die Erfindung eine Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung, die Folgendes beinhaltet:

(a) eine drehbare Bohrwelle;
(b) ein Gehäuse zum drehbaren Stützen einer Länge der Bohrwelle zur Drehung darin; und
(c) eine in dem Gehäuse enthaltene Bohrwellen-Ablenkungsanordnung, die sich axial zwischen einer ersten Stützstelle und einer zweiten Stützstelle zum Biegen der Bohrwelle zwischen der ersten Stützstelle und der zweiten Stützstelle befindet, wobei die Bohrwelle keine elastischen Gelenke oder Gelenkverbindungen darin umfasst, und wobei die Ablenkungsanordnung Folgendes beinhaltet:
(i) einen Außenring, der auf einer kreisförmigen Innenumfangsfläche des Gehäuses drehbar gestützt ist und der eine kreisförmige Innenumfangsfläche aufweist, die bezüglich des Gehäuses exzentrisch ist; und
(ii) einen Innenring, der drehbar auf der kreisförmigen Innenumfangsfläche des Außenrings gestützt wird und der eine kreisförmige Innenumfangsfläche aufweist, die in die Bohrwelle eingreift und die bezüglich der kreisförmigen Innenumfangsfläche des Außenrings exzentrisch ist.

In anderen Aspekten der Einrichtung der Erfindung beinhaltet die Erfindung Verbesserungen an den Merkmalen der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtungen im Allgemeinen. Diese Verbesserungen können zusammen mit der oben beschriebenen Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung verwendet werden oder können zusammen mit anderen Bohrrichtungssteuerungsvorrichtungen verwendet werden.
Die erste Stützstelle und die zweite Stützstelle können eine beliebige Struktur beinhalten, die das Biegen der Bohrwelle dazwischen erleichtert und die die Drehung der Bohrwelle erlaubt. Vorzugsweise beinhaltet die Vorrichtung ferner ein erstes Radiallager, das sich an der ersten Stützstelle befindet, und ein zweites Radiallager, das sich an der zweiten Stützstelle befindet. Vorzugsweise beinhaltet das erste Radiallager ein distales Radiallager, beinhaltet die erste Stützstelle eine distale Radiallagerstelle, beinhaltet das zweite Radiallager ein proximales Radiallager und beinhaltet die zweite Lagerstelle eine proximate Radiallagerstelle.
Das distale Radiallager kann ein beliebiges Lager, eine beliebige Buchse oder eine beliebige ähnliche Vorrichtung beinhalten, das/die die Bohrwelle radial und drehbar stützen kann, während die Wirkungen der Ablenkung der Bohrwelle an dem distalen Radiallager vorbei übertragen werden. Das distale Radiallager kann zum Beispiel die radiale Verlagerung der Bohrwelle ermöglichen. Vorzugsweise beinhaltet das distale Radiallager jedoch ein Drehpunktlager, das das Schwenken der Bohrwelle an der distalen Radiallagerstelle erleichtert.
Das proximale Radiallager kann ein beliebiges Lager, eine beliebige Buchse oder eine beliebige ähnliche Vorrichtung beinhalten, das/die die Bohrwelle radial und drehbar stützt. Vorzugsweise überträgt das proximate Radiallager die Wirkungen der Ablenkung der Bohrwelle an dem proximalen Radiallager vorbei nicht bedeutend, so dass die Wirkungen der Ablenkung der Bohrwelle auf jenen Abschnitt der Vorrichtung beschränkt sind, der zu dem distalen Ende der Vorrichtung von dem proximalen Radiallager hin befindlich ist. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das proximale Radiallager ein Kragträgerlager, das das Schwenken der Bohrwelle an der proximalen Radiallagerstelle einschränkt.
Die Vorrichtung beinhaltet ferner vorzugsweise eine distale Abdichtung an einem distalen Ende des Gehäuses und eine proximate Abdichtung an einem proximalen Ende des Gehäuses, wobei diese radial zwischen dem Gehäuse und der Bohrwelle positioniert sind, um die Radiallager und die Ablenkungsanordnung gegenüber Schutt zu isolieren und vor diesem zu schützen. Die Abdichtungen sind vorzugsweise axial positioniert, so dass sich die Ablenkungsanordnung axial zwischen dem distalen und dem proximalen Ende des Gehäuses befindet, sich die distale Radiallagerstelle axial zwischen dem distalen Ende des Gehäuses und der Ablenkungsanordnung befindet und sich die proximate Radiallagerstelle axial zwischen dem proximalen Ende des Gehäuses und der Ablenkungsanordnung befindet.
Die Abdichtungen können jede beliebige Abdichtung beinhalten, die dazu fähig ist, relativer Bewegung zwischen dem Gehäuse und der Bohrwelle sowie hohen Temperaturen und hohem Druck, denen während des Bohrens höchstwahrscheinlich begegnet werden, standzuhalten. Vorzugsweise sind die Abdichtungen Gleitringdichtungen, um die Drehung der Bohrwelle relativ zu dem Gehäuse unterzubringen. In der bevorzugten Ausführungsform beinhalten die Abdichtungen Gleitringdichtungen, die auch die laterale Bewegung der Bohrwelle unterbringen, beinhalten sie einen inneren Abstreifer und eine äußere Barrierendichtung und sind mit gefiltertem Schmierfluid vom Inneren des Gehäuses geschmiert.
Das Innere des Gehäuses definiert vorzugsweise eine Fluidkammer zwischen dem distalen Ende und dem proximalen Ende, wobei die Fluidkammer vorzugsweise mit einem Schmierfluid gefüllt ist. Die Vorrichtung beinhaltet vorzugsweise ferner ein Druckausgleichsystem zum Ausgleichen des Drucks des in der Fluidkammer enthaltenen Schmierfluids mit dem Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses.
Das Druckausgleichsystem kann ein beliebiges System beinhalten, das den gewünschten Ausgleich von Drücken erreicht, wie etwa ein beliebiges System, das die Kommunikation zwischen dem Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses und dem in der Fluidkammer enthaltenen Schmierfluid erlaubt. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das Druckausgleichsystem eine Drucköffnung auf dem Gehäuse.
Das Druckausgleichsystem beinhaltet vorzugsweise auch eine supplementäre Druckquelle zum Ausüben von Druck auf das Schmierfluid, so dass der Druck des Schmierfluids höher als der Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses gehalten wird. Es kann jeder beliebige Mechanismus in der Erfindung verwendet werden, der diese supplementäre Druckquelle bereitstellt, wobei dieser Mechanismus hydraulisch, pneumatisch, mechanisch oder auf eine andere beliebige Weise betätigt werden kann.
In der bevorzugten Ausführungsform umfasst das Druckausgleichsystem die supplementäre Druckquelle und beinhaltet eine Abgleichkolbenanordnung, wobei die Abgleichkolbenanordnung eine Kolbenkammer, die durch das Innere des Gehäuses definiert wird, und einen innerhalb der Kolbenkammer enthaltenen bewegbaren Kolben, der die Kolbenkammer in eine Fluidkammerseite und eine Abgleichseite trennt, beinhaltet, wobei die Fluidkammerseite mit der Fluidkammer verbunden ist, wobei die Drucköffnung mit der Abgleichseite der Kolbenkammer in Kommunikation steht, und wobei die supplementäre Druckquelle auf die Abgleichseite der Kolbenkammer wirkt. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die supplementäre Druckquelle eine Vorspannvorrichtung, die einen supplementären Druck auf den Kolben ausübt, und wobei die Vorspannvorrichtung eine Feder beinhaltet, die in der Abgleichseite der Kolbenkammer enthalten ist.
Das Druckausgleichsystem beinhaltet vorzugsweise auch ein Schmierfluidreguliersystem, das Beschicken der Fluidkammer mit dem Schmierfluid erleichtert und die während des Betriebs der Vorrichtung die Einstellung der Menge des an in der Fluidkammer enthaltenen Schmierfluids als Reaktion auf die erhöhten Temperaturen und Drücke, die von dem Schmierfluid erfahren werden, bereitstellt.
Das Schmierfluidreguliersystem beinhaltet vorzugsweise ein Abblasventil, das mit der Fluidkammer kommuniziert und das den Abfluss von Schmierfluid aus der Fluidkammer erlaubt, wenn der Unterschied zwischen dem Druck des Schmierfluids in der Fluidkammer und dem Umgebungsdruck außerhalb der Fluidkammer einen vorbestimmten Abblasventildruck übersteigt. Dieser vorbestimmte Abblasventildruck entspricht vorzugsweise dem supplementären von der supplementären Druckquelle ausgeübten Druck oder ist leicht höher als dieser. In der bevorzugten Ausführungsform, in der die supplementäre Druckquelle eine Feder ist, ist der vorbestimmte Abblasventildruck leicht höher angesetzt als die gewünschte maximale Menge des supplementären Drucks, der während des Betriebs der Vorrichtung von der Feder ausgeübt werden soll.
Die distale Abdichtung sowie die proximale Abdichtung werden vorzugsweise beide mit Schmierfluid aus der Fluidkammer geschmiert. Zur Verhinderung des Risikos von Schaden an den Abdichtungen aufgrund von in dem Schmierfluid enthaltenem Schutt beinhalten die Abdichtungen vorzugsweise jeweils einen inneren Abstreifer oder eine innere Isolierdichtung und einen Filtermechanismus zum Filtern des Schmierfluids aus der Fluidkammer, bevor es auf die Abdichtungen trifft, so dass die Abdichtungen von dem Hauptvolumen an in der Fluidkammer enthaltenem Schmierfluid isoliert und mit gefiltertem Schmierfluid geschmiert sind. Jede beliebige Art von Filter, der die Abdichtungen gegenüber Schutt mit Partikelgrößen, die höchstwahrscheinlich in der Fluidkammer angetroffen werden können, isolieren kann, kann in dem Filtermechanismus verwendet werden.
Die Vorrichtung beinhaltet ferner eine dem Gehäuse zugehörige Vorrichtung zur Einschränkung der Drehung des Gehäuses. Die Drehungseinschränkungsvorrichtung kann jede beliebige Einrichtung beinhalten, die eine einschränkende oder Gegendrehfunktion zwischen dem Gehäuse und einer Bohrlochwand während des Betriebs der Bohrrichtungssteuervorrichtung bereitstellt.
Die Dreheinschränkungsvorrichtung oder Gegendrehung kann ein einzelnes Element, das sich von dem Gehäuse erstreckt, beinhalten. Vorzugsweise beinhaltet die Dreheinschränkungsvorrichtung eine Vielzahl von Elementen, die um eine Peripherie des Gehäuses angeordnet sind, wobei jedes Element radial von dem Gehäuse vorstehen kann und wobei sie in die Bohrlochwand eingreifen können, um die einschränkende oder Gegendrehfunktion auszuführen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Dreheinschränkungsvorrichtung mindestens eine Rolle auf dem Gehäuse, wobei die Rolle eine Drehachse aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse des Gehäuses ist und so ausgerichtet ist, dass sie als Reaktion auf eine auf die Rolle ausgeübte Kraft im Wesentlichen in die Richtung der Längsachse des Gehäuses um ihre Drehachse rollen kann.
Vorzugsweise beinhaltet die Rolle eine Umfangsfläche um ihre Peripherie und vorzugsweise beinhaltet die Umfangsfläche eine Eingriffsfläche zum Eingreifen in eine Bohrlochwand. Die Eingriffsfläche kann die Umfangsfläche der Rolle, die verjüngt ist, beinhalten.
Die Rolle kann auf dem Gehäuse an einer fixierten Radialposition, die sich von dem Gehäuse erstreckt, positioniert sein, aber vorzugsweise ist die Rolle zur Bewegung zwischen einer eingezogenen Position und einer ausgestreckten Position, in der sie sich radial von dem Gehäuse erstreckt, fähig. Die Dreheinschränkungsvorrichtung kann ferner eine Vorspannvorrichtung zum Vorspannen der Rolle in die ausgestreckte Position beinhalten, wobei die Vorspannvorrichtung eine Einrichtung beinhalten kann, die die Vorspannfunktion ausführen kann. Vorzugsweise beinhaltet die Vorspannvorrichtung mindestens eine Feder, die zwischen dem Gehäuse und der Rolle wirkt. Als Alternative dazu kann die Drehungseinschränkungsvorrichtung ein Betätigungselement zum Bewegen der Rolle zwischen der eingezogenen und der erstreckten Position beinhalten.
Vorzugsweise beinhaltet die erste bevorzugte Ausführungsform der Drehungseinschränkungsvorrichtung eine Vielzahl von Rollen, die um eine Peripherie des Gehäuses mit Abstand angeordnet sind. Die Vielzahl von Rollen kann in einer beliebigen Konfiguration um die Peripherie des Gehäuses mit Abstand angeordnet sein. In der bevorzugten Ausführungsform der Drehungseinschränkungsvorrichtung, die Rollen beinhaltet, beinhaltet die Drehungseinschränkungsvorrichtung drei Drehungseinschränkungswagenanordnungen, die im Wesentlichen gleichmäßig um die Peripherie des Gehäuses mit Abstand angeordnet sind, wobei jede Drehungseinschränkungswagenanordnung drei Sätze Rollen beinhaltet, die axial entlang dem Gehäuse mit Abstand angeordnet sind, und wobei jeder Satz Rollen vier koaxiale, Seite an Seite mit Abstand angeordnete Rollen beinhaltet.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Drehungseinschränkungsvorrichtung mindesten einen Kolben auf dem Gehäuse. Der Kolben kann ein fixiertes Element sein, das sich relativ zu dem Gehäuse nicht axial bewegt. Vorzugsweise ist der Kolben zur Bewegung zwischen einer eingezogenen Position und einer ausgestreckten Position, in der er sich radial von dem Gehäuse erstreckt, fähig, in welchem Fall die Dreheinschränkungsvorrichtung vorzugsweise ferner eine Betätigungselementvorrichtung zum Bewegen des Kolbens zwischen der eingezogenen Position und der ausgestreckten Position beinhaltet. Die Betätigungselementvorrichtung kann eine beliebige Einrichtung beinhalten, die dazu fähig ist, den Kolben relativ zu dem Gehäuse zu bewegen. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Betätigungselementvorrichtung eine hydraulische Pumpe. Als Alternative dazu kann die Drehungseinschränkungsvorrichtung eine Vorspannvorrichtung zum Vorspannen des Kolbens zu der erstreckten Position beinhalten.
Vorzugsweise beinhaltet die zweite bevorzugte Ausführungsform der Drehungseinschränkungsvorrichtung eine Vielzahl von Kolben, die um eine Peripherie des Gehäuses mit Abstand angeordnet sind. Die Vielzahl von Kolben kann in einer beliebigen Konfiguration um die Peripherie des Gehäuses mit Abstand angeordnet sein. In der bevorzugten Ausführungsform der Drehungseinschränkungsvorrichtung, die Kolben beinhaltet, beinhaltet die Drehungseinschränkungsvorrichtung drei Drehungseinschränkungswagenanordnungen, die im Wesentlichen gleichmäßig um die Peripherie des Gehäuses mit Abstand angeordnet sind, wobei jede Drehungseinschränkungswagenanordnung eine Vielzahl von Kolben beinhaltet, die axial entlang dem Gehäuse mit Abstand angeordnet sind.
Die Vorrichtung beinhaltet vorzugsweise ferner ein in dem Gehäuse enthaltenes distales Axiallager zum drehbaren axialen Stützen der Bohrwelle an einer distalen Axiallagerstelle und ein in dem Gehäuse enthaltenes proximales Axiallager zum drehbaren axialen Stützen der Bohrwelle an einer proximalen Axiallagerstelle. Die Axiallager können ein beliebiges Lager, eine beliebige Buchse oder eine beliebige ähnliche Vorrichtung beinhalten, das/die dazu fähig ist, die Bohrwelle axial und drehbar zu stützen.
Die Axiallager können sich an einer beliebigen axialen Position auf der Vorrichtung befinden, um die axialen Lasten, die auf die Vorrichtung zwischen der Bohrwelle und dem Gehäuse ausgeübt werden, zu verteilen. Vorzugsweise isolieren die Axiallager auch die Ablenkungsanordnung von den axialen Lasten, die durch die Vorrichtung ausgeübt werden. Infolgedessen befindet sich die distale Axiallagerstelle vorzugsweise axial zwischen dem distalen Ende des Gehäuses und der Ablenkungsanordnung und die proximale Axiallagerstelle befindet sich vorzugsweise axial zwischen dem proximalen Ende des Gehäuses und der Ablenkungsanordnung. Diese Konfiguration ermöglicht das Schmieren der Axiallager mit Schmierfluid aus der Fluidkammer.
Vorzugsweise befindet sich die proximale Axiallagerstelle axial zwischen dem proximalen Ende des Gehäuses und der proximalen Radiallagerstelle. Diese Konfiguration vereinfacht das Design der proximalen Axiallagerstelle, insbesondere dort, wo das proximale Radiallager ein Kragträgerlager beinhaltet und das proximate Axiallager daher von den Wirkungen der Ablenkung der Bohrwelle isoliert ist. Das proximate Axiallager kann sich auch an der proximalen Radiallagerstelle befinden, so dass das proximate Radiallager das proximale Axiallager beinhaltet.
Vorzugsweise beinhaltet das distale Axiallager das Drehpunktlager, so dass sich die distale Axiallagerstelle and der distalen Radiallagerstelle befindet. Das Drehpunktlager kann unter solchen Umständen eine beliebige Konfiguration von Lagern, Buchsen oder ähnlichen Vorrichtungen beinhalten, was es dem Drehpunktlager ermöglicht, als ein Radiallager sowie auch ein Axiallager zu funktionieren, während weiterhin erlaubt wird, dass die Wirkungen der Ablenkung der Bohrwelle an dem Drehpunktlager vorbei übermittelt werden.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das Drehpunktlager vorzugsweise eine Drehpunktlageranordnung, wobei die Drehpunktlageranordnung vorzugsweise mindestens eine Reihe kugelförmiger Axiallager beinhaltet, die an einer ersten axialen Position positioniert sind, mindestens eine Reihe kugelförmiger Axiallager, die an einer zweiten axialen Position positioniert sind, und mindestens eine Reihe kugelförmiger Axiallager, die an einer dritten axialen Position positioniert sind, wobei sich die dritte axiale Position zwischen der ersten und der zweiten axialen Position befindet. Vorzugsweise sind die kugelförmigen Axiallager und die kugelförmigen Radiallager im Wesentlichen um ein gemeinsames Drehzentrum angeordnet.
Die Axiallager werden vorzugsweise in einem vorbelasteten Zustand gehalten, um die Wahrscheinlichkeit relativer axialer Bewegung während des Betriebs der Vorrichtung zwischen der Bohrwelle und dem Gehäuse zu minimieren. Die Radiallager können ebenfalls vorbelastet werden, um die Wahrscheinlichkeit relativer radialer Bewegung während des Betriebs der Vorrichtung zwischen der Bohrwelle und dem Gehäuse zu minimieren. In der bevorzugten Ausführungsform sind sowohl das proximate Axiallager als auch das Drehpunktlager vorbelastet.
Die Axiallager können auf beliebige Weise vorbelastet werden. Vorzugsweise berücksichtigt die Einrichtung zum Vorbelasten der Lager die Einstellung der Menge an Vorbelastung, um unterschiedliche Betriebsbedingungen der Vorrichtung unterzubringen.
In der bevorzugten Ausführungsform sind die Axiallager vorbelastet. Infolgedessen beinhaltet die bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung ferner eine distale Axiallagervorbelastungsanordnung und eine proximale Axiallagervorbelastungsanordnung. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet jede Axiallagervorbelastungsanordnung eine Axiallagerschulter und einen Axiallagerkragen, zwischen denen ein Axiallager axial gehalten wird. Der Axiallagerkragen ist axial einstellbar, um das Axiallager vorzubelasten und um die Menge an Vorbelastung einzustellen. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Axiallagerkragen auf das Gehäuse gewindet und ist durch die Drehung relativ zu dem Gehäuse axial einstellbar.
Zur Reduzierung der Wahrscheinlichkeit, dass ein Axiallagerkragen durch die axiale Bewegung während des Betriebs der Vorrichtung locker wird, beinhaltet die Vorrichtung ferner vorzugsweise eine distale Axiallagerhalterung zum Halten des distalen Axiallagers in Position ohne das Vergrößern des Vorbelastens auf dem distalen Axiallager und beinhaltet ferner eine proximale Axiallagerhalterung zum Halten des proximalen Axiallagers in Position ohne das Vergrößern des Vorbelastens auf dem proximalen Axiallager.
Die Axiallagerhalterungen können eine beliebige Einrichtung beinhalten, die so funktioniert, dass sie die gewünschte axiale Position des Axiallagerkragens hält, ohne dabei zusätzliche kompressive Last auf die Axiallager anzuwenden. Vorzugsweise wird dieses Ergebnis erreicht, indem die Axiallagerkrägen gegen die axiale Bewegung mit einer kompressiven Kraft, die nicht auf die Axiallager angewandt wird, zurückgehalten werden.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet jede Axiallagerhalterung einen Klemmring, der auf dem Axiallagerkragen in einer Position gleitbar montiert wird, in der er an das Gehäuse anstößt, und einen Klemmringkragen, der gegen den Klemmring festgezogen werden kann, um den Klemmring zwischen dem Gehäuse und dem Klemmringkragen in Position zu halten. Als Alternative dazu kann der Klemmring ausgeführt sein, dass er gegen manche Komponenten der Vorrichtung außer dem Gehäuse anstößt, solange die Kraft, die durch das Festziehen des Klemmringkragens ausgeübt wird, nicht von dem Axiallager getragen wird.
In der bevorzugten Ausführungsform ist der Axiallagerkragen zur Einstellung durch Drehung gewindet und der Klemmring ist auf dem Axiallagerkragen derart montiert, dass der Klemmring sich nicht relativ zu dem Axiallagerkragen dreht. Vorzugsweise beinhaltet die Einrichtung zum Montieren des Klemmrings auf dem Axiallagerkragen einen Schlüssel auf dem einen und einen axial ausgerichteten Schlitz auf dem anderen Klemmring bzw. Axiallagerkragen. Es kann jedoch eine beliebige Montageeinrichtung verwendet werden.
Der Klemmring kann anstoßend an das Gehäuse oder andere Komponente der Vorrichtung durch Reibkräfte gehalten werden, die aus dem Festziehen des Klemmringkragens resultieren. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Klemmring eine Gehäuseanstoßfläche, wobei das Gehäuse eine komplementäre Klemmringanstoßfläche beinhaltet und wobei der Eingriff der Gehäuseanstoßfläche und der Klemmringanstoßfläche die Drehung des Klemmrings relativ zu dem Gehäuse verhindert. In der bevorzugten Ausführungsform beinhalten die Anstoßflächen komplementären Zähne.
Beim Betrieb der Axiallagervorbelastungsanordnung und der Axiallagerhalterung wird die Menge an Axiallagervorbelastung durch das Drehen des Axiallagerkragens festgelegt, um eine geeignete axiale Last festzulegen, welche die gewünschte Menge an Vorbelastung auf das Axiallager darstellt. Der Klemmring wird dann über den Axiallagerkragen geglitten, bis er an das Gehäuse anstößt und die komplementären Anstoßflächen eingegriffen sind und der Klemmringkragen wird dann gegen den Klemmring festgezogen, um den Klemmring zwischen dem Gehäuse und dem Klemmringkragen an einer gewünschten Drehmomentlast in Position zu halten.
Die Ablenkungsanordnung kann mittels eines beliebigen Mechanismus oder Mechanismen, der/die dazu fähig ist/sind, den Außenring und den Innenring unabhängig zu drehen, bedient werden. Der Betätigungsmechanismus kann unabhängig angetrieben werden, aber in der bevorzugten Ausführungsform setzt der Betätigungsmechanismus die Drehung der Drehwelle als Antriebsquelle ein, um die Drehung des Außenrings und des Innenrings zu bewirken.
Vorzugsweise beinhaltet die Ablenkungsanordnung ferner einen Außenringantriebsmechanismus zum Drehen des Außenrings unter Verwendung der Drehung der Bohrwelle und einen im Wesentlichen identischen Innenringantriebsmechanismus zum Drehen des Innenrings unter Verwendung der Drehung der Bohrwelle. Vorzugsweise werden der Innenring und der Außenring in eine Richtung gedreht, die der Richtung der Drehung des Bohrungsgestänges gegenüber liegt und somit einer Richtung der Drehung des Schlüpfens des sich nicht drehenden Abschnitts der Vorrichtung (20), das heißt des Gehäuses (46), gegenüber liegt.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet jeder Antriebsmechanismus eine Kupplung zum selektiven Eingreifen und Lösen der Bohrwelle von dem Ring, wobei die Kupplung ein Paar Kupplungsscheiben beinhaltet, die durch einen Kupplungsspalt getrennt sind, wenn die Kupplung gelöst ist. Vorzugsweise kann jede Kupplung auch als Bremse für den Innenring und den Außenring funktionieren, wenn die Kupplungsscheiben gelöst sind.
Jede Kupplung beinhaltet ferner einen Kupplungseinstellungsmechanismus zur Einstellung des Kupplungsspalts. Es kann jeder beliebige Mechanismus, der die Einstellung des Kupplungsspalts erleichtert, für den Kupplungseinstellungsmechanismus verwendet werden.
Vorzugsweise beinhaltet jeder Kupplungseinstellungsmechanismus ein einem dem Paar Kupplungsscheiben zugehöriges Kupplungseinstellungselement, so dass die Bewegung des Kupplungseinstellungselements in der entsprechenden Bewegung der Kupplungsscheibe resultiert, eine erste Führung zum Führen des Kupplungseinstellungselements zur Bewegung in eine erste Richtung und einen dem Kupplungseinstellungselement zugehörigen bewegbaren Schlüssel, wobei der Schlüssel eine zweite Führung zum Treiben des Kupplungseinstellungselements in eine zweite Richtung beinhaltet, wobei die zweite Richtung eine Komponente parallel zu der ersten Führung aufweist und eine Komponente senkrecht zu der ersten Führung aufweist.
Die erste Führung kann eine beliebige Struktur beinhalten, die dazu fähig ist, das Kupplungseinstellungselement zur Bewegung in die erste Richtung zu führen. Auf ähnliche Weise kann die zweite Führung eine beliebige Struktur beinhalten, die dazu fähig ist, das Kupplungseinstellungselement in die zweite Richtung zu treiben.
Das Kupplungseinstellungselement, der Schlüssel und die Kupplungsscheibe sind vorzugsweise einander zugehörig, so dass der Schlüssel die Bewegung des Kupplungseinstellungselements bewirkt, um den Kupplungsspalt zu vergrößern oder zu verringern. Das Kupplungseinstellungselement kann daher an entweder dem Schlüssel oder der Kupplungsscheibe steif befestigt oder integral damit gebildet sein, sollte aber zu etwas Bewegung relativ zu dem anderen, dem Schlüssel oder der Kupplungsscheibe, im Stande sein.
Die Funktion der ersten Führung besteht darin, den Schlüssel und die Kupplungsscheibe dazu zu befähigen, sich relativ zueinander zu bewegen, ohne dass eine bedeutende Kraft auf die Kupplungsscheibe weitergegeben wird, die dazu neigt, die Kupplungsscheibe zu drehen. Mit anderen Worten wird die Bewegung des Schlüssels in die zweite Richtung durch die Einrichtung des Schlüssels, das Kupplungseinstellungselement, die erste Führung und die Kupplungsscheibe in die Bewegung der Kupplungsscheibe in eine Richtung, die zur Vergrößerung oder Verringerung des Kupplungsspaltes nötig ist, umgewandelt.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die erste Führung einen ersten Schlitz, der sich peripher in der Kupplungsscheibe und somit senkrecht zu einer Richtung der Bewegung der Kupplungsscheibe, die zur Vergrößerung oder Verkleinerung des Kupplungsspaltes nötig ist, erstreckt, wobei das Kupplungseinstellungselement an dem Schlüssel fixiert ist und das Kupplungseinstellungselement in den ersten Schlitz eingreift. Vorzugsweise beinhaltet die zweite Führung eine Fläche, die den Schlüssel zur Bewegung in die zweite Richtung als Reaktion auf die auf den Schlüssel angewandte Kraft treibt. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Fläche teils eine Schlüsselrampenfläche, die nach der zweiten Richtung ausgerichtet ist.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Kupplungseinstellungsmechanismus ferner einen Kupplungssteuermechanismus zum Steuern der Bewegung des Schlüssels. Dieser Kupplungssteuermechanismus kann eine beliebige Einrichtung beinhalten, in der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet er jedoch eine Justierschraube, die mit dem Schlüssel verbunden ist und die innerhalb einer Gewindebohrung gedreht werden kann, um die Bewegung des Schlüssels genau zu steuern.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Kupplungseinstellungsmechanismus ferner einen Kupplungseinstellungsverriegelungsmechanismus zum Fixieren der Position des Schlüssels, so dass der Kupplungsspalt in einer gewünschten Stellung gehalten werden kann. Dieser Kupplungseinstellungsverriegelungsmechanismus kann eine beliebige Einrichtung beinhalten, die bevorzugte Ausführungsform beinhaltet jedoch eine oder mehrere Feststellschrauben, die dem Kupplungseinstellungselement zugehören und die festgezogen werden können, um die Position des Schlüssels zu fixieren, wenn die gewünschte Kupplungsspaltstellung erreicht worden ist.
Vorzugsweise steuert der Kupplungseinstellungssteuermechanismus die Bewegung des Schlüssels in eine Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse der Vorrichtung ist. Infolgedessen wandelt die zweite Führung vorzugsweise die Bewegung des Schlüssels in eine zur Längsachse der Vorrichtung im Wesentlichen senkrechte Richtung in eine Bewegung des Schlüssels in eine zweite Richtung um.
In der bevorzugten Ausführungsform wird der Schlüssel in einem von dem Ringantriebsmechanismus definierten Hohlraum positioniert. Des Weiteren beinhaltet der Schlüssel in der bevorzugten Ausführungsform eine in der zweiten Richtung ausgerichtete Schlüsselrampenfläche, wobei der Hohlraum eine komplementäre Hohlraumrampenfläche definiert, so dass die Bewegung des Schlüssels durch den Kupplungseinstellungssteuermechanismus in eine zur Längsachse der Vorrichtung im Wesentlichen senkrechte Richtung darin resultiert, dass der Schlüssel sich entlang der Hohlraumrampenfläche in die zweite Richtung bewegt, was wiederum bewirkt, dass das Kupplungseinstellungselement sich in die zweite Richtung bewegt.
Die Komponente der Bewegung des Schlüssels entlang der Hohlraumrampenfläche, die parallel zu dem ersten Schlitz ist, resultiert darin, dass das Kupplungseinstellungselement sich in den ersten Schlitz bewegt, ohne eine bedeutende Drehkraft auf die Kupplungsscheibe weiterzugeben. Die Komponente der Bewegung des Schlüssels entlang der Hohlraumrampenfläche, die senkrecht zu dem ersten Schlitz ist, resultiert in einer Vergrößerung oder Verringerung des Kupplungsspaltes durch den Eingriff des Kupplungseinstellungselementes in die Kupplungsscheibe.
Als Alternative dazu kann das Kupplungseinstellungselement an der Kupplungsscheibe fixiert sein, damit sich das Kupplungseinstellungselement nicht relativ zu der Kupplungsscheibe bewegt. In dieser zweiten Ausführungsform des Kupplungseinstellungsmechanismus beinhaltet die erste Führung vorzugsweise einen ersten Schlitz, der in eine Richtung ausgerichtet ist, die parallel zu einer Richtung der Bewegung ist, die notwendig ist, um den Kupplungsspalt zu vergrößern oder zu verringern, und zwischen dem Schlüssel und der Kupplungsscheibe positioniert ist, so dass sich das Kupplungseinstellungselement in die erste Führung bewegt. Die zweite Führung in dieser Ausführungsform beinhaltet vorzugsweise einen zweiten Schlitz in dem Schlüssel, der den ersten Schlitz schneidet, so dass das Kupplungseinstellungselement gleichzeitig in den ersten Schlitz und den zweiten Schlitz eingreift.
In der zweiten Ausführungsform des Kupplungseinstellungsmechanismus umfasst der Schlüssel möglicherweise keine Schlüsselrampenfläche, in welchem Fall der zweite Schlitz vorzugsweise in die zweite Richtung ausgerichtet ist. Als Alternative dazu kann der Schlüssel die Schlüsselrampenfläche umfassen, in welchem Fall der zweite Schlitz vorzugsweise in die zweite Richtung ausgerichtet ist.
Die Vorrichtung wird vorzugsweise in ein Bohrungsgestänge integriert, indem die Bohrwelle mit dem Bohrungsgestänge verbunden wird. Damit die Drehung des Bohrungsgestänges in der Drehung der Bohrwelle resultiert, beinhaltet die Vorrichtung ferner eine Antriebsverbindung zum Verbinden der Bohrwelle mit dem Bohrungsgestänge.
Die Antriebsverbindung kann eine beliebige Einrichtung beinhalten, die dazu fähig ist, Drehmoment von dem Bohrungsgestänge auf die Bohrwelle zu übertragen. Vorzugsweise ist die Antriebsverbindung zwischen dem Bohrungsgestänge und der Bohrwelle ausreichend eng, dass die Antriebsverbindung im Wesentlichen „totgangfrei" ist.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Antriebsverbindung eine Toleranzassimilierungshülse, die zwischen der Bohrwelle und dem Bohrungsgestänge eingefügt ist. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Antriebsverbindung ferner ein erstes Antriebsprofil auf der Bohrwelle und ein komplementäres zweites Antriebsprofil auf dem Bohrungsgestänge, und die Toleranzassimilierungshülse ist zwischen dem ersten Antriebsprofil und dem zweiten Antriebsprofil positioniert ist, um die Toleranz zwischen dem ersten Antriebsprofil und dem zweiten Antriebsprofil zu reduzieren.
Das erste und das zweite Antriebsprofil können jeweils eine beliebige komplementäre Konfiguration beinhalten, die die Übertragung von Drehmoment zwischen dem Bohrungsgestänge und der Bohrwelle erleichtern. In der bevorzugten Ausführungsform beinhalten das erste und das zweite Antriebsprofil oktagonale Profile und die Toleranzassimilierungshülse umfasst kompatible oktagonale Profile. Die Toleranzassimilierungshülse absorbiert oder assimiliert somit etwas Toleranz zwischen dem oktagonalen Profil auf der Bohrwelle und dem komplementären oktagonalen Profil auf dem Bohrungsgestänge, um die Übertragung von Drehmoment zwischen dem Bohrungsgestänge und der Bohrwelle reibungslos und im Wesentlichen „totgangfrei" zu gestalten.
In der bevorzugten Ausführungsform wird die Wirksamkeit der Toleranzassimilierungshülse ferner verstärkt, indem die Hülse ein Material beinhaltet, das eine thermische Ausdehnungsrate aufweist, die höher als die thermische Ausdehnungsrate des Bohrungsgestänges ist, so dass die Toleranzassimilierungshülse zwischen der Bohrwelle und dem Bohrungsgestänge mehr Toleranz absorbiert oder assimiliert, da die Vorrichtung während ihres Betriebs steigenden Temperaturen ausgesetzt ist. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Toleranzassimilierungshülse eine Beryllium-Kupfer-Legierung.
Die Ablenkungsanordnung wird vorzugsweise betätigt, um den Außenring und den Innenring relativ nach einer Referenzausrichtung auszurichten, so dass die Vorrichtung verwendet werden kann, um während Bohrvorgängen Richtungssteuerung bereitzustellen.
Vorzugsweise wird die Ablenkungsanordnung bezüglich der Ausrichtung des Gehäuses betätigt, welches vorzugsweise von der Dreheinschränkungsvorrichtung davor zurückgehalten wird, sich während des Betriebes der Vorrichtung zu drehen. Infolgedessen beinhaltet die Vorrichtung ferner eine eine dem Gehäuse zugehörige Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung zum Fühlen der Ausrichtung des Gehäuses.
Vorzugsweise fühlt die Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung die Ausrichtung des Gehäuses in drei Dimensionen im Raum und kann jede beliebige Einrichtung beinhalten, die diese Fühlfunktion und die gewünschte Genauigkeit beim Fühlen bereitstellen kann. Vorzugsweise beinhaltet die Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung einen oder mehrere Magnetometer, Beschleunigungsmesser oder eine Kombination aus beiden Arten Fühleinrichtungen.
Die Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung befindet sich vorzugsweise so nah wie möglich an dem distalen Ende des Gehäuses, so dass die gefühlte Ausrichtung des Gehäuses während des Betriebs der Vorrichtung so nah wie möglich an dem distalen Ende des Bohrlochs sein wird. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung in einem Am-Meißel-Neigung-Einsatz (ABI = at-bit inclination) enthalten, der sich innerhalb des Gehäuses axial zwischen dem distalen Radiallager und der Ablenkungsanordnung befindet.
Die Vorrichtung beinhaltet ferner ebenfalls eine der Ablenkungsanordnung zugehörige Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung zum Fühlen der Ausrichtung der Ablenkungsanordnung.
Die Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung kann das Fühlen der Ausrichtung des Außenrings und des Innenrings in drei Dimensionen im Raum bereitstellen, in welchem Fall die Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung eine Einrichtung beinhalten kann, die der Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung ähnlich ist und sogar den Bedarf an einer Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung eliminieren kann.
Die Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung fühlt jedoch vorzugsweise die Ausrichtung sowohl des Außenrings als auch des Innenrings der Ablenkungsanordnung relativ zu dem Gehäuse und kann eine beliebige Einrichtung beinhalten, die diese Fühlfunktion und die gewünschte Genauigkeit beim Fühlen bereitstellen kann. Die Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung kann einen Sensor beinhalten, der die resultierende Ausrichtung der Innenumfangsfläche des Innenrings relativ zu dem Gehäuse fühlt.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung eine separate Sensoreinrichtung zum Fühlen der Ausrichtung des Außenrings wie des Innenrings relativ zu dem Gehäuse. In der bevorzugten Ausführungsform beinhalten diese Sensoreinrichtungen eine Vielzahl von Magneten, die jeweils den Antriebsmechanismen zugehören und die sich mit Komponenten des Antriebsmechanismus drehen. Die von diesen Magneten erzeugten Magnetfelder werden von einer ortsfesten Zählervorrichtung, die einer sich nicht drehenden Komponente des Antriebsmechanismus zugehörig ist, gefühlt, um zu fühlen, wie weit die Ringe sich von einer Bezugs- oder Ausgangsposition drehen.
Die Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung kann ferner einen oder mehrere jedem Antriebsmechanismus zugehörige Hochgeschwindigkeitspositionssensoren beinhalten, um die Drehung zu fühlen, die tatsächlich von der Drehwelle durch die Kupplung zu dem Antriebsmechanismus übertragen wird. Die Hochgeschwindigkeitspositionssensoren können einem Drehzahlsensor zugehören, der wiederum der Bohrwelle zum Fühlen der Drehung der Bohrwelle zugehört. Ein Vergleich der von den Hochgeschwindigkeitspositionssensoren gefühlten Drehung mit der von dem Drehzahlsensor gefühlten Drehung kann verwendet werden, um das Schlüpfen durch die Kupplung zu bestimmen und eine mögliche Funktionsstörung der Kupplung zu erfassen.
Die Ablenkungsanordnung wird vorzugsweise mit Bezugnahme auf die Ausrichtung von sowohl dem Gehäuse als auch der Ablenkungsanordnung betätigt, da die Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung vorzugsweise die Ausrichtung des Gehäuses im Raum fühlt, während die Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung vorzugsweise die Ausrichtung des Außenrings und des Innenrings relativ zu dem Gehäuse fühlt.
Die Ablenkungsanordnung kann durch die Handhabung der Ablenkungsanordnung unter Verwendung einer beliebigen Vorrichtung oder Einrichtung, die dazu fähig ist, den Außenring und den Innenring zu drehen, betätigt werden. Vorzugsweise beinhaltet die Vorrichtung jedoch ferner eine Steuerung zum Steuern der Betätigung der Ablenkungsanordnung. Vorzugsweise ist die Steuerung sowohl mit der Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung als auch mit der Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung betriebsfähig verbunden ist, so dass die Ablenkungsanordnung mit Bezugnahme auf die Ausrichtung von sowohl dem Gehäuse als auch der Ablenkungsanordnung betätigt werden kann.
Die Steuerung kann an einer beliebigen Stelle positioniert sein, an der sie die Steuerfunktion ausführen kann. Die Steuerung kann daher zwischen dem proximalen und dem distalen Ende des Gehäuses entlang dem Bohrungsgestänge positioniert sein oder sich sogar außerhalb des Bohrlochs befinden. In der bevorzugten Ausführungsform befindet sich die Steuerung in einem Elektronikeinsatz, der axial zwischen dem proximalen Radiallager und der Ablenkungsanordnung positioniert ist.
Eines der Merkmale der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Vorrichtung vorzugsweise mit den Bohrungsgestängekommunikationssystemen kompatibel ist, die die Übertragung von Daten von oder an Untertagestellen erleichtern.
Derartige Kommunikationssysteme umfassen oft Sensoren zum Fühlen von Parametern, wie etwa der Ausrichtung des Bohrungsgestänges. Vorzugsweise kann die Vorrichtung Daten verarbeiten, die sie von derartigen Bohrungsgestängekommunikationssystemen zugehörigen Sensoren empfangen hat, um die Betätigung der Ablenkungsanordnung zu steuern.
Vorzugsweise wird die Vorrichtung betrieben, indem ein Bohrungsgestängekommunikationssystem mit der Vorrichtung verbunden wird, so dass eine Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung mit der Vorrichtung betriebsfähig verbunden ist und die Ablenkungsanordnung mit Bezugnahme auf die Ausrichtung des Bohrungsgestänges betätigt werden kann. Durch die Beachtung der Ausrichtung des Bohrungsgestänges, der Ausrichtung des Gehäuses und der Ausrichtung der Ablenkungsanordnung relativ zu dem Gehäuse und durch die Festlegung eines Verhältnisses, das diese drei Ausrichtungen miteinander verknüpft, kann die Ablenkungsanordnung betätigt werden, um eine gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges wiederzugeben, sobald die Daten betreffend der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges von der Vorrichtung verarbeitet worden sind, um Anweisungen zur Betätigung der Ablenkungsanordnung bereitzustellen.
Dieses Verhältnis, das die drei Ausrichtungen verknüpft, kann auf eine beliebige Art und Weise festgelegt werden. In der bevorzugten Ausführungsform wird das Verhältnis festgelegt, indem jeweils der Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung, der Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung und der Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung Bezugspositionen bereitgestellt werden, die zueinander in Beziehung gesetzt werden können.
Die Ablenkungsanordnung kann indirekt von der Vorrichtung betätigt werden, die Daten betreffend der Ausrichtung des Bohrungsgestänges oder eines anderen Parameters konvertiert, oder die Ablenkungsanordnung kann direkt von der Vorrichtung betätigt werden, die spezifisch die Betätigung der Ablenkungsanordnung betreffende Anweisungen empfängt. Vorzugsweise ist die Steuerung jedoch mit einer Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung verbindbar, so dass die Ablenkungsanordnung indirekt von der Daten betreffend der Ausrichtung des Bohrungsgestänges umwandelnden Vorrichtung betätigt werden kann.
Diese Konfiguration vereinfacht den Betrieb der Vorrichtung, da eine Bedienungsperson der Vorrichtung lediglich eine gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges durch die Kommunikation mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem festlegen muss. Das Bohrungsgestängekommunikationssystem kann der Vorrichtung dann Anweisungen in der Form von Daten betreffend der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges bereitstellen, welche die Vorrichtung dann unter Berücksichtigung der Ausrichtung des Gehäuses und der Ausrichtung der Ablenkungsanordnung relativ zu dem Gehäuse verarbeitet, um die Ablenkungsanordnung zu betätigen, damit die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges widerspiegelt wird. Vorzugsweise werden die Daten von der Steuerung der Vorrichtung verarbeitet.
Die Vorrichtung kann ferner einen Vorrichtungsspeicher zum Speichern von Daten, die heruntergeladen wurden, um den Betrieb der Vorrichtung zu steuern, Daten, die von der Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung, der Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung, der Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung erzeugt wurden oder Daten, die von einer anderen Quelle wie zum Beispiel einer Bedienungsperson der Vorrichtung erhalten wurden, beinhalten. Der Vorrichtungsspeicher gehört vorzugsweise zu der Steuerung, kann aber überall zwischen dem proximalen und dem distalen Ende des Gehäuses entlang dem Bohrungsgestänge positioniert sein oder sich sogar außerhalb des Bohrlochs befinden. Während des Betriebs der Vorrichtung können Daten aus dem Vorrichtungsspeicher nach Bedarf wiedergewonnen werden, um den Betrieb der Vorrichtung einschließlich der Betätigung der Ablenkungsanordnung zu steuern.
In der bevorzugten Ausführungsform übertragen die Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung, die Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung, die Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung und die Steuerung jeweils elektrische Signale zwischen unterschiedlichen Komponenten der Vorrichtung und dem Bohrungsgestänge einschließlich der Ablenkungsanordnung, der Steuerung und des Bohrungsgestängekommunikationssystems.
Um elektrische Signale von dem Gehäuse auf die Bohrwelle und somit auf das Bohrungsgestängekommunikationssystem zu übertragen, ist es in der bevorzugten Ausführungsform nötig, diese Signale zwischen zwei Komponenten, die sich relativ zueinander drehen, zu übertragen, was herkömmliche elektrische Stromkreise für diesen Zweck unpraktisch werden lässt.
Diese Signale können zwischen den Komponenten durch ein beliebiges direktes oder indirektes Kopplungs- oder Kommunikationsverfahren oder einen beliebigen Mechanismus, eine beliebige Struktur oder Vorrichtung zum direkten oder indirekten Koppeln der Komponenten, die sich relativ zueinander drehen, übertragen werden. Zum Beispiel können die Signale durch einen Schleifring oder einen Gamma-am-Meißel-Kommunikationsstoroidkoppler (gamma-at-bit communication toroid coupler) übertragen werden. In der bevorzugten Ausführungsform werden die Signale jedoch durch eine elektromagnetische Kopplungsvorrichtung übertragen.
Infolgedessen beinhaltet die bevorzugte Ausführungsform ferner eine dem Gehäuse und der Bohrwelle zugehörige elektromagnetische Kopplungsvorrichtung zum elektrischen Verbinden der Bohrwelle und des Gehäuses.
Die elektromagnetische Kopplungsvorrichtung beinhaltet vorzugsweise einen Gehäuseleiter, der auf dem Gehäuse positioniert ist, und einen Bohrwellenleiter, der auf der Bohrwelle positioniert ist, wobei der Gehäuseleiter und der Bohrwellenleiter ausreichend nah beieinander positioniert sind, so dass elektrische Signale zwischen ihnen induziert werden können. Die Leiter können eindrähtig oder Spulen sein und können um magnetisch permeable Kerne gewickelt oder nicht gewickelt sein.
Die Erfindung beinhaltet auch Verfahren zum Ausrichten eines Bohrsystems, wobei die Verfahren besonders zum Ausrichten eines Drehbohrsystems geeignet sind. Die Verfahren können manuell oder auf einer vollautomatischen oder halbautomatischen Basis durchgeführt werden.
Die Verfahren können durch eine Bedienungsperson, die der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung Anweisungen bereitstellt, manuell durchgeführt werden. Die Verfahren können durch ein Bohrungsgestängekommunikationssystem, das der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung Anweisungen bereitstellt, vollautomatisch oder halbautomatisch durchgeführt werden.
Wie oben unter Bezugnahme auf die Einrichtungsausführungen beschrieben, besteht eine der Merkmale der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darin, dass die Erfindung in Verbindung mit Bohrungsgestängekommunikationssystemen verwendet werden kann und derartige Systeme koppeln kann.
Die Erfindung kann zum Beispiel in Verbindung mit einer Messung-beim-Bohren-Einrichtung (MWD = measurement-while-drilling) verwendet werden, die in ein Bohrungsgestänge zum Einsatz in ein Bohrloch als Teil eines MWD-Systems integriert werden kann. In einem MWD-System stellen der MWD-Einrichtung zugehörige Sensoren der MWD-Einrichtung Daten zur Kommunikation das Bohrungsgestänge hinauf zu einer Bedienungsperson des Bohrsystems bereit. Diese Sensoren stellen typischerweise Richtungsinformationen über das Bohrloch, das gebohrt wird, bereit, indem die Ausrichtung des Bohrungsgestänges so gefühlt wird, dass die Bedienungsperson die Ausrichtung des Bohrungsgestänges als Reaktion auf von der MWD-Einrichtung empfangene Daten überwachen kann und die Ausrichtung des Bohrungsgestänges als Reaktion auf derartige Daten einstellt. Ein MWD-System ermöglicht typischerweise auch die Kommunikation von Daten von der Bedienungsperson des Systems das Bohrloch hinunter zu der MWD-Einrichtung.
Vorzugsweise kann die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung der Erfindung mit dem MWD-System oder einem anderen Bohrungsgestängekommunikationssystem kommunizieren, so dass Daten bezüglich der Ausrichtung des Bohrungsgestänges von der Vorrichtung empfangen werden können. Vorzugsweise kann die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung auch Daten verarbeiten, die von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem empfangen wurden und die Ausrichtung des Bohrungsgestänges betreffen, damit Anweisungen zur Betätigung der Ablenkungsanordnung erzeugt werden können.
Mit anderen Worten kommuniziert die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung vorzugsweise mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem und nicht direkt mit der Bedienungsperson des Bohrsystems. Außerdem kann die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung vorzugsweise mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem eine Schnittstelle bilden, so dass sie von dem Kommunikationssystem empfangene Daten verarbeiten kann.
Dies ermöglicht es der Bedienungsperson des Bohrsystems während der Bohrvorgänge hauptsächlich mit der Ausrichtung des Bohrungsgestänges befasst zu sein, da die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung das Bohrungsgestängekommunikationssystem koppelt, und die Ablenkungsanordnung unter Bezugnahme auf die Ausrichtung des Bohrungsgestänges einstellt. Dies wird dadurch ermöglicht, dass unter der Ausrichtung des Bohrungsgestänges, der Ausrichtung des Gehäuses und der Ausrichtung der Ablenkungsanordnung ein Verhältnis festgelegt wird und auf diese Weise die Bohrvorgänge vereinfacht werden.
Das Festlegen einer Kommunikationsverknüpfung zwischen der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung und dem Bohrungsgestängekommunikationssystem erleichtert den Betrieb der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung auf einer vollautomatischen oder halbautomatischen Basis unter Bezugnahme auf die Ausrichtung des Bohrungsgestänges. Die Vorrichtung kann auch unter Verwendung einer Kombination aus manuellen, vollautomatischen und halbautomatischen Verfahren betrieben werden und kann durch Fachsysteme und künstliche Intelligenz (KI) unterstützt werden, um die tatsächlichen Bohrbedingungen, die sich von den erwarteten Bohrbedingungen unterscheiden, anzugehen.
Der Betrieb der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung auf einer vollautomatisierten Basis geht mit einer Vorprogrammierung der Vorrichtung mit einer gewünschten Betätigung der Vorrichtung oder mit einer Reihe von gewünschten Betätigungen der Vorrichtung einher. Die Vorrichtung kann dann zusammen mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem betrieben werden, um das Bohren für eine vorprogrammierte Zeitdauer in einer gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges, gefolgt von dem Bohren für eine vorprogrammierte Zeitdauer in einer zweiten gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges zu bewirken und so weiter. Die Vorrichtung kann indirekt mit Daten betreffend der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges programmiert werden oder direkt mit spezifischen Anweisungen betreffend der Betätigung der Vorrichtung programmiert werden. Vorzugsweise wird das Programmieren indirekt durchgeführt und die Vorrichtung verarbeitet die Daten, um Anweisungen für die Betätigung der Vorrichtung zu erzeugen.
Der Betrieb der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung auf einer halbautomatischen Basis geht mit dem Festlegen einer gewünschten Betätigung der Vorrichtung vor Beginn der Bohrvorgänge und dem Betätigen der Ablenkungsanordnung zur Ablenkung der Bohrwelle, um die gewünschte Ablenkung wiederzugeben, einher. Diese gewünschte Betätigung wird dann beibehalten, bis eine neue gewünschte Betätigung festgelegt ist und erfordert typischerweise das zeitweise Unterbrechen des Bohrens, um das Betätigen der Ablenkungsanordnung zu erlauben, um die neue gewünschte Betätigung der Vorrichtung wiederzugeben. Die gewünschte Betätigung der Vorrichtung kann indirekt festgelegt werden, indem der Vorrichtung Daten betreffend der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges bereitgestellt werden oder kann direkt festgelegt werden, indem der Vorrichtung spezifische Anweisungen betreffend der Betätigung der Vorrichtung bereitgestellt werden. Vorzugsweise wird die gewünschte Betätigung der Vorrichtung indirekt gegeben und die Vorrichtung verarbeitet die Daten, um Anweisungen für die Betätigung der Vorrichtung zu erzeugen.
Der Betrieb der Bohrrichtungsteuerungsvorrichtung kann auch mit dem Beibehalten der Ablenkung der Bohrwelle während Bohrvorgängen einhergehen, so dass die Ablenkung der Bohrwelle weiterhin die gewünschte Betätigung der Vorrichtung wiedergibt. In der bevorzugten Ausführungsform kann der Schritt des Beibehaltens notwendig sein, wenn während der Bohrvorgänge etwas Drehung des Gehäuses erfahren wird und kann mit dem Einstellen der Betätigung der Ablenkungsanordnung einhergehen, um die Drehversetzung des Gehäuses zu berücksichtigen, da die Ablenkungsanordnung in der bevorzugten Ausführungsform relativ zu dem Gehäuse betätigt wird. Die Betätigung der Ablenkungsanordnung kann auch das Einstellen zur Berücksichtigung unerwünschten Schlüpfens der Kupplung oder der Kupplung/Bremse erfordern, was die Antriebsmechanismen des Innenrings und des Außenrings der Ablenkungsanordnung beinhaltet.
Der Schritt des Beibehaltens kann durch eine Bedienungsperson, die der Vorrichtung Anweisungen bereitstellt, um die Ablenkung der Bohrwelle einzustellen, manuell durchgeführt werden. Vorzugsweise ist aber der Schritt des Beibehaltens automatisiert, so dass der Vorrichtung von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem Anweisungen bereitstellt werden, um die Ablenkung der Bohrwelle einzustellen. Die Anweisungen können indirekt gegeben werden, indem der Vorrichtung Daten betreffend der Ausrichtung des Bohrungsgestänges bereitgestellt werden oder kann direkt gegeben werden, indem der Vorrichtung spezifische Anweisungen zur Betätigung der Vorrichtung, um die Ablenkung der Bohrwelle einzustellen, bereitgestellt werden. Vorzugsweise werden die Anweisungen indirekt gegeben und die Vorrichtung verarbeitet die Daten, um Anweisungen für die Betätigung der Vorrichtung zu erzeugen.
Demzufolge beinhaltet in einem Verfahrensaspekt der Erfindung die Erfindung ein Verfahren zum Ausrichten eines Drehbohrsystems, wobei das Drehbohrsystem ein drehbares Bohrungsgestänge, ein Bohrungsgestängekommunikationssystem und eine Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung beinhaltet, wobei die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung eine mit dem Bohrungsgestänge verbundene, ablenkbare Bohrwelle aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet:

(a) Ausrichten des Bohrungsgestänges in einer gewünschten Ausrichtung;
(b) Fühlen der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem;
(c) Kommunizieren der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung; und
(d) Betätigen der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung zur Ablenkung der Bohrwelle, um die gewünschte Ausrichtung wiederzugeben.

Vorzugsweise wird die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung betätigt, um die gewünschte Ausrichtung wiederzugeben, indem die Vorrichtung betätigt wird, um die relativen Positionen des Bohrungsgestänges und der Betätigungseinrichtung zu berücksichtigen. In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung ferner ein Gehäuse und eine Ablenkungsanordnung und die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung wird betätigt, um die gewünschte Ausrichtung der Vorrichtung wiederzugeben, indem die relativen Positionen des Bohrungsgestänges, des Gehäuses und der Ablenkungsanordnung berücksichtig werden.
Die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung kann auf beliebige Art und Weise betätigt werden und kann getrennt von dem Drehbohrsystem angetrieben werden. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung durch die Drehung des Bohrungsgestänges betätigt und der Schritt des Betätigens beinhaltet das Drehen des Bohrungsgestänges.
Der Schritt des Ausrichtens kann das Kommunizieren der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges direkt von der Fläche der Bohrung zu der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung mit oder ohne Handhabung des Bohrungsgestänges beinhalten. Vorzugsweise beinhaltet der Schritt des Ausrichtens jedoch das Vergleichen einer gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges mit der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges und das Drehen des Bohrungsgestänges, um jegliche Diskrepanz zwischen der gegenwärtigen Ausrichtung und der gewünschten Ausrichtung zu beheben. Sobald die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges durch die Handhabung des Bohrungsgestänges erreicht worden ist, kann die gewünschte Ausrichtung dann entweder direkt von der Fläche der Bohrung oder von einem Bohrungsgestängeausrichtungssensor, der sich irgendwo auf dem Bohrungsgestänge befindet, an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung kommuniziert werden.
Das Verfahren kann auch den weiteren Schritt des periodischen Kommunizierens der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung beinhalten. Vorzugsweise wird die gegenwärtige Ausrichtung des Bohrungsgestänges nach einer vorbestimmten Verzögerung periodisch an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung kommuniziert.
Der Schritt des Kommunizierens der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung kann das Kommunizieren der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung beinhalten und der Schritt des periodischen Kommunizierens der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung kann das periodische Kommunizieren der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung beinhalten.
Der Schritt des Betätigens kann das Warten über einen Zeitraum, der gleich oder größer als die vorbestimmte Verzögerung ist, sobald das Bohrungsgestänge in der gewünschten Ausrichtung ausgerichtet ist, so dass die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung kommuniziert wird und Drehen des Bohrungsgestänges, um die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung zu betätigen, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges wiederzugeben, beinhalten.
Die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung kann ferner einen Vorrichtungsspeicher beinhalten, in welchem Fall das Verfahren ferner den Schritt des Speicherns der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges in dem Vorrichtungsspeicher, wenn sie an die Bohrrichtungssteuervorrichtung kommuniziert wird, beinhalten kann.
Wenn die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung ferner einen Vorrichtungsspeicher beinhaltet, kann der Schritt des Betätigens ferner die Schritte des Wiedergewinnens der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges aus dem Vorrichtungsspeicher und des Drehens des Bohrungsgestänges, um die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung zu betätigen, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges wiederzugeben, beinhalten.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Haltens der Ablenkung der Bohrwelle, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges während des Betriebs des Drehbohrsystems wiederzugeben, beinhalten. Der Schritt des Haltens der Ausrichtung kann die Schritte des Kommunizierens der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung und das Betätigen der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges und die gegenwärtige Ausrichtung der Bohrwelle wiederzugeben, beinhalten.
In einem zweiten Verfahrensaspekt der Erfindung beinhaltet die Erfindung ein Verfahren zum Ausrichten eines Drehbohrsystems, wobei das Drehbohrsystem ein drehbares Bohrungsgestänge, ein Bohrungsgestängekommunikationssystem und eine Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung beinhaltet, wobei die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung eine mit dem Bohrungsgestänge verbundene, ablenkbare Bohrwelle aufweist und ferner einen Vorrichtungsspeicher beinhaltet, wobei das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet:

(a) Kommunizieren einer gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges auf die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung;
(b) Empfangen der gewünschten Ausrichtung des Drehbohrsystems in dem Vorrichtungsspeicher, wenn sie an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung kommuniziert wird; und
(c) Betätigen der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung zur Ablenkung der Bohrwelle, um die gewünschte Ausrichtung wiederzugeben.

Vorzugsweise wird die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung betätigt, um die gewünschte Ausrichtung wiederzugeben, indem die Vorrichtung betätigt wird, um die relativen Positionen des Bohrungsgestänges und der Betätigungseinrichtung zu berücksichtigen. In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung ferner ein Gehäuse und eine Ablenkungsanordnung und die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung wird betätigt, um die gewünschte Ausrichtung der Vorrichtung wiederzugeben, indem die relativen Positionen des Bohrungsgestänges, des Gehäuses und der Ablenkungsanordnung berücksichtig werden.
Die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung kann auf beliebige Art und Weise betätigt werden und kann getrennt von dem Drehbohrsystem angetrieben werden. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung durch die Drehung des Bohrungsgestänges betätigt und der Schritt des Betätigens beinhaltet das Drehen des Bohrungsgestänges.
Das Verfahren kann auch den weiteren Schritt des periodischen Kommunizierens der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung beinhalten. Vorzugsweise wird die gegenwärtige Ausrichtung des Bohrungsgestänges nach einer vorbestimmten Verzögerung periodisch an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung kommuniziert.
Der Schritt des Kommunizierens der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung kann das Kommunizieren der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung beinhalten und der Schritt des periodischen Kommunizierens der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung kann das periodische Kommunizieren der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung beinhalten.
Der Schritt des Betätigens kann das Warten über einen kürzeren Zeitraum als die vorbestimmte Verzögerung, so dass die gegenwärtige Ausrichtung des Bohrungsgestänges nicht an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung kommuniziert wird, und das Drehen des Bohrungsgestänges, um die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung zu betätigen, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges wiederzugeben, beinhalten.
Die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung kann ferner einen Vorrichtungsspeicher beinhalten, in welchem Fall das Verfahren ferner den Schritt des Speicherns der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges in dem Vorrichtungsspeicher, wenn sie an die Bohrrichtungssteuervorrichtung kommuniziert wird, beinhalten kann.
Wenn die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung ferner einen Vorrichtungsspeicher beinhaltet, kann der Schritt des Betätigens ferner die Schritte des Wiedergewinnens der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges aus dem Vorrichtungsspeicher und des Drehens des Bohrungsgestänges, um die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung zu betätigen, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges wiederzugeben, beinhalten.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Haltens der Ablenkung der Bohrwelle, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges während des Betriebs des Drehbohrsystems wiederzugeben, beinhalten. Der Schritt des Haltens der Ausrichtung kann die Schritte des Kommunizierens der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung und das Betätigen der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges und die gegenwärtige Ausrichtung der Bohrwelle wiederzugeben, beinhalten.
In einem dritten Verfahrensaspekt der Erfindung beinhaltet die Erfindung ein Verfahren zum Ausrichten eines Drehbohrsystems, wobei das Drehbohrsystem ein drehbares Bohrungsgestänge, ein Bohrungsgestängekommunikationssystem und eine Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung beinhaltet, wobei die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung eine mit dem Bohrungsgestänge verbundene, ablenkbare Bohrwelle aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet:

(a) Bestimmen einer gewünschten Ausrichtung des Drehbohrsystems;
(b) Kommunizieren der gewünschten Ausrichtung des Drehbohrsystems von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung; und
(c) Betätigen der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung zur Ablenkung der Bohrwelle, um die gewünschte Ausrichtung des Drehbohrsystems wiederzugeben.

Die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung kann ferner einen Vorrichtungsspeicher beinhalten, in welchem Fall das Verfahren ferner den Schritt des Speicherns der gewünschten Ausrichtung des Drehbohrsystems in dem Vorrichtungsspeicher, wenn sie an die Bohrrichtungssteuervorrichtung kommuniziert wird, beinhalten kann.
Wenn die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung ferner einen Vorrichtungsspeicher beinhaltet, kann der Schritt des Betätigens ferner die Schritte des Wiedergewinnens der gewünschten Ausrichtung des Drehbohrsystems aus dem Vorrichtungsspeicher und des Drehens des Drehbohrsystems, um die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung zu betätigen, um die gewünschte Ausrichtung des Drehbohrsystems wiederzugeben, beinhalten.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Haltens der gewünschten Ausrichtung des Drehbohrsystems während des Betriebs des Drehbohrsystems, beinhalten. Der Schritt des Haltens der Ausrichtung kann die Schritte des Kommunizierens der gegenwärtigen Ausrichtung des Drehbohrsystems von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung und des Betätigens der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung, um die gewünschte Ausrichtung des Drehbohrsystems und die gegenwärtige Ausrichtung der Bohrwelle wiederzugeben, beinhalten.
In einem der Verfahrensaspekte der Erfindung kann die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung ferner ein Gehäuse zum drehbaren Stützen der Bohrwelle beinhalten und der Schritt zum Halten der Ausrichtung kann das Einstellen der Ablenkung der Bohrwelle, um die Drehung des Gehäuses während der Bohrvorgänge zu berücksichtigen, beinhalten.
Des Weiteren ist die Bohrrichtungssteuervorrichtung vorzugsweise so bestückt, dass sie auf grundlegende Standardeinstellungsanweisungen bezüglich des Ausmaßes an Abweichung der Bohrwelle reagiert. Zum Beispiel ist die Vorrichtung vorzugsweise so bestückt, dass sie einen Nullablenkungsmodus gewährleistet, wenn der Innenring und Außenring einander gegenüberliegend ausgerichtet sind, um der Bohrwelle keine Ablenkung zu gewährleisten, und einen Vollablenkungsmodus, wenn die Ablenkung der Bohrwelle eine maximale vorbestimmte Menge ist, wobei diese vorbestimmte Menge kleiner oder gleich der maximalen, von der Ablenkungsanordnung erlaubten Ablenkung sein kann. Die Vorrichtung kann auch so bestückt sein, dass sie auf eine Vielzahl von Standardeinstellungsanweisungen, wie etwa Nullablenkung, Vollablenkung und zahlreiche Ausmaße an Ablenkung dazwischen, reagiert.
Befindet sich die Vorrichtung im Nullablenkungsmodus, wird das Bohren ohne Veränderung der Bohrrichtung durchgeführt. Mit anderen Worten ist das Stattfinden des Bohrens in einer im Wesentlichen geraden Richtung erlaubt. Der Nullablenkungsmodus erlaubt auch das Ein- und Ausfahren der Vorrichtung in die und aus der Bohrung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 eine bildhafte Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Bohrrichtungssteuervorrichtung ist, die ein Drehbohrsystem beinhaltet;
2(a) eine bildhafte Seitenansicht mit einem Schnittbildabschnitt der in 1 gezeigten Bohrrichtungssteuervorrichtung ist, die innerhalb einer Bohrung enthalten ist und eine Bohrwelle beinhaltet, wobei die Bohrwelle in nicht abgelenktem Zustand ist;
2(b) eine schematische Querschnittsansicht einer Ablenkungsanordnung der in 2(a) gezeigten Bohrrichtungsteuervorrichtung in nicht abgelenktem Zustand ist;
3(a) eine bildhafte Seitenansicht mit einem Schnittbildabschnitt der in 1 gezeigten Bohrrichtungssteuervorrichtung ist, die innerhalb einer Bohrung enthalten ist, wobei die Bohrwelle in einem abgelenkten Zustand ist;
3(b) eine schematische Querschnittsansicht einer Ablenkungsanordnung der in 3(a) gezeigten Bohrrichtungsteuervorrichtung in einem abgelenkten Zustand ist;
4(a) bis 4(g) longitudinale Schnittansichten der in 2 und 3 gezeigten Bohrrichtungssteuervorrichtung sind, wobei 4(b) bis 4(g) jeweils geringere Fortsetzungen von 4(a) bis 4(f) sind;
5 eine detailliertere schematische Querschnittsansicht der Ablenkungsanordnung der in 2(b) und 3(b) gezeigten Bohrrichtungsteuervorrichtung ist;
6 eine bildhafte Ansicht eines Abschnitts der Ablenkungsanordnung der in 1 gezeigten Bohrrichtungsteuervorrichtung ist;
7 eine bildhafte Seitenansicht einer bevorzugten Dreheinschränkungsvorrichtung ist, welche die in 1 gezeigte Bohrrichtungsteuervorrichtung beinhaltet;
8 eine auseinandergezogene bildhafte Seitenansicht der bevorzugten in 7 gezeigten Dreheinschränkungsvorrichtung ist;
9 eine bildhafte Seitenansicht einer alternativen Dreheinschränkungsvorrichtung ist, welche die in 1 gezeigte Bohrrichtungsteuervorrichtung beinhaltet; und
10 eine auseinandergezogene bildhafte Seitenansicht der alternativen, in 9 gezeigten Dreheinschränkungsvorrichtung ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Erfindung beinhaltet eine Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) und ein Verfahren zur Verwendung der Vorrichtung (20). Die Vorrichtung (20) erlaubt die Richtungssteuerung eines mit der Vorrichtung (20) verbundenen Bohrmeißels (22) während Drehbohrungsvorgängen, indem die Ausrichtung des Bohrmeißels (22) gesteuert wird. Demzufolge kann die Richtung der resultierenden Bohrung gesteuert werden. Genauer halten in der bevorzugten Ausführungsform die Vorrichtung (20) und das Verfahren der Erfindung die gewünschte Ausrichtung des Bohrmeißels (22) durch das Halten der gewünschten Richtung des Vorortantriebs des Bohrmeißels (22) und des gewünschten Meißelneigungswinkels, während die Umdrehungen pro Minute und die Penetrationsrate vorzugsweise verbessert werden.
Die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) beinhaltet eine drehbare Bohrwelle (24), die mit einem Drehbohrungsgestänge (25) während des Bohrbetriebs verbunden oder an diesem befestigt werden kann. Genauer weist die Bohrwelle (24) ein proximales Ende (26) und ein distales Ende (28) auf. Das proximale Ende (26) kann antreibend mit dem Drehbohrungsgestänge (25) verbunden oder an diesem befestigt werden, so dass die Drehung des Bohrungsgestänges (25) von der Oberfläche in einer entsprechenden Drehung der Bohrwelle (24) resultiert. Das proximate Ende (26) der Bohrwelle (24) kann auf eine beliebige Art und Weise und mittels einer beliebigen Struktur, eines beliebigen Mechanismus, einer beliebigen Vorrichtung oder eines beliebigen Verfahrens, die/das die Drehung der Bohrwelle (24) bei Drehung des Bohrungsgestänges (25) erlaubt, permanent oder entfernbar an dem Bohrungsgestänge (25) befestigt, mit diesem verbunden oder anderweitig an diesem angebracht werden.
Die Vorrichtung (20) beinhaltet vorzugsweise ferner eine Antriebsverbindung zum Verbinden der Bohrwelle (24) mit dem Bohrungsgestänge (25). Die Antriebsverbindung kann, wie angegeben, eine beliebige Struktur, einen beliebigen Mechanismus oder eine beliebige Vorrichtung zum antreibenden Verbinden der Bohrwelle (24) mit dem Bohrungsgestänge (25) beinhalten, so dass die Drehung des Bohrungsgestänges (25) in einer entsprechenden Drehung der Bohrwelle (24) resultiert. Die Antriebsverbindung beinhaltet jedoch vorzugsweise eine Toleranzassimilierungshülse (30). Genauer ist die Toleranzassimilierungshülse (30) zwischen das proximale Ende (26) der Bohrwelle (24) und das angrenzende Ende des Bohrungsgestänges (25) eingefügt oder dazwischen positioniert.
Vorzugsweise beinhaltet die Antriebsverbindung ein erstes Antriebsprofil (32) auf der oder definiert von der Bohrwelle (24) und insbesondere auf dem oder definiert von dem proximalen Ende (26) der Bohrwelle (24). Die Antriebsverbindung beinhaltet ferner ein zweites, zu dem ersten Antriebsprofil (32) komplementäres Antriebsprofil (34) auf der oder definiert von dem angrenzenden Ende des Bohrungsgestänges (25), um antreibend mit der Bohrwelle (24) der Vorrichtung (20) verbunden zu werden. Die Toleranzassimilierungshülse (30) ist zwischen dem ersten Antriebsprofil (32) und dem zweiten Antriebsprofil (34) positioniert oder dazwischen eingefügt, um die Toleranz zwischen dem ersten Antriebsprofil (32) und dem zweiten Antriebsprofil (34) zu reduzieren und ein totgangfreies Antreiben bereitzustellen. Das erste und zweite Antriebsprofil (32, 34) sind so bemessen und konfiguriert, dass die komplementär zu und kompatibel mit der Toleranzassimilierungshülse (30) zwischen ihnen sind.
In der bevorzugten Ausführungsform ist das erste Antriebsprofil (32) von einer Außenfläche (33) des proximalen Endes (26) der Bohrwelle (24) definiert. Das zweite Antriebsprofil (34) ist von einer Innenfläche (36) des angrenzenden Endes des Bohrungsgestänges (25) definiert. Die Toleranzassimilierungshülse (30) ist daher zwischen der Außenfläche (33) der Bohrwelle (24) und der Innenfläche (36) des Bohrungsgestänges (25) positioniert. Genauer weist die Toleranzassimilierungshülse (30) eine Außenfläche (38) zum Eingreifen in die Innenfläche (36) des Bohrungsgestänges (25) und eine Innenfläche (40) zum Eingreifen in die Außenfläche (33) der Bohrwelle (24) auf.
Wie angegeben, können die angrenzende Außenfläche (38) der Hülse (30) und die Innenfläche (36) des Bohrungsgestänges (25) und die angrenzende Innenfläche (40) der Hülse (30) und die Außenfläche (33) der Bohrwelle (24) eine beliebige Form oder Konfiguration aufweisen, die mit der Bereitstellung einer Antriebsverbindung dazwischen kompatibel ist und die Toleranz zwischen dem ersten Antriebsprofil (32) und dem komplementären zweiten Antriebsprofil (34) reduzieren kann. In der bevorzugten Ausführungsform weist die Toleranzassimilierungshülse (30) jedoch ein oktagonales inneres und äußeres Profil auf. Mit anderen Worten sind sowohl die Innen- als auch die Außenfläche (40, 38) der Hülse (30) im Querschnitt oktagonal.
Des Weiteren sind die Bohrwelle (24), das Bohrungsgestänge (25) und die Toleranzassimilierungshülse (30) dazwischen vorzugsweise so konfiguriert, dass Drehmoment oder Radiallasten nur zwischen der Bohrwelle (24) und dem Bohrungsgestänge (25) übertragen werden. Mit anderen Worten werden von der Toleranzassimilierungshülse (30) dazwischen vorzugsweise keine bedeutenden axialen Kräfte oder Lasten übertragen. Obgleich die Toleranzassimilierungshülse (30) an entweder die Bohrwelle (24) oder das Bohrungsgestänge (25) gebunden oder in diesen verankert werden kann, ist es daher vorzugsweise nicht an sowohl die Bohrwelle (24) als auch das Bohrungsgestänge (25) gebunden oder in beiden verankert. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Toleranzassimilierungshülse (30) weder an die Bohrwelle (24) noch das Bohrungsgestänge (25) gebunden oder in diesen verankert.
Ferner kann die Toleranzassimilierungshülse (30) die Toleranz zwischen dem ersten und zweiten Antriebsprofil (32, 34) auf beliebige Art und Weise und mittels eines beliebigen Wirkungsmechanismus reduzieren. Die Toleranzassimilierungshülse beinhaltet zum Beispiel vorzugsweise ein Material mit einer thermischen Ausdehnungsrate, die höher ist als die thermische Ausdehnungsrate des Bohrungsgestänges (25). In der bevorzugten Ausführungsform weist die Bohrwelle (24) die höchste thermische Ausdehnungsrate auf und das Bohrungsgestänge (25) weist die niedrigste thermische Ausdehnungsrate auf. Die thermische Ausdehnungsrate der Toleranzassimilierungshülse (30) liegt vorzugsweise zwischen derjenigen der Bohrwelle (24) und des Bohrungsgestänges (25).
Es kann ein beliebiges Material verwendet werden, das diese Differenzialrate thermischer Ausdehnung berücksichtigt und das eine relativ hohe Festigkeit aufweist, die mit dem Bohrvorgang kompatibel ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Toleranzassimilierungshülse (30) jedoch eine Beryllium-Kupfer-Hülse.
Auf ähnliche Weise kann das distale Ende (28) der Bohrwelle (24) antreibend mit dem Drehbohrmeißel (22) verbunden oder an diesem befestigt werden, so dass die Drehung der Bohrwelle (24) durch das Bohrungsgestänge (25) in einer entsprechenden Drehung des Bohrmeißels (22) resultiert. Das distale Ende (28) der Bohrwelle (24) kann auf eine beliebige Art und Weise und durch eine beliebige Struktur, einen beliebigen Mechanismus, eine beliebige Vorrichtung oder ein beliebiges Verfahren, die/das die Drehung des Bohrmeißels (22) bei Drehung der Bohrwelle (24) erlaubt, permanent oder entfernbar an dem Bohrmeißel (22) befestigt, mit diesem verbunden oder anderweitig an diesem angebracht werden. In der bevorzugten Ausführungsform wird eine Gewindeverbindung dazwischen bereitgestellt. Genauer ist eine Innenfläche (42) des distalen Endes (28) der Bohrwelle (24) mit einer angrenzenden Außenfläche (44) des Bohrmeißels (22) mit Gewinde verbunden und greift antreibend in diese ein.
Die Vorrichtung (20) der Erfindung berücksichtigt die gesteuerte Ablenkung der Bohrwelle (24), was, wie weiter unten beschrieben, in einer Biegung oder Krümmung der Bohrwelle (24) resultiert, um die gewünschte Ablenkung des befestigten Bohrmeißels (22) bereitzustellen. Vorzugsweise kann die Ausrichtung der Ablenkung der Bohrwelle (24) geändert werden, um die Ausrichtung des Bohrmeißels (22) oder der Richtung des Vorortantriebs zu ändern, während das Ausmaß der Ablenkung der Bohrwelle (24) geändert werden kann, um das Ausmaß der Ablenkung des Bohrmeißels oder (22) oder der Meißelneigung zu variieren.
Die Bohrwelle (24) kann ein oder mehrere Elemente oder Abschnitte, die auf eine beliebige geeignete Art und Weise miteinander verbunden, aneinander befestigt oder anderweitig aneinander angebracht sein können, beinhalten, was eine einheitliche Bohrwelle (24) zwischen dem proximalen und dem distalen Ende (26, 28) bereitstellt. Vorzugsweise sind jegliche zwischen den Elementen oder Abschnitten der Bohrwelle (24) bereitgestellten Verbindungen relativ steif, so dass die Bohrwelle (24) keine elastischen Gelenke oder Gelenkverbindungen darin umfasst. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Bohrwelle (24) ein einzelnes, einheitliches oder integrales Element, das sich zwischen dem proximalen und dem distalen Ende (26, 28) erstreckt. Die Bohrwelle (24) ist ferner röhrenförmig oder hohl, um das Fließen von Bohrfluid dort hindurch auf eine relativ ungehinderte und unbeeinträchtigte Art und Weise zu erlauben.
Die Bohrwelle (24) kann schließlich ein beliebiges Material beinhalten, das für das Drehbohren geeignet und mit diesem kompatibel ist. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Bohrwelle (24) hochfesten Edelstahl.
Die Vorrichtung (20) beinhaltet ferner ein Gehäuse (46) zum drehbaren Stützen einer Länge der Bohrwelle (24) zur Drehung darin bei Drehung des befestigten Bohrungsgestänges (25). Das Gehäuse (46) kann jede beliebige Länge der Bohrwelle (24) stützen und sich entlang dieser erstrecken. Das Gehäuse (46) stützt jedoch vorzugsweise im Wesentlichen die gesamte Länge der Bohrwelle (24) und erstreckt sich im Wesentlichen zwischen dem proximalen und dem distalen Ende (26, 28) der Bohrwelle (24).
In der bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse (46) ein proximales Ende (48) auf, das angrenzend an oder nahe bei dem proximalen Ende (26) der Bohrwelle (24) ist. Genauer erstreckt sich das proximale Ende (26) der Bohrwelle (24) von dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) zur Verbindung mit dem Bohrungsgestänge (25). Zusätzlich dazu kann sich jedoch ein Abschnitt des angrenzenden Bohrungsgestänges (25) innerhalb des proximalen Endes (48) des Gehäuses (46) erstrecken. In der bevorzugten Ausführungsform weist auf ähnliche Weise das Gehäuse (46) ein distales Ende (50) auf, das angrenzend an oder nahe bei dem distalen Ende (28) der Bohrwelle (24) ist. Genauer erstreckt sich das distale Ende (28) der Bohrwelle (24) von dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46), um sich mit dem Bohrmeißel (22) zu verbinden.
Das Gehäuse (46) kann ein oder mehrere röhrenförmige oder hohle Elemente, Teilbereiche oder Komponenten beinhalten, die permanent oder entfernbar miteinander verbunden, befestigt oder anderweitig aneinander angebracht sind, um ein einheitliches oder integrales Gehäuse (46) bereitzustellen, das der Bohrwelle (24) das Erstrecken dort hindurch erlaubt. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das Gehäuse (46) jedoch drei Teilbereiche oder Abschnitte, die miteinander verbunden sind. Genauer beinhaltet das Gehäuse (46), beginnend an dem proximalen Ende (48) und sich zu dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46) hin bewegend, einen proximalen Gehäuseteilbereich (52), einen zentralen Gehäuseteilbereich (54) und einen distalen Gehäuseteilbereich (56).
Noch genauer ist das proximate Ende (48) des Gehäuses (46) durch ein proximales Ende (58) des proximalen Gehäuseteilbereichs (52) definiert. Ein distales Ende (60) des proximalen Gehäuseteilbereichs (52) ist mit einem proximalen Ende (62) des zentralen Gehäuseteilbereichs (54) verbunden. Auf ähnliche Weise ist ein distales Ende (64) des zentralen Gehäuseteilbereichs (54) mit einem proximalen Ende (66) des distalen Gehäuseteilbereichs (56) verbunden. Das distale Ende (50) des Gehäuses (46) ist durch ein distales Ende (68) des distalen Gehäuseteilbereichs (56) definiert.
Wie angegeben können das distale Ende (60) des proximalen Gehäuseteilbereichs (52) und das proximale Ende (62) des zentralen Gehäuseteilbereichs (54) sowie das distale Ende (64) des zentralen Gehäuseteilbereichs (54) und das proximale Ende (66) des distalen Gehäuseteilbereichs (56) auf beliebige Art und Weise durch eine beliebige Struktur, einen beliebigen Mechanismus, eine beliebige Vorrichtung oder ein beliebiges Verfahren, die/das die Bildung eines einheitlichen Gehäuses (46) erlaubt, jeweils permanent oder lösbar befestigt, miteinander verbunden oder anderweitig aneinander angebracht sein.
In der bevorzugten Ausführungsform sind jedoch beide Verbindungen von einer Gewindeverbindung zwischen angrenzenden Enden bereitgestellt. Noch genauer weist der proximate Gehäuseteilbereich (52) eine Innenfläche (70) und eine Außenfläche (72) auf. Auf ähnliche Weise weist der zentrale Gehäuseteilbereich (54) eine Innenfläche (74) und eine Außenfläche (76) auf und der distale Gehäuseteilbereich (56) weist eine Innenfläche (78) und eine Außenfläche (80) auf. Die Außenfläche (72) des proximalen Gehäuseteilbereichs (52) ist an ihrem distalen Ende (60) mit der Innenfläche (74) des zentralen Gehäuseteilbereichs (54) an ihrem proximalen Ende (62) mit Gewinde verbunden. Auf ähnliche Weist ist die Außenfläche (76) des zentralen Gehäuseteilbereichs (54) an ihrem distalen Ende (64) mit der Innenfläche (78) des distalen Gehäuseteilbereichs (56) an ihrem proximalen Ende (66) mit Gewinde verbunden.
Die Vorrichtung (20) beinhaltet ferner mindestens ein distales Radiallager (82) und mindestens ein proximales Radiallager (84). Jedes der Radiallager (82, 84) ist innerhalb des Gehäuses (46) zum drehbaren Stützen der Bohrwelle (24) radial an der Stelle des bestimmten Radiallagers (82, 84) enthalten. Die Radiallager (82, 84) können an einer beliebigen Stelle entlang der Länge der Bohrwelle (24) positioniert sein, was es den Lagern (82, 84) erlaubt, die Bohrwelle (24) radial innerhalb des Gehäuses (46) drehbar zu stützen. Zudem sind die Radiallager (82, 84) zwischen der Bohrwelle (24) und dem Gehäuse (46) positioniert.
Außerdem können ein oder mehrere weitere Radiallager innerhalb des Gehäuses (46) enthalten sein, um bei der Stützung der Bohrwelle (24) behilflich zu sein. Dort, wo derartige weitere Radiallager bereitgestellt sind, befinden sich diese weiteren Radiallager distal oder lochabwärts zum distalen Radiallager (82) und proximal oder lochaufwärts zum proximalen Radiallager (84). Mit anderen Worten befinden sich die weiteren Radiallager vorzugsweise nicht zwischen den distalen und proximalen Radiallagern (82, 84).
Vorzugsweise ist mindestens ein distales Radiallager (82) innerhalb des Gehäuses (46) zum drehbaren Stützen der Bohrwelle (24) radial an einer hierdurch definierten distalen Radiallagerstelle (86) enthalten. In der bevorzugten Ausführungsform ist das distale Radiallager (82) innerhalb des distalen Gehäuseteilbereichs (56) enthalten, der zwischen der Innenfläche (78) des distalen Gehäuseteilbereichs (56) und der Bohrwelle (24) positioniert ist, zum drehbaren Stützen der Bohrwelle (24) radial an der hierdurch definierten distalen Radiallagerstelle (86).
Obgleich das distale Radiallager (82) jedes beliebige Radiallager beinhalten kann, das die Bohrwelle (24) innerhalb des Gehäuses (46) an der distalen Radiallagerstelle (86) drehbar stützen kann, beinhaltet das distale Radiallager (82) vorzugsweise ein wie weiter unten detaillierter beschriebenes Drehpunktlager (88), das auch als fokales Lager bezeichnet wird. Das Drehpunktlager (88) erleichtert das Schwenken der Bohrwelle (24) an der distalen Radiallagerstelle (86) bei der gesteuerten Ablenkung der Bohrwelle (24) durch die Vorrichtung (20), um eine Biegung oder eine Krümmung der Bohrwelle (24) zu produzieren, um den Bohrmeißel (22) auszurichten oder zu leiten.
Die Vorrichtung (20) beinhaltet vorzugsweise ferner einen meißelnahen Stabilisator (89), der sich in der bevorzugten Ausführungsform angrenzend an dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46) befindet und mit der distalen Radiallagerstelle (86) zusammentrifft. Der meißelnahe Stabilisator (89) kann eine beliebige Art von Stabilisator beinhalten.
Ferner ist vorzugsweise mindestens ein distales Radiallager (84) innerhalb des Gehäuses (46) zum drehbaren Stützen der Bohrwelle (24) radial an einer hierdurch definierten distalen Radiallagerstelle (90) enthalten. In der bevorzugten Ausführungsform ist das proximale Radiallager (84) innerhalb des zentralen Gehäuseteilbereichs (54) enthalten, der zwischen der Innenfläche (74) des zentralen Gehäuseteilbereichs (54) und der Bohrwelle (24) zum drehbaren Stützen der Bohrwelle (24) radial an der hierdurch definierten proximalen Radiallagerstelle (90) positioniert ist.
Obgleich das proximale Radiallager (84) jedes beliebige Radiallager beinhalten kann, das die Bohrwelle (24) innerhalb des Gehäuses (46) an der proximalen Radiallagerstelle (90) drehbar radial stützen kann, beinhaltet das proximale Radiallager (84) vorzugsweise ein Kragträgerlager.
Nach der gesteuerten Ablenkung der Bohrwelle (24) durch die Vorrichtung (20), wie weiter unten beschrieben, wird die Krümmung oder Biegung der Bohrwelle (24) lochabwärts des proximalen Kragträger-Radiallagers (84) produziert. Mit anderen Worten tritt die gesteuerte Ablenkung der Bohrwelle (24) und somit die Krümmung der Bohrwelle (24) zwischen der proximalen Radiallagerstelle (90) und der distalen Radiallagerstelle (86) auf. Die Beschaffenheit des Kragträgers des proximalen Radiallagers (84) hemmt die Biegung der Bohrwelle (24) lochaufwärts des oder über dem proximalen Radiallager (84). Das Drehpunktlager, das das distale Radiallager (82) beinhaltet, erleichtert das Schwenken der Bohrwelle (24) und erlaubt das Neigen des Bohrmeißels (22) in eine beliebige gewünschte Richtung. Genauer wird das Neigen des Bohrmeißels (22) in die der Biegungsrichtung entgegengesetzte Richtung erlaubt.
Die Vorrichtung (20) beinhaltet ferner eine Bohrwellenablenkungsanordnung (92), die innerhalb des Gehäuses (46) zum Biegen der Bohrwelle (24) darin enthalten ist. Die Ablenkungsanordnung (92) kann sich axial an einer beliebigen Stelle oder Position zwischen dem distalen Ende (50) und dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) befinden. Die distale Radiallagerstelle (86) befindet sich jedoch vorzugsweise axial zwischen dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46) und der Ablenkungsanordnung (92), während sich die proximate Radiallagerstelle (90) vorzugsweise axial zwischen dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) und der Ablenkungsanordnung (92) befindet. Mit anderen Worten befindet sich die Bohrwellenablenkungsanordnung (92) vorzugsweise axial entlang der Länge der Bohrwelle (24) an einer Stelle oder Position zwischen der distalen Radiallagerstelle (86) und der proximalen Radiallagerstelle (90). Wie eingangs beschrieben ist in der bevorzugten Ausführungsform die Ablenkungsanordnung (92) bereitgestellt, um die Bohrwelle (24) zwischen der distalen Radiallagerstelle (86) und der proximalen Radiallagerstelle (90) zu biegen.
In der bevorzugten Ausführungsform ist die Ablenkungsanordnung (92) innerhalb des distalen Gehäuseteilbereichs (56) zwischen der Innenfläche (78) des distalen Gehäuseteilbereichs (56) und des Bohrungsgestänges (24) enthalten. Die distale Radiallagerstelle (86) befindet sich axial zwischen dem distalen Ende (68) des distalen Gehäuseteilbereichs (56) und der Ablenkungsanordnung (92), während sich die proximale Radiallagerstelle (90) axial zwischen der Ablenkungsanordnung (92) und dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) befindet.
Zusätzlich zu den Radiallagern (82, 84) zum drehbaren radialen Stützen der Bohrwelle (24) umfasst die Vorrichtung (20) ferner vorzugsweise ein oder mehrere Axiallager zum drehbaren axialen Stützen der Bohrwelle (24). Die Vorrichtung (20) beinhaltet vorzugsweise mindestens ein distales Axiallager (94) und mindestens ein proximales Axiallager (96). Jedes der Axiallager (94, 96) ist, wie angegeben, innerhalb des Gehäuses (46) zum drehbaren Stützen der Bohrwelle (24) axial an der Stelle des bestimmten Axiallagers (94, 96) enthalten. Die Axiallager (94, 96) können an einer beliebigen Stelle entlang der Länge der Bohrwelle (24) positioniert sein, was es den Lagern (94, 96) erlaubt, die Bohrwelle (24) axial innerhalb des Gehäuses (46) drehbar zu stützen. Zudem sind die Axiallager (94, 96) zwischen der Bohrwelle (24) und dem Gehäuse (46) positioniert.
Vorzugsweise ist jedoch mindestens ein distales Axiallager (94) innerhalb des Gehäuses (46) zum drehbaren Stützen der Bohrwelle (24) axial an einer hierdurch definierten distalen Axiallagerstelle (98) enthalten. Die distale Axiallagerstelle (98) befindet sich vorzugsweise axial zwischen dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46) und der Ablenkungsanordnung (92). In der bevorzugten Ausführungsform ist das distale Axiallager (94) innerhalb des distalen Gehäuseteilbereichs (56) enthalten, der zwischen der Innenfläche (78) des distalen Gehäuseteilbereichs (56) und der Bohrwelle (24) positioniert ist, um die Bohrwelle (24) axial drehbar zu stützen. Die distale Axiallagerstelle (98) befindet sich daher axial zwischen dem distalen Ende (68) des Gehäuseteilbereichs (56) und der Ablenkungsanordnung (92).
Obgleich das distale Axiallager (94) ein beliebige Axiallager beinhalten kann, das die Bohrwelle (24) innerhalb des Gehäuses (46) an der distalen Axiallagerstelle (98) drehbar und axial stützen kann, beinhaltet das distale Axiallager (94) vorzugsweise das oben beschriebene Drehpunktlager (88). Die distale Axiallagerstelle (98) befindet sich somit an der distalen Radiallagerstelle (86).
Ferner ist vorzugsweise mindestens ein proximales Axiallager (96) innerhalb des Gehäuses (46) zum drehbaren Stützen der Bohrwelle (24) axial an einer hierdurch definierten proximalen Axiallagerstelle (100) enthalten. Die proximate Axiallagerstelle (100) befindet sich vorzugsweise axial zwischen dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) und der Ablenkungsanordnung (92). Des Weiteren befindet sich die proximate Axiallagerstelle (100) besser axial zwischen dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) und der proximalen Radiallagerstelle (90).
Vorzugsweise ist das proximate Axiallager (96) innerhalb des proximalen Gehäuseteilbereichs (52) enthalten, der zwischen der Innenfläche (70) des proximalen Gehäuseteilbereichs (52) und der Bohrwelle (24) positioniert ist, um die Bohrwelle (24) axial drehbar zu stützen. Genauer befindet sich in der bevorzugten Ausführungsform dort, wo sich das Bohrungsgestänge (25) in das proximate Ende (48) des Gehäuses (46) erstreckt, das proximale Axiallager (96) zwischen der Innenfläche (70) des proximalen Gehäuseteilbereichs (52) und einer Außenfläche des Bohrungsgestänges (25). Das proximale Axiallager (96) kann jedes beliebige Axiallager beinhalten.
Infolge der Axiallager (94, 96) kann der Großteil der Belastung auf dem Bohrmeißel (22) in und durch das Gehäuse (46) anstatt durch die Bohrwelle (24) der Vorrichtung (20) transferiert werden. Es wird somit ermöglicht, dass die Bohrwelle (24) dünner und steuerbarer ist. Außerdem geht der Großteil der Meißelbelastung im Wesentlichen zwischen ihrem proximalen und distalen Ende (48, 50) an der Bohrwelle (24) vorbei und geht folglich an den anderen Komponenten der Vorrichtung (20) einschließlich der Ablenkungsanordnung (92) vorbei. Genauer wird die durch das Bohrungsgestänge (25) auf den Bohrmeißel (22) angewendete Belastung mindestens teilweise von dem Bohrungsgestänge (25) durch das proximale Axiallager (96) an der proximalen Axiallagerstelle (100) auf das proximale Ende (48) des Gehäuses (46) transferiert. Die Belastung wird ferner mindestens teilweise durch das Drehpunktlager (88) an der distalen Axiallagerstelle (100) von dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46) auf die Bohrwelle (24) und somit den befestigten Bohrmeißel (22) transferiert.
Das Drehpunktlager (88) kann eine beliebige Kombination oder Konfiguration von Radial- und Axiallagern aufweisen, die die Drehbohrwelle (24) innerhalb des Gehäuses (46) radial und axial stützen können. Das Drehpunktlager (88) beinhaltet jedoch vorzugsweise eine Drehpunktlageranordnung. Die Drehpunktlageranordnung beinhaltet mindestens eine Reihe kugelförmiger Axialrollenlager (98), die an einer ersten axialen Position (102) positioniert sind, und mindestens eine Reihe kugelförmiger Axialrollenlager (98), die an einer zweiten axialen Position (104) positioniert sind. Des Weiteren beinhaltet die Drehpunktlageranordnung mindestens eine Reihe kugelförmiger Radiallager (82), die an einer dritten axialen Position (106) positioniert sind, wobei die dritte axiale Position (106) sich zwischen der ersten axialen Position (102) und der zweiten axialen Position (104) befindet. Die kugelförmigen Axiallager (98) und die kugelförmigen Radialrollenlager (82) sind im Wesentlichen um ein gemeinsames Drehzentrum angeordnet. Demzufolge erlaubt die Drehpunktlageranordnung wie oben beschrieben das Neigen des Bohrmeißels (22) in eine beliebige Richtung und das sich relativ freie Drehen während der Großteil der Belastung des Bohrmeißels (22) in das Gehäuse (46) transferiert wird.
Das distale und das proximale Axiallager (94, 96) werden jeweils vorzugsweise an der gewünschten distalen bzw. proximalen Axiallagerstelle (98, 100) vorbelastet. Ein beliebiger Mechanismus, eine beliebige Struktur, eine beliebige Vorrichtung oder ein beliebiges Verfahren zum Vorbelasten der Axiallager (94, 96) um das gewünschte Ausmaß kann genutzt werden. Ferner hält der Mechanismus, die Struktur, die Vorrichtung oder das Verfahren, der/die/das verwendet wird, im Wesentlichen vorzugsweise die gewünschte Vorbelastung während des Bohrvorgangs. Des Weiteren, obgleich bevorzugt, muss derselbe Mechanismus, dieselbe Struktur, Vorrichtung oder dasselbe Verfahren nicht zur Vorbelastung beider Axiallager (94, 96) um das gewünschte Ausmaß verwendet werden.
Zunächst unter Bezugnahme auf das distale Axiallager (94) wird das distale Axiallager (94) axial innerhalb des Gehäuses (46) and der distalen Axiallagerstelle (98) zwischen einer distalen Axiallagerschulter (108) und einem distalen Axiallagerkragen (110) gehalten. In der bevorzugten Ausführungsform wird daher die Drehpunktlageranordnung (88), welche die kugelförmigen Axiallager (98) beinhaltet, an der ersten und zweiten axialen Position (102, 104) zwischen der distalen Axiallagerschulter (108) und dem distalen Axiallagerkragen (110) axial in Position gehalten. Genauer stößt die distale Axiallagerschulter (108) direkt oder indirekt an das oberste oder lochaufwärts befindliche Ende der Drehpunktlageranordnung (88), welche die kugelförmigen Axiallager (98) beinhaltet, an, während der distale Axiallagerkragen (110) direkt oder indirekt an das tiefste oder lochabwärts befindliche Ende der Drehpunktlageranordnung (88) anstößt.
Obgleich jede beliebige Struktur oder Komponente, die innerhalb des Gehäuses (46) angrenzend an der Drehpunktlageranordnung lochaufwärts enthalten ist, die distale Axiallagerschulter (108) bereitstellen oder definieren kann, wird die distale Axiallagerschulter (108) vorzugsweise durch die Innenfläche des Gehäuses (46) definiert. In der bevorzugten Ausführungsform ist die distale Axiallagerschulter (108) daher durch die Innenfläche (78) des distalen Gehäuseteilbereichs (56), der angrenzend an oder nahe bei dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46) ist, definiert.
Der distale Axiallagerkragen (110) ist innerhalb des Gehäuses (46) enthalten und befindet sich um das Bohrungsgestänge (24) zum Anstoßen an das tiefste oder lochabwärts befindliche Ende der Drehpunktlageranordnung (88). Des Weiteren ist der distale Axiallagerkragen (110) relativ zu der distalen Axiallagerschulter (108) axial einstellbar, um die distalen sich dazwischen befindenden Axiallager (94) vorzubelasten. In Anbetracht dessen, dass die distalen Axiallager (94) kugelförmig sind, neigen in der bevorzugten Ausführungsform jegliche radiale Lasten dazu, die Lager (94) zu trennen und neigen somit dazu, das Drehpunktlager (88) zu trennen. Demzufolge wird eine ausreichende Vorbelastungskraft auf die distalen Axiallager (94) angewandt, so dass die radialen Lasten, auf die die Axiallager (94) treffen, nicht die Axiallager (94) innerhalb des Drehpunktlagers (88) beinhalten.
Zur Erleichterung der Vorbelastung befinden sich ferner eine oder mehrere Federn oder Unterlegscheiben, vorzugsweise Belleville-Unterlegscheiben (111) an den, angrenzend an die oder nahe den entgegengesetzten Enden der Drehpunktlageranordnung (88), so dass die Belleville-Unterlegscheiben (111) auch axial zwischen der distalen Axiallagerschulter (108) und dem distalen Axiallagerkragen (110) gehalten werden. Das Vorbelasten der distalen Axiallager (94) resultiert in der Komprimierung der Belleville-Unterlegscheiben (111). Mit anderen Worten ist der distale Axiallagerkragen (110) zur Vorbelastung der Lager (94) relativ zu der distalen Axiallagerschulter (108) axial einstellbar, um die distalen sich dazwischen befindenden distalen Axiallager (94) vorzubelasten, indem die Belleville-Unterlegscheiben (111) komprimiert werden.
Der distale Axiallagerkragen (110) kann auf beliebige Art und Weise und mittels eines beliebigen Mechanismus, einer beliebigen Struktur oder Vorrichtung, der/die den distalen Axiallagerkragen (110) relativ zu der distalen Axiallagerschulter (108) axial einstellen kann, axial eingestellt werden. Vorzugsweise ist jedoch der distale Axiallagerkragen (110) zur Einstellung durch Drehung gewindet. Genauer weist in der bevorzugten Ausführungsform der distale Axiallagerkragen (110) ein proximales Ende (114) zum Anstoßen an die angrenzende Drehpunktlageranordnung (88) und ein distales Ende (116), das sich von dem und über das distale Ende (68) des distalen Gehäuseteilbereichs (56) erstreckt, auf. Eine Außenfläche (118) des distalen Axiallagerkragens (110) ist an ihrem proximalen Ende (114) zur Verbindung mit einer komplementären gewindeten Innenfläche (78) des distalen Gehäuseteilbereichs (56) an ihrem distalen Ende (68) gewindet. Infolge der gewindeten Verbindung stellt die Drehung des distalen Axiallagerkragens (110) den Kragen (110) entweder zu oder weg von der distalen Axiallagerschulter (108) axial ein, um die Vorbelastung auf den distalen Axiallagern (94) zu vergrößern bzw. zu verringern.
Die Vorrichtung (20) berücksichtigt ferner vorzugsweise das Zurückhalten des distalen Axiallagers oder der distalen Axiallager (94) in der gewünschten Position, ohne dass eine Erhöhung der Vorbelastung darauf bewirkt wird. Jede beliebige Struktur, Vorrichtung, jeder beliebige Mechanismus oder jedes beliebige Verfahren, die/der/das das distale Axiallager (94) in Position zurückhalten kann, ohne die Vorbelastung darauf zu erhöhen, kann genutzt werden. Vorzugsweise beinhaltet die Vorrichtung (20) jedoch ferner eine distale Axiallagerhalterung (112) zur Zurückhaltung der kugelförmigen diestalen Axiallager (94), welche die Drehpunktlageranordnung (88) beinhalten, in Position, ohne dass die Vorbelastung auf den kugelförmigen distalen Axiallagern (94) erhöht wird.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die distale Axiallagerhalterung (112) einen Klemmring (120) und einen Klemmringkragen (122). Der Klemmring (120) ist gleitbar auf dem distalen Axiallagerkragen (110) um die Außenfläche (118) des Kragens (110) montiert. Sobald der distale Axiallagerkragen (110) axial eingestellt ist, um das Lager (94) vorzubelasten, kann der Klemmring (120) demgemäß selektiv longitudinal entlang der Außenfläche (118) des Kragens (110) zu einer Position bewegt werden, die an das distale Ende (50) des Gehäuses (46) anstößt.
Sobald der Klemmring (120) bewegt worden ist, so dass er an das Gehäuse (46) anstößt, kann der Klemmringkragen (122) gegen den Klemmring (120) festgezogen werden, um den Klemmring (120) zwischen dem Gehäuse (46) und dem Klemmringkragen (122) in Position zu halten. Der Klemmring (120) wirkt auf den distalen Axiallagerkragen (110), um die Drehung des distalen Axiallagerkragens (110) von der distalen Axiallagerschulter (108) weg zu hemmen und somit die Vorbelastung zu halten.
Der Klemmringkragen (122) ist vorzugsweise um das Bohrungsgestänge (24) angrenzend an dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46) montiert, so dass der Klemmring (120) sich zwischen dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46) und einem proximalen Ende (124) des Klemmringkragens (122) befindet oder dort positioniert ist. Ferner ist der Klemmringkragen (122) relativ zu dem Gehäuse (46) derart axial einstellbar, dass der Klemmring (120) dazwischen gehalten werden kann, nachdem der Klemmringkragen (122) festgezogen wurde.
Der Klemmringkragen (122) kann auf beliebige Art und Weise und mittels eines beliebigen Mechanismus, einer beliebigen Struktur oder Vorrichtung, der/die den Klemmringkragen (122) relativ zu dem Gehäuse (46) axial einstellen kann, axial eingestellt werden. Vorzugsweise ist jedoch der Klemmringkragen (122) zur Einstellung durch Drehung gewindet. Genauer ist in der bevorzugten Ausführungsform die Außenfläche (118) des distalen Axiallagerkragens (110) an ihrem distalen Ende (116) zur Verbindung mit einer komplementären gewindeten Innenfläche (126) des Klemmringkragens (122) an ihrem proximalen Ende (124) gewindet. Infolge der gewindeten Verbindung stellt die Drehung des Klemmringkragens (122) den Klemmringkragen (122) entweder zu oder weg von dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46) axial ein, um den sich dazwischen befindenden Klemmring (120) festzuziehen oder zu lösen. In der bevorzugten Ausführungsform wird der Klemmringkragen (122) auf zwischen ungefähr 8 000 und 10 000 ft-lbs. (ungefähr 10 848 bis 13 560 J) festgezogen. Das Festziehen des Klemmringkragens (122) hält den Klemmring (120) in Position, ohne dabei die Vorbelastung auf die distalen Axiallager (94) zu erhöhen.
Wenn der Klemmringkragen (122) gegen den Klemmring (120) festgezogen wird, wirkt der Klemmring (120) auf den distalen Axiallagerkragen (110), um die Drehung des distalen Axiallagerkragens (110) von der distalen Axiallagerschulter (108) weg zu hemmen und somit die Vorbelastung zu halten. Zur Verbesserung oder Erleichterung der Tätigkeit der distalen Axiallagerhalterung (112), dreht sich der Klemmring (120) vorzugsweise nicht relativ zu dem distalen Axiallagerkragen (110) oder wird daran gehindert, sich relativ dazu zu drehen. Diese relative Drehung kann auf beliebige Art und Weise, durch eine beliebige Struktur, Vorrichtung oder einen beliebigen Mechanismus, die/der die unerwünschte relative Drehung zwischen dem Klemmring (120) und dem distalen Axiallagerkragen (110) verhindern oder hemmen kann, verhindert oder gehemmt werden. Vorzugsweise ist der Klemmring (120) jedoch auf dem distalen Axiallagerkragen (110) derart montiert, dass der Klemmring (120) sich nicht relativ zu dem distalen Axiallagerkragen (110) dreht oder daran gehindert wird, sich relativ dazu zu drehen.
Der Klemmring (120) kann auf beliebige Art und Weise und durch eine beliebige Struktur, Vorrichtung oder einen beliebigen Mechanismus, die/der die unerwünschte relative Drehung zwischen dem Klemmring (120) und dem distalen Axiallagerkragen (110) verhindern oder hemmen kann, auf dem distalen Axiallagerkragen (110) montiert werden. Zum Beispiel wird in der bevorzugten Ausführungsform mindestens eine Schlüssel-und-Schlitz-Konfiguration genutzt. Genauer erstreckt sich ein Schlüssel (123) zwischen einem Schlitz oder einer Rille, der/die von jeder der angrenzenden Flächen des distalen Axiallagerkragens (110) definiert ist, und dem distalen Klemmring (120).
Zur weiteren Verbesserung oder Erleichterung der Tätigkeit der distalen Axiallagerhalterung (112), dreht sich außerdem der Klemmring (120) vorzugsweise nicht relativ zu dem Gehäuse (46) oder wird daran gehindert, sich relativ dazu zu drehen. Diese relative Drehung kann auf beliebige Art und Weise, durch eine beliebige Struktur, Vorrichtung oder einen beliebigen Mechanismus, die/der die unerwünschte relative Drehung zwischen dem Klemmring (120) und dem Gehäuse (46) verhindern oder hemmen kann, verhindert oder gehemmt werden. Vorzugsweise sind jedoch die Konfigurationen der angrenzenden anstoßenden Flächen des Klemmrings (120) und des Gehäuses (46) komplementär, so dass sich der Klemmring (120) nicht relativ zu dem Gehäuse (46) dreht oder daran gehindert wird, sich relativ dazu zu drehen.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Klemmring ferner eine Gehäuseanstoßfläche (128). Außerdem beinhaltet das Gehäuse (46) und insbesondere das distale Ende (68) des distalen Gehäuseteilbereichs (56) ferner eine Klemmringanstoßfläche (130). Die Klemmringanstoßfläche (130) ist komplementär zu der Gehäuseanstoßfläche (128), so dass der Eingriff der Gehäuseanstoßfläche (128) in die Klemmringanstoßfläche (130) die Drehung des Klemmrings (120) relativ zu dem Gehäuse (46) verhindert oder hemmt. Obgleich beliebige komplementäre Flächenkonfigurationen verwendet werden können, definieren die Klemmringanstoßfläche (130) und die Gehäuseanstoßfläche (128) jeweils vorzugsweise eine Vielzahl von komplementären ineinander greifenden Zähnen.
Als nächstes und unter Bezugnahme auf das proximate Axiallager (96) wird das proximale Axiallager (96) axial innerhalb des Gehäuses (46) axial gehalten und auf eine Art und Weise, die der des distalen Axiallagers (94) ähnlich ist, und durch ähnliche Komponenten oder eine ähnliche Struktur, wie oben für das distale Axiallager (94) beschrieben, vorbelastet.
Das proximale Axiallager oder die proximalen Axiallager (96) ist/sind innerhalb des Gehäuses (46) an der proximalen Axiallagerstelle (100) zwischen einer proximalen Axiallagerschulter (132) und einem proximalen Axiallagerkragen (134) axial gehalten. Genauer stößt die proximale Axiallagerschulter (132) direkt oder indirekt an das tiefste oder lochabwärts befindliche Ende des proximalen Axiallagers (96) an, während der proximate Axiallagerkragen (134) direkt oder indirekt an das höchste oder lochaufwärts befindliche Ende des proximalen Axiallagers (96) anstößt.
Obgleich jede beliebige Struktur oder Komponente, die innerhalb des Gehäuses (46) angrenzend an das proximate Axiallager (96) lochaufwärts enthalten ist, die proximate Axiallagerschulter (132) bereitstellen oder definieren kann, wird die proximale Axiallagerschulter (132) vorzugsweise durch die Innenfläche des Gehäuses (46) definiert. In der bevorzugten Ausführungsform ist die proximale Axiallagerschulter (132) daher durch die Innenfläche (70) des proximalen Gehäuseteilbereichs (52), der angrenzend an das proximale oder nahe bei dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) ist, definiert.
Der proximale Axiallagerkragen (134) ist innerhalb des Gehäuses (46) enthalten und befindet sich um das Bohrungsgestänge (24) zum Anstoßen an das höchste oder lochaufwärts befindliche Ende des proximalen Axiallagers (96). Des Weiteren ist der proximate Axiallagerkragen (134) relativ zu der proximalen Axiallagerschulter (132) axial einstellbar, um das proximate Axiallager oder die proximalen Axiallager (96), das/die sich dazwischen befindet/befinden, vorzubelasten. In der bevorzugten Ausführungsform sind die proximalen Axiallager (96) im Gegensatz zu den distalen Axiallagern (94) nicht kugelförmig. Die radialen Lasten neigen daher nicht dazu, die proximalen Axiallager (96) zu trennen und die Lagervorbelastungskraft, die auf die proximalen Axiallager (96) angewandt wird, kann bedeutend geringer sein als diejenige, die auf die distalen Axiallager (94) angewandt wird.
Zur Erleichterung der Vorbelastung befinden sich eine oder mehrere Federn oder Unterlegscheiben, vorzugsweise eine Wellenscheibe vorzugsweise an den proximalen Axiallagern (96) oder sind zu diesen zugehörig, so dass die Unterlegscheibe auch axial zwischen der proximalen Axiallagerschulter (132) und dem proximalen Axiallagerkragen (134) gehalten wird. Das Vorbelasten der proximalen Axiallager (96) resultiert in der Komprimierung der Unterlegscheibe. Mit anderen Worten ist der proximale Axiallagerkragen (134) zur Vorbelastung der Lager (96) relativ zu der proximalen Axiallagerschulter (132) axial einstellbar, um die sich dazwischen befindenden proximalen Axiallager (96) vorzubelasten, indem die Unterlegscheibe komprimiert wird.
Der proximale Axiallagerkragen (134) kann auf beliebige Art und Weise und mittels eines beliebigen Mechanismus, einer beliebigen Struktur oder Vorrichtung, der/die den proximalen Axiallagerkragen (134) relativ zu der proximalen Axiallagerschulter (132) axial einstellen kann, axial eingestellt werden. Vorzugsweise ist jedoch der proximale Axiallagerkragen (134) zur Einstellung durch Drehung gewindet. Genauer weist in der bevorzugten Ausführungsform der proximale Axiallagerkragen (134) ein proximales Ende (138), das sich von dem und über das proximale Ende (58) des proximalen Gehäuseteilbereichs (52) erstreckt, und ein distales Ende (140) zum Anstoßen an das angrenzende proximale Axiallager (96) auf. Eine Außenfläche (142) des proximalen Axiallagerkragens (134) ist an ihrem distalen Ende (140) zur Verbindung mit einer komplementären gewindeten Innenfläche (70) des proximalen Gehäuseteilbereichs (52) an ihrem proximalen Ende (58) gewindet. Infolge der gewindeten Verbindung stellt die Drehung des proximalen Axiallagerkragens (134) den Kragen (134) entweder zu oder weg von der proximalen Axiallagerschulter (132) axial ein, um die Vorbelastung auf dem proximalen Axiallager (96) zu erhöhen bzw. zu verringern.
Die Vorrichtung (20) berücksichtigt ferner vorzugsweise das Zurückhalten des proximalen Axiallagers oder der proximalen Axiallager (96) in der gewünschten Position, ohne dass eine Erhöhung der Vorbelastung darauf bewirkt wird. Jede beliebige Struktur, Vorrichtung, jeder beliebige Mechanismus oder jedes beliebige Verfahren, die/der/das das proximate Axiallager (96) in Position zurückhalten kann, ohne die Vorbelastung darauf zu erhöhen, kann genutzt werden. Vorzugsweise beinhaltet die Vorrichtung (20) jedoch ferner eine proximale Axiallagerhalterung (136) zur Zurückhaltung des proximalen Axiallagers (96) in Position, ohne dabei die Vorbelastung auf das proximate Axiallager (96) zu erhöhen.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die proximale Axiallagerhalterung (136) einen Klemmring (144) und einen Klemmringkragen (146). Der Klemmring (144) ist gleitbar auf dem proximalen Axiallagerkragen (134) um die Außenfläche (142) des Kragens (134) montiert. Sobald der proximale Axiallagerkragen (134) axial eingestellt ist, um das Lager (96) vorzubelasten, kann der Klemmring (144) demgemäß selektiv longitudinal entlang der Außenfläche (142) des Kragens (134) zu einer Position bewegt werden, die an das proximale Ende (48) des Gehäuses (46) anstößt.
Sobald der Klemmring (144) bewegt worden ist, dass er an das Gehäuse (46) anstößt, kann der Klemmringkragen (146) gegen den Klemmring (144) festgezogen werden, um den Klemmring (144) zwischen dem Gehäuse (46) und dem Klemmringkragen (146) in Position zu halten. Der Klemmring (144) wirkt auf den proximalen Axiallagerkragen (134), um die Drehung des proximalen Axiallagerkragens (134) von der proximalen Axiallagerschulter (132) weg zu hemmen und somit die Vorbelastung zu halten.
Der Klemmringkragen (146) ist vorzugsweise um das Bohrungsgestänge (24) angrenzend an dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) montiert, so dass der Klemmring (144) sich zwischen dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) und einem distalen Ende (148) des Klemmringkragens (146) befindet oder dort positioniert ist. Ferner ist der Klemmringkragen (146) relativ zu dem Gehäuse (46) derart axial einstellbar, dass der Klemmring (144) dazwischen gehalten werden kann, nachdem der Klemmringkragen (146) festgezogen wurde.
Der Klemmringkragen (146) kann auf beliebige Art und Weise und mittels eines beliebigen Mechanismus, einer beliebigen Struktur oder Vorrichtung, der/die den Klemmringkragen (146) relativ zu dem Gehäuse (46) axial einstellen kann, axial eingestellt werden. Vorzugsweise ist jedoch der Klemmringkragen (146) zur Einstellung durch Drehung gewindet. Genauer ist in der bevorzugten Ausführungsform die Außenfläche (142) des proximalen Axiallagerkragens (134) an ihrem proximalen Ende (138) zur Verbindung mit einer komplementären gewindeten Innenfläche (150) des Klemmringkragens (146) an ihrem distalen Ende (148) gewindet. Infolge der gewindeten Verbindung stellt die Drehung des Klemmringkragens (146) den Klemmringkragen (146) entweder zu oder weg von dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) axial ein, um den sich dazwischen befindenden Klemmring (144) festzuziehen oder zu lösen. In der bevorzugten Ausführungsform wird der Klemmringkragen (146) auf zwischen ungefähr 8 000 und 10 000 ft-lbs. (ungefähr 10 848 bis 13 560 J) festgezogen. Das Festziehen des Klemmringkragens (146) hält den Klemmring (144) in Position, ohne dabei die Vorbelastung auf das proximale Axiallager (96) zu erhöhen.
Wenn der Klemmringkragen (146) gegen den Klemmring (144) festgezogen wird, wirkt der Klemmring (144) auf den proximalen Axiallagerkragen (134), um die Drehung des proximalen Axiallagerkragens (134) von der proximalen Axiallagerschulter (132) zu hemmen und somit die Vorbelastung zu halten. Zur Verbesserung oder Erleichterung der Tätigkeit der proximalen Axiallagerhalterung (136), dreht sich der Klemmring (144) vorzugsweise nicht relativ zu dem proximalen Axiallagerkragen (134) oder wird daran gehindert, sich relativ dazu zu drehen. Diese relative Drehung kann auf beliebige Art und Weise, durch eine beliebige Struktur, Vorrichtung oder einen beliebigen Mechanismus, die/der die unerwünschte relative Drehung zwischen dem Klemmring (144) und dem proximalen Axiallagerkragen (134) verhindern oder hemmen kann, verhindert oder gehemmt werden. Vorzugsweise ist der Klemmring (144) jedoch auf dem proximalen Axiallagerkragen (134) derart montiert, dass der Klemmring (144) sich nicht relativ zu dem proximalen Axiallagerkragen (134) dreht oder daran gehindert wird, sich relativ dazu zu drehen.
Der Klemmring (144) kann auf beliebige Art und Weise und durch eine beliebige Struktur, Vorrichtung oder einen beliebigen Mechanismus, die/der die unerwünschte relative Drehung zwischen dem Klemmring (144) und dem proximalen Axiallagerkragen (134) verhindern oder hemmen kann, auf dem proximalen Axiallagerkragen (134) montiert werden. Zum Beispiel wird in der bevorzugten Ausführungsform mindestens eine Schlüssel-und-Schlitz-Konfiguration genutzt. Genauer erstreckt sich ein Schlüssel (147) zwischen einem Schlitz oder einer Rille, der/die von jeder der angrenzenden Flächen des Klemmrings (144) und des proximalen Axiallagerkragens (134) definiert ist.
Zur weiteren Verbesserung oder Erleichterung der Tätigkeit der proximalen Axiallagerhalterung (136), dreht sich außerdem der Klemmring (144) vorzugsweise nicht relativ zu dem Gehäuse (46) oder wird daran gehindert, sich relativ dazu zu drehen. Diese relative Drehung kann auf beliebige Art und Weise, durch eine beliebige Struktur, Vorrichtung oder einen beliebigen Mechanismus, die/der die unerwünschte relative Drehung zwischen dem Klemmring (144) und dem Gehäuse (46) verhindern oder hemmen kann, verhindert oder gehemmt werden. Vorzugsweise sind jedoch die Konfigurationen der angrenzenden anstoßenden Flächen des Klemmrings (144) und des Gehäuses (46) komplementär, so dass sich der Klemmring (144) nicht relativ zu dem Gehäuse (46) dreht oder daran gehindert wird, sich relativ dazu zu drehen.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Klemmring (144) ferner eine Gehäuseanstoßfläche (152). Außerdem beinhaltet das Gehäuse (46) und insbesondere das proximate Ende (58) des proximalen Gehäuseteilbereichs (52) ferner eine Klemmringanstoßfläche (154). Die Klemmringanstoßfläche (154) ist komplementär zu der Gehäuseanstoßfläche (152), so dass der Eingriff der Gehäuseanstoßfläche (152) in die Klemmringanstoßfläche (154) die Drehung des Klemmrings (144) relativ zu dem Gehäuse (46) verhindert oder hemmt. Obgleich beliebige komplementäre Flächenkonfigurationen verwendet werden können, definieren die Klemmringanstoßfläche (154) und die Gehäuseanstoßfläche (152) jeweils vorzugsweise eine Vielzahl von komplementären ineinander greifenden Zähnen.
Wie oben angezeigt, umfasst die Vorrichtung (20) eine Bohrwellenablenkungsanordnung (92), die innerhalb des Gehäuses (46) wie eingangs beschrieben zum Biegen der Bohrwelle (24) enthalten ist. Die Ablenkungsanordnung (92) kann eine beliebige Struktur, Vorrichtung, ein beliebiger Mechanismus oder ein beliebiges Verfahren beinhalten, die/der/das die Bohrwelle (24) lateral oder radial innerhalb des Gehäuses (46) auf die beschriebene Art und Weise biegen kann oder die Bohrwelle (24) ablenken kann. Die Ablenkungsanordnung (92) beinhaltet vorzugsweise jedoch einen exzentrischen Doppelringmechanismus. Obgleich sich diese exzentrischen Ringe in gleichmäßigem Abstand voneinander entlang der Länge der Bohrwelle (24) befinden können, beinhaltet die Ablenkungsanordnung (92) vorzugsweise einen exzentrischen Außenring (156) und einen exzentrischen Innenring (158), die an einer einzelnen Stelle oder Position entlang der Bohrwelle (24) bereitgestellt sind. Die Drehung der zwei exzentrischen Ringe (156, 158) übermittelt eine gesteuerte Ablenkung der Bohrwelle (24) an der Stelle der Ablenkungsanordnung (92).
Die bevorzugte Ablenkungsanordnung (92) der Erfindung ist dem doppelten exzentrischen harmonischen Antriebsmechanismus ähnlich, der in dem Vereinigte Staaten Patent Nr. 5,353,884, am 11. Oktober 1994 Misawa et. al. erteilt, und dem Vereinigte Staaten Patent Nr. 5,875,859, am 2. März 1999 Ikeda et. al. erteilt, wie oben erläutert, beschrieben wurde.
Der Außenring (156) weist genauer eine kreisförmige Außenumfangsfläche (160) auf und definiert darin eine kreisförmige Innenumfangsfläche (162). Der Außenring (156) und vorzugsweise die kreisförmige Außenumfangsfläche (160) des Außenrings (156) werden drehbar von der kreisförmigen Innenumfangsfläche des Gehäuses (46) drehbar gestützt oder drehbar direkt oder indirekt auf dieser montiert. Genauer ist in der bevorzugten Ausführungsform die kreisförmige Außenumfangsfläche (160) von der kreisförmigen Innenumfangsfläche (78) des distalen Gehäuseteilbereichs (56) drehbar gestützt oder drehbar auf dieser montiert. Die kreisförmige Außenumfangsfläche (160) kann auf der kreisförmigen Innenumfangsfläche (78) durch eine beliebige stützende Struktur, einen beliebigen stützenden Mechanismus oder eine beliebige stützende Vorrichtung gestützt oder auf dieser/diesem montiert werden, die/der die Drehung des Außenrings (156) relativ zu dem Gehäuse (46) erlaubt, wie etwa von einem Rollenlagermechanismus oder einer Rollenlageranordnung. Ferner wird in der bevorzugten Ausführungsform der Außenring (156) drehbar von einem wie oben beschriebenen Außenringantriebsmechanismus (164) angetrieben.
Die kreisförmige Innenumfangsfläche (162) des Außenrings (156) ist innerhalb des Außenrings (156) so gebildet und positioniert, dass sie bezüglich des Gehäuses (46) exzentrisch ist. Mit anderen Worten weicht die kreisförmige Innenumfangsfläche (162) von dem Gehäuse (46) ab, um einen gewünschten Grad oder eine gewünschte Menge an Abweichung bereitzustellen.
Genauer ist die kreisförmige Innenumfangsfläche (78) des distalen Gehäuseteilbereichs (56) auf dem Zentrum der Bohrwelle (24) oder der Drehachse A der Bohrwelle (24) zentriert, wenn sich die Bohrwelle (24) in einem nicht abgelenkten Zustand befindet oder die Ablenkungsanordnung (92) ausgeschaltet ist. Die kreisförmige Innenumfangsfläche (162) des Außenrings (156) wird auf Punkt B zentriert, der von der Drehachse der Bohrwelle (24) um einen Abstand „e" abweicht.
Der Innenring (158) weist auf ähnliche Weise eine kreisförmige Außenumfangsfläche (166) auf und definiert darin eine kreisförmige Innenumfangsfläche (168). Der Innenring (158) und vorzugsweise die kreisförmige Außenumfangsfläche (166) des Innenrings (158) werden von der kreisförmigen Innenumfangsfläche (162) des Außenrings (156) drehbar gestützt oder drehbar direkt oder indirekt auf dieser montiert. Die kreisförmige Außenumfangsfläche (166) kann auf der kreisförmigen Innenumfangsfläche (162) von einer beliebigen stützenden Struktur, einem beliebigen stützenden Mechanismus oder einer beliebigen stützenden Vorrichtung gestützt oder auf dieser/diesem montiert werden, die/der die Drehung des Innenrings (158) relativ zu dem Außenring (156) erlaubt, wie etwa von einem Rollenlagermechanismus oder einer Rollenlageranordnung. In der bevorzugten Ausführungsform wird ferner der Innenring (158) von einem Innenringantriebsmechanismus (170) wie unten beschrieben drehbar angetrieben.
Die kreisförmige Innenumfangsfläche (168) des Innenrings (158) ist innerhalb des Innenrings (158) so gebildet und positioniert, dass sie bezüglich der kreisförmigen Innenumfangsfläche (162) des Außenrings (156) exzentrisch ist. Mit anderen Worten weicht die kreisförmige Innenumfangsfläche (168) des Innenrings (158) von der kreisförmigen Innenumfangsfläche (162) des Außenrings (156) ab, um einen gewünschten Grad oder eine gewünschte Menge an Abweichung bereitzustellen.
Genauer ist die kreisförmige Innenumfangsfläche (168) des Innenrings (158) bei Punkt C zentriert, der von dem Zentrum B der kreisförmigen Innenumfangsfläche (162) des Außenrings (156) um den gleichen Abstand „e" abweicht. Vorzugsweise ist, wie beschrieben, der Grad an Abweichung der kreisförmigen Innenumfangsfläche (162) des Außenrings (156) von dem Gehäuse (46), definiert durch Abstand „e", im Wesentlichen gleich dem Grad an Abweichung der kreisförmigen Innenumfangsfläche (168) des Innenrings (158) von der kreisförmigen Innenumfangsfläche (162) des Außenrings (156), ebenfalls definiert durch Abstand „e". Nach Wunsch können jedoch die Grade an Abweichung variiert werden, so dass sie im Wesentlichen nicht gleich sind.
Die Bohrwelle (24) erstreckt sich durch die kreisförmige Innenumfangsfläche (168) des Innenrings (158) und wird drehbar dadurch gestützt. Die Bohrwelle (24) kann durch die kreisförmige Innenumfangsfläche (168) durch eine beliebige stützende Struktur, einen beliebigen stützenden Mechanismus oder eine beliebige stützende Vorrichtung gestützt werden, die/der die Drehung der Bohrwelle (24) relativ zu dem Innenring (158) erlaubt, wie etwa durch einen Rollenlagermechanismus oder eine Rollenlageranordnung.
Infolge der oben beschriebenen Konfiguration kann die Bohrwelle (24) bewegt werden, und insbesondere kann sie lateral oder radial in dem Gehäuse (46) bei Bewegung des Zentrums der kreisförmigen Innenumfangsfläche (168) des Innenrings (158) abweichen. Genauer kann bei Drehung des Innen- und des Außenrings (158, 156), entweder unabhängig oder zusammen, das Zentrum der Bohrwelle (24) mit dem Zentrum der kreisförmigen Innenumfangsfläche (168) des Innenrings (158) bewegt und an einem beliebigen Punkt innerhalb eines Kreises mit einem Radius, der der Summe der Beträge an Abweichung der kreisförmigen Innenumfangsfläche (168) des Innenrings (158) und der kreisförmigen Innenumfangsfläche (162) des Außenrings (156) entspricht, positioniert werden. Demzufolge wird die Bohrwelle (24) abgelenkt, gebogen oder es wird bewirkt, dass sie sich krümmt, um die gewünschte Richtung des Vorortantriebs und Menge an Abweichung des Bohrmeißels (22) zu produzieren.
Mit anderen Worten kann durch das Drehen des Innen- und des Außenrings (158, 156) relativ zueinander das Zentrum der kreisförmigen Innenumfangsfläche (168) des Innenrings (158) in eine beliebige Position innerhalb eines Kreises mit dem vorbestimmten oder vordefinierten Radius wie oben beschrieben bewegt werden. Folglich kann der Abschnitt oder Teilbereich der Bohrwelle (24), der sich durch die kreisförmige Innenumfangsfläche (168) des Innenrings (158) ausstreckt und durch diese gestützt wird, um einen Betrag in eine beliebige Richtung senkrecht zu der Drehachse der Bohrwelle (24) abgelenkt werden. Demzufolge kann die Bohrrichtung durch das Variieren der Richtung des Vorortantriebs und die Abweichung des Bohrmeißels (22), der mit der Bohrwelle (24) verbunden ist, gesteuert werden. In diesem Fall ist die Vorrichtung (20) in einem Ablenkungsmodus oder ist auf eine „Ablenkung EIN" Einstellung festgesetzt.
Da die kreisförmige Innenumfangsfläche (162) des Außenrings (156) das Zentrum B aufweist, das von dem Drehzentrum A der Bohrwelle (24) um den Abstand „e" abweicht, wird genauer die Lage des Zentrums B durch einen Kreis mit einem Radius „e" um das Zentrum A dargestellt. Da ferner die kreisförmige Innenumfangsfläche (168) des Innenrings (158) das Zentrum C aufweist, das von dem Zentrum B um einen Abstand „e" abweicht, wird die Lage des Zentrums „C" durch einen Kreis mit einem Radius „e" um das Zentrum B dargestellt. Infolgedessen kann das Zentrum C in eine beliebige gewünschte Position innerhalb eines Kreises mit einem Radius von „2e" um das Zentrum A bewegt werden. Demgemäß kann der Abschnitt der Bohrwelle (24), der von der kreisförmigen Innenumfangsfläche (168) des Innenrings (158) gestützt wird, in eine beliebige Richtung auf einer Ebene, die senkrecht zu der Drehachse der Bohrwelle (24) liegt, um einen Abstand von bis zu „2e" angelenkt werden.
Zusätzlich dazu sind sich, wie erwähnt, die Abweichungsabstände „e" vorzugsweise im Wesentlichen ähnlich, um den Betrieb der Vorrichtung (20) zu erlauben, so dass die Bohrwelle (24) innerhalb des Gehäuses (24) nicht abgelenkt wird, wenn Richtbohren nicht erforderlich ist. Noch genauer kann, da der Grad an Abweichung von jedem der Zentren B und C der kreisförmigen Innenumfangsfläche (162) des Außenrings (156) bzw. der kreisförmigen Innenumfangsfläche (168) des Innenrings (158) vorzugsweise durch denselben oder den gleichen Abstand „e" definiert wird, das Zentrum C des Abschnitts der Bohrwelle (24), der sich durch die Ablenkungsanordnung (92) erstreckt, auf der Drehachse A der Bohrwelle (24) positioniert werden. In diesem Fall ist die Vorrichtung (20) in einem Nullablenkungsmodus oder ist auf eine „Ablenkung EIN" Einstellung festgesetzt.
Der Innen- und Außenringantriebsmechanismus (170, 164) des Innen- bzw. Außenrings (158, 156) kann jeweils ein beliebiges Antriebssystem oder einen beliebigen Antriebsmechanismus beinhalten, das/der den Innen- bzw. Außenring (158, 156) drehen kann. Vorzugsweise dreht aber der Innen- und Außenringantriebsmechanismus (170, 164) jeweils den Innen- bzw. Außenring (158, 156) unter Verwendung der Drehung der Bohrwelle (24). In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Innen- und Außenringantriebsmechanismus (170, 164) jeweils einen harmonischen Antriebsmechanismus zur Drehung des Innen- und Außenrings (158, 156) um ihre jeweiligen Achsen relativ zueinander.
Noch besser sind die harmonischen Antriebsmechanismen (170, 164) der hohlen Art, koaxial relativ zueinander und longitudinal mit Abstand angeordnet, so dass sich die Antriebsmechanismen (170, 164) auf gegenüberliegenden Seiten der Ablenkungsanordnung (92) befinden. Mit anderen Worten befindet sich die Ablenkungsanordnung (92) zwischen dem harmonischen Innen- und Außenringantriebsmechanismus (170, 164). Zum Beispiel befindet sich in der bevorzugten Ausführungsform der Außenringantriebsmechanismus (64) lochaufwärts oder proximal zu der Ablenkungsanordnung (92) oder ist dort positioniert, während sich der Innenringantriebsmechanismus (170) lochabwärts oder distal zu der Ablenkungsanordnung (92) befindet oder dort positioniert ist. Die Bohrwelle (24) ist daher derart angeordnet, dass sie sich durch die kreisförmige Innenumfangsfläche (168) des Innenrings (158) und durch die hohlen Abschnitte, die von jeweils dem harmonischen Innen- und Außenringantriebsmechanismus (170, 164) bereitgestellt sind, erstrecken.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der harmonische Außenringantriebsmechanismus (164) eine erste und zweite unbiegsame kreisförmige Keilnut (172, 174), eine kreisförmige elastische Keilnut oder Flexikeilnut (flexispline) (176), die innerhalb der unbiegsamen kreisförmigen Keilnuten (172, 174) angeordnet sind, und einen elliptischen oder ovalförmigen Wellengenerator (178), der innerhalb der kreisförmigen Flexikeilnut (176) angeordnet ist. Der Wellengenerator (178) beinhaltet eine unbiegsame elliptische oder ovalförmige Nockenscheibe (180), die in einem Lagermechanismus oder einer Lageranordnung (182) eingeschlossen ist. Der Lagermechanismus (182) wird somit zwischen die Nockenscheibe (180) und die Flexikeilnut (176) eingefügt. Die Bohrwelle (24) wird durch das Zentrum der Nockenscheibe (180) eingefügt, so dass eine Menge an Spielraum dazwischen bereitgestellt ist.
Die unbiegsamen kreisförmigen Keilnuten (172, 174) weisen innere Keilnutzähne zum Eingreifen in die äußeren Keilnutzähne der Flexikeilnut (176) auf. Die unbiegsamen kreisförmigen Keilnuten (172, 174) weisen eine leicht unterschiedliche Anzahl an Zähnen auf, wobei die äußeren Keilnutzähne der Flexikeilnut (176) gleichzeitig in die inneren Keilnutzähne eingreifen.
In der bevorzugten Ausführungsform ist die Flexikeilnut (176) mit weniger Zähnen bereitgestellt als die erste unbiegsame kreisförmige Keilnut (172), vorzugsweise mit zwei Zähnen weniger. Die erste unbiegsame kreisförmige Keilnut (172) ist direkt oder indirekt mit der Innenfläche des Gehäuses (64) fixiert montiert oder verbunden. In der bevorzugten Ausführungsform weist die zweite unbiegsame kreisförmige Keilnut (174) dieselbe Anzahl Zähne wie die Flexikeilnut (176) auf und ist mit dem Außenring (156) verbunden, so dass die zweite unbiegsame Keilnut (174) und der Außenring (156) sich integral oder als eine Einheit drehen.
Wenn der Wellengenerator (178) in die Flexikeilnut (176) eingefügt wird, vermittelt er der Flexikeilnut (176) seine elliptische Form, was bewirkt, dass die äußeren Zähne der Flexikeilnut (176) in die inneren Zähne der unbiegsamen kreisförmigen Keilnuten (172, 174) an zwei mit gleichmäßigem Abstand angeordneten Bereichen 180 Grad voneinander auf ihren jeweiligen Peripherien eingreifen, was die elliptische Hauptachse des Wellengenerators (178) ist. Infolgedessen bildet sich an den Eingriffspunkten ein formschlüssiger Zahneingriff. Während sich der Wellengenerator (178) in eine erste Richtung dreht, bewegen sich die Eingriffspunkte mit der elliptischen Hauptachse des Wellengenerators (178) weiter. Aufgrund der Unterschiede der Anzahl Zähne der Flexikeilnut (176) und der ersten unbiegsamen kreisförmigen Keilnut (172), wenn sich der Wellengenerator (178) um 180 Grad umgedreht hat, hat sich die Flexikeilnut (176) relativ zu der unbiegsamen Keilnut (172) rückwärts bewegt, und das typischerweise um einen Zahn, dort wo die Flexikeilnut (176) zwei Zähne weniger umfasst. Daher bewegt oder dreht jede Drehung oder Umdrehung des Wellengenerators (178) in die erste Richtung die Flexikeilnut (176) in eine entgegengesetzte Richtung auf der ersten unbiegsamen kreisförmigen Keilnut (172), und das um zwei Zähne, dort wo die Flexikeilnut (176) zwei Zähne weniger umfasst. Die zweite unbiegsame kreisförmige Keilnut (174), die dieselbe Anzahl Zähne wie die Flexikeilnut (176) aufweist, dreht sich auch in die entgegengesetzte zweite Richtung relativ zu der ersten unbiegsamen kreisförmigen Keilnut (172) mit derselben Geschwindigkeit wie die Flexikeilnut (176).
Der Wellengenerator (178) stellt also eine Hochgeschwindigkeitseingabe bereit, die erste unbiegsame kreisförmige Keilnut (172) ist an dem Gehäuse (46) fixiert und dreht sich somit nicht relativ zu dem Gehäuse (46) und die zweite unbiegsame kreisförmige Keilnut (174) dreht sich relativ zu der ersten unbiegsamen kreisförmigen Keilnut (172) und dem Gehäuse (46) um eine niedrige Geschwindigkeitseingabe bereitzustellen.
Der Wellengenerator (178) ist außerdem direkt mit der Bohrwelle (24) durch eine Außenringkupplung oder einen Außenringkupplungsmechanismus (184), die/der vorzugsweise elektromagnetisch ist, und einer ersten Oldham-Kupplung (186) verknüpft. Der Betrieb des Kupplungsmechanismus (184) bewirkt einen Transfer der Drehkraft der Bohrwelle (24) auf den harmonischen Außenringantriebsmechanismus (164). Infolgedessen dreht sich der Außenring (156) wie oben beschrieben nach der Reduzierung der Drehung auf einem gewissen Reduktionsverhältnisniveau, wie von dem harmonischen Außenringantriebsmechanismus (164) bestimmt.
Der Außenringantriebsmechanismus (164) dreht also den Außenring (156) unter Verwendung der Drehung der Bohrwelle (24). Der Außenantriebsmechanismus (164) beinhaltet die Außenringkupplung (184) zum selektiven Eingreifen in die Bohrwelle (24) und Lösen dieser von dem Außenring (156). Die Außenringkupplung (184) kann eine beliebige Kupplung oder einen beliebigen Kupplungsmechanismus beinhalten, der selektiv in die Bohrwelle (24) eingreifen und diese von dem Außenring (156) lösen kann. Des Weiteren beinhaltet die Außenringkupplung (184) vorzugsweise einen Kupplungs- und Bremsmechanismus, so dass die Außenringkupplung (184) eine doppelte Funktion ausführt.
Vorzugsweise beinhaltet die Außenringkupplung (184) ein Paar Kupplungsscheiben (188), die durch einen Kupplungsspalt (190) getrennt sind, wenn die Kupplung (184) gelöst ist. Als Alternative dazu stehen die Kupplungsscheiben (188) in Eingriff oder kommen aufeinander zu, wenn die Kupplung (184) eingegriffen wird, um selektiv mit dem Außenring (156) in die Bohrwelle (24) einzugreifen. Somit stehen die Kupplungsscheiben (188) in Eingriff, um mit dem Außenring (156) in die Bohrwelle (24) einzugreifen, um die Drehung der Bohrwelle (24) zum Drehen des Außenrings (156) zu erlauben. Außerdem wirkt, wenn die Kupplungsscheiben (188) gelöst sind, die dem Außenring (156) zugehörige Kupplungsscheibe, um die Drehung des Außenrings (156) zu hemmen oder zu verhindern und führt somit eine Bremsfunktion aus.
Vorzugsweise beinhaltet die Außenringkupplung (184) einen Kupplungseinstellungsmechanismus (192) zum Einstellen des Kupplungsspaltes (190). Jeder beliebige Mechanismus, jede beliebige Struktur oder jedes beliebige Verfahren zum Einstellen oder Erleichtern der Einstellung des Kupplungsspaltes (190) kann verwendet werden. Der Kupplungseinstellungsmechanismus (192) beinhaltet jedoch vorzugsweise ein Kupplungseinstellungselement (194), das einem des Paars Kupplungsscheiben (188) zugehörig ist, so dass die Bewegung des Kupplungseinstellungselements (194) in einer entsprechenden Bewegung der zugehörigen Kupplungsscheibe (188) resultiert, um den Kupplungsspalt (190) zu vergrößern oder zu verringern. Ferner beinhaltet der Kupplungseinstellungsmechanismus (192) eine erste Führung (196) zum Führen des Kupplungseinstellungselements (192) zur Bewegung in eine erste Richtung. Schließlich beinhaltet der Kupplungseinstellungsmechanismus (192) einen bewegbaren Schlüssel (198), der dem Kupplungseinstellungselement (194) zugehört, wobei der Schlüssel (198) eine zweite Führung (200) zum Drängen des Kupplungseinstellungselements (194) in eine zweite Richtung beinhaltet.
Die zweite Richtung weist eine Komponente parallel zu der ersten Führung (196) auf und weist eine Komponente senkrecht zu der ersten Führung (196) auf. Entweder die parallele Komponente oder die senkrecht Komponente ist parallel zu einer Bewegungsrichtung der Kupplungsscheibe (188), die zum Vergrößern oder Verringern des Kupplungsspaltes (190) nötig ist.
In der bevorzugten Ausführungsform führt die erste Führung (196) das Kupplungseinstellungselement (194) zur Bewegung in die erste Richtung, die senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Kupplungsscheibe (188) ist. Die zweite Führung (200) drängt das Kupplungseinstellungselement (194) in die zweite Richtung, wobei die zweite Richtung eine Komponente aufweist, die parallel zu der ersten Führung (196) ist, und eine Komponente aufweist, die senkrecht zu der ersten Führung (196) ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist daher die Komponente, die parallel zu der ersten Führung (196) ist, senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Kupplungsscheibe (188). Die Komponente, die senkrecht zu der ersten Führung (196) ist, ist parallel zu der Bewegungsrichtung der Kupplungsscheibe (188).
Das Kupplungseinstellungselement (194) kann dem bewegbaren Schlüssel (198) auf eine beliebige Art und Weise und mittels eines beliebigen Mechanismus, einer beliebigen Vorrichtung oder Struktur zugehören, so dass die Bewegung des Schlüssels (198) in einer entsprechenden Bewegung des Kupplungseinstellungselements (194) resultiert. Genauer resultiert als Folge der zweiten Führung (200) die Bewegung des Schlüssels (198) in der Bewegung des Kupplungseinstellungselements (194) in die zweite Richtung.
Vorzugsweise ist das Kupplungseinstellungselement (194) mit dem Schlüssel (198) derart verbunden, montiert oder integral gebildet, dass das Element (194) sich von dieser erstreckt. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Kupplungseinstellungselement (194) integral mit dem Schlüssel (198) gebildet, um eine einzelne Einheit oder ein einzelnes Element bereitzustellen.
Die erste Führung (196) kann einen beliebigen Mechanismus, eine beliebige Vorrichtung oder Struktur beinhalten, die das Kupplungseinstellungselement (194) zur Bewegung in die erste Richtung führen kann. Die erste Führung (196) ist vorzugsweise an eine der Kupplungsscheiben (188) angebracht, mit ihr verbunden oder anderweitig zu ihr zugehörig. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die erste Führung (196) einen ersten Schlitz (197). Genauer ist der erste Schlitz (197) durch die Kupplungsscheibe (188) definiert. Der erste Schlitz (197) erstreckt sich peripher in der Kupplungsscheibe (188) und ist somit im Wesentlichen senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Kupplungsscheibe (188).
Wie angegeben, ist das Kupplungseinstellungselement (194) einer der Kupplungsscheiben (188) zugehörig. Genauer ist in der bevorzugten Ausführungsform das Kupplungseinstellungselement (194) dem ersten Schlitz (197) zugehörig, der durch die Kupplungsscheibe (188) definiert ist. Noch genauer erstreckt sich das Kupplungseinstellungselement (194) von dem Schlüssel (198) zum Empfang innerhalb des ersten Schlitzes (197) derart, dass das Element (194) in den ersten Schlitz (197) eingreift.
Die zweite Führung (200) kann einen beliebigen Mechanismus, eine beliebige Vorrichtung oder Struktur beinhalten, der/die das Kupplungseinstellungselement (194) zur Bewegung in die zweite Richtung führen kann. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Schlüssel (198) in einem Hohlraum (206) positioniert, der durch den Außenringantriebsmechanismus (164) definiert ist, so dass das Kupplungseinstellungselement (194) sich von dem Schlüssel (198) zum Eingriff in den ersten Schlitz (197) erstrecken kann. Der Schlüssel (198) beinhaltet ferner eine geneigte oder Rampenfläche (204), die nach der zweiten Richtung ausgerichtet ist. Auf ähnliche Weise definiert der Hohlraum (206) vorzugsweise eine geneigte oder Rampenfläche (208), die zu der Schlüsselrampenfläche (204) komplementär ist. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die zweite Führung (200) die Schlüsselrampenfläche (204) und die Hohlraumrampenfläche (208).
Des Weiteren beinhaltet der Kupplungseinstellungsmechanismus (192) vorzugsweise einen Kupplungseinstellungssteuermechanismus (202) zur Steuerung der Bewegung des Schlüssels (198). Der Kupplungseinstellungssteuermechanismus (202) kann eine beliebige Vorrichtung, Struktur oder einen beliebigen Mechanismus beinhalten, die/der die Bewegung des Schlüssel (198) steuern kann. Vorzugsweise beinhaltet der Kupplungseinstellungssteuermechanismus (202) jedoch eine Einstellungsschraube, die mit dem Schlüssel (198) verbunden ist und die innerhalb einer Gewindebohrung gedreht werden kann, um die Bewegung des Schlüssels (198) genau zu steuern.
Vorzugsweise wirkt die Einstellung der Einstellungsschraube auf den Schlüssel (198), was in der Bewegung des Schlüssels (198) in eine Richtung, die zu derjenigen der Längsachse der Vorrichtung (20) im Wesentlichen senkrecht liegt, resultiert. Genauer resultiert die Bewegung des Schlüssels (198) in dem Eingriff der Schlüsselrampenfläche (204) in die Hohlraumrampenfläche (208). Infolgedessen wandelt die zweite Führung (200) vorzugsweise die Bewegung des Schlüssels (198) in eine Richtung, die zu derjenigen der Längsachse der Vorrichtung (20) senkrecht liegt, in die Bewegung des Schlüssels (198) in die zweite Richtung um, was wiederum bewirkt, dass sich das Kupplungseinstellungselement (194) in die zweite Richtung bewegt.
Die Komponente der Bewegung des Schlüssels (198) entlang der Hohlraumrampenfläche (208), die parallel zu dem ersten Schlitz (197) liegt, resultiert darin, dass sich das Kupplungseinstellungselement (194) in den ersten Schlitz (197) bewegt, ohne dabei eine bedeutende Drehkraft auf die Kupplungsscheibe (188) weiterzugeben. Die Komponente der Bewegung des Schlüssels (198) entlang der Hohlraumrampenfläche (208), die senkrecht zu dem ersten Schlitz (197) ist, resultiert in einer Vergrößerung oder Verringerung des Kupplungsspaltes (190) durch den Eingriff des Kupplungseinstellungselementes (194) in die Kupplungsscheibe (188).
Sobald der erwünschte Kupplungsspalt (190) erreicht worden ist, ist es vorzuziehen, dass die gewünschte Einstellung beibehalten werden kann. Vorzugsweise wird daher ein Kupplungseinstellungsarretiermechanismus (210) bereitgestellt, um die Position des Schlüssels (198) zu fixieren, so dass der Kupplungsspalt (190) auf derselben Einstellung beibehalten werden kann. Jeder beliebige Arretiermechanismus, jede beliebige Arretierstruktur oder -vorrichtung, der/die die Position des Schlüssels (198) relativ zu der ersten Führung (196) fixieren oder beibehalten kann, kann verwendet werden. Vorzugsweise beinhaltet der Kupplungseinstellungsarretiermechanismus (210) dennoch eine oder mehrere Arretier- oder Feststellschrauben, die dem Kupplungseinstellungselement (194) zugehören, welche festgezogen werden können, um den Schlüssel (198) an seiner gewünschten Position innerhalb des Hohlraums (206) zu fixieren oder halten, so dass seine weitere Bewegung verhindert oder anderweitig gehemmt wird.
Als nächstes und unter Bezugnahme auf den harmonischen Innenringantriebsmechanismus (170) sind der bevorzugte harmonische Innenringantriebsmechanismus (170) und seine Komponenten und seine Struktur im Wesentlichen ähnlich dem harmonischen Außenringantriebsmechanismus (164), wie oben beschrieben. Diese, dem harmonischen Außenringantriebsmechanismus (164) bereitgestellte Beschreibung ist ebenfalls auf den harmonischen Innenringantriebsmechanismus (170) anwendbar.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der harmonische Innenringantriebsmechanismus (170) eine erste und zweite kreisförmige unbiegsame Keilnut (212, 214), eine kreisförmige biegsame Keilnut oder Flexikeilnut (216), die innerhalb der unbiegsamen kreisförmigen Keilnuten (212, 214) angeordnet ist, und einen elliptischen oder ovalförmigen Wellengenerator (218), der innerhalb der kreisförmigen Flexikeilnut (216) angeordnet ist. Der Wellengenerator (218) beinhaltet eine unbiegsame elliptische oder ovalförmige Nockenscheibe (220), die in einem Lagermechanismus oder einer Lageranordnung (222) eingeschlossen ist.
Der Lagermechanismus (222) wird somit zwischen die Nockenscheibe (220) und die Flexikeilnut (216) eingefügt. Die Bohrwelle (24) wird durch das Zentrum der Nockenscheibe (220) eingefügt, so dass eine Menge an Spielraum dazwischen bereitgestellt ist.
Die unbiegsamen kreisförmigen Keilnuten (212, 214) weisen innere Keilnutzähne zum Eingreifen in die äußeren Keilnutzähne der Flexikeilnut (216) auf. Die unbiegsamen kreisförmigen Keilnuten (212, 214) weisen eine leicht unterschiedliche Anzahl an Zähnen auf, wobei die äußeren Keilnutzähne der Flexikeilnut (216) gleichzeitig in die inneren Keilnutzähne eingreifen.
In der bevorzugten Ausführungsform ist die Flexikeilnut (216) mit weniger Zähnen bereitgestellt als die unbiegsame kreisförmige Keilnut (212), vorzugsweise mit zwei Zähnen weniger. Die erste unbiegsame kreisförmige Keilnut (212) ist direkt oder indirekt mit der Innenfläche des Gehäuses (64) fixiert montiert oder verbunden. In der bevorzugten Ausführungsform weist die zweite unbiegsame kreisförmige Keilnut (214) dieselbe Anzahl Zähne wie die Flexikeilnut (216) auf und ist mit dem Innenring (158) durch eine zentrierende Kupplung (223) der Art Oldham verbunden, so dass die unbiegsame Keilnut (214) und der Innenring (158) sich integral oder als eine Einheit durch die zentrierende Kupplung (223) der Art Oldham drehen.
Wenn der Wellengenerator (218) in die Flexikeilnut (216) eingefügt wird, vermittelt er der Flexikeilnut (216) seine elliptische Form, was bewirkt, dass die äußeren Zähne der Flexikeilnut (216) in die inneren Zähne der unbiegsamen kreisförmigen Keilnuten (212, 174) an zwei mit gleichmäßigem Abstand angeordneten Bereichen 180 Grad voneinander auf ihren jeweiligen Peripherien eingreifen, was die elliptische Hauptachse des Wellengenerators (218) ist. Infolgedessen bildet sich an den Eingriffspunkten ein formschlüssiger Zahneingriff. Wiederum aufgrund der Unterschiede der Anzahl Zähne der Flexikeilnut (216) und der ersten unbiegsamen kreisförmigen Keilnut (212), wenn sich der Wellengenerator (218) um 180 Grad umgedreht hat, hat sich die Flexikeilnut (216) relativ zu der ersten unbiegsamen Keilnut (212) rückwärts bewegt. Daher bewegt oder dreht jede Drehung oder Umdrehung des Wellengenerators (218) in die erste Richtung die Flexikeilnut (216) in eine entgegengesetzte zweite Richtung auf der ersten unbiegsamen kreisförmigen Keilnut (212). Die zweite unbiegsame kreisförmige Keilnut (214), die dieselbe Anzahl Zähne wie die Flexikeilnut (216) aufweist, dreht sich auch in die entgegengesetzte zweite Richtung relativ zu der ersten unbiegsamen kreisförmigen Keilnut (212) mit derselben Geschwindigkeit wie die Flexikeilnut (216).
Somit stellt der Wellengenerator (218) wiederum eine Hochgeschwindigkeitseingabe bereit, die erste unbiegsame kreisförmige Keilnut (212) ist an dem Gehäuse (46) fixiert und dreht sich somit nicht relativ zu dem Gehäuse (46) und die zweite unbiegsame kreisförmige Keilnut (214) dreht sich relativ zu der ersten unbiegsamen kreisförmigen Keilnut (212) und dem Gehäuse (46), um eine niedrige Geschwindigkeitseingabe bereitzustellen.
Der Wellengenerator (218) ist direkt mit der Bohrwelle (24) durch eine Innenringkupplung oder einen Kupplungsmechanismus (224), die/der vorzugsweise elektromagnetisch ist, und einer zweiten Oldham-Kupplung (226), die der Außenringkupplung (184) bzw. der ersten Oldham-Kupplung (186) im Wesentlichen ähnlich sind, verknüpft. Der Betrieb der Innenringkupplung (224) bewirkt einen Transfer der Drehkraft der Bohrwelle (24) auf den harmonischen Innenringantriebsmechanismus (170). Demzufolge dreht sich der Innenring (158) nach der Reduzierung der Drehung auf einem gewissen Reduktionsverhältnisniveau, das durch den harmonischen Innenringantriebsmechanismus (170) bestimmt wird, wie oben beschrieben.
Der Innenringantriebsmechanismus (170) dreht daher den Innenring (158) ebenfalls unter Verwendung der Drehung der Bohrwelle (24). Der Innenringantriebsmechanismus (170) beinhaltet die Innenringkupplung (224) zum selektiven Eingreifen in die Bohrwelle (24) und Lösen dieser von dem Innenring (158). Die Innenringkupplung (224) kann auch eine beliebige Kupplung oder einen beliebigen Kupplungsmechanismus beinhalten, die/der selektiv in die Bohrwelle (24) eingreifen und diese von dem Innenring (158) lösen kann. Des Weiteren beinhaltet die Innenringkupplung (224) vorzugsweise einen Kupplungs- und Bremsmechanismus, so dass die Innenringkupplung (224) auch eine doppelte Funktion ausführt.
Vorzugsweise beinhaltet die Außenringkupplung (224) auf ähnliche Weise ein Paar Kupplungsscheiben (228), die durch einen Kupplungsspalt (230) getrennt sind, wenn die Kupplung (224) gelöst ist. Als Alternative dazu stehen die Kupplungsscheiben (228) in Eingriff oder kommen aufeinander zu, wenn die Kupplung (224) eingegriffen wird, um selektiv mit dem Innenring (158) in die Bohrwelle (24) einzugreifen. Somit stehen die Kupplungsscheiben (228) in Eingriff, um mit dem Innenring (158) in die Bohrwelle (24) einzugreifen, um die Drehung der Bohrwelle (24) zum Drehen des Innenrings (158) zu erlauben. Außerdem wirkt, wenn die Kupplungsscheiben (228) gelöst sind, die dem Innenring (158) zugehörige Kupplungsscheibe, um die Drehung des Innenrings (158) zu hemmen oder zu verhindern und führt somit eine Bremsfunktion aus.
Vorzugsweise beinhaltet die Innenringkupplung (224) einen Kupplungseinstellungsmechanismus (232) zum Einstellen des Kupplungsspaltes (230). Jeder beliebige Mechanismus, jede beliebige Struktur oder jedes beliebige Verfahren zum Einstellen oder Erleichtern der Einstellung des Kupplungsspaltes (230) kann verwendet werden. Der Kupplungseinstellungsmechanismus (232) beinhaltet jedoch vorzugsweise ein Kupplungseinstellungselement (234), das einem des Paars Kupplungsscheiben (228) zugehörig ist, so dass die Bewegung des Kupplungseinstellungselements (234) in einer entsprechenden Bewegung der zugehörigen Kupplungsscheibe (228) resultiert, um den Kupplungsspalt (230) zu vergrößern oder zu verringern. Ferner beinhaltet der Kupplungseinstellungsmechanismus (232) eine erste Führung (236) zum Führen des Kupplungseinstellungselements (232) zur Bewegung in eine erste Richtung. Schließlich beinhaltet der Kupplungseinstellungsmechanismus (232) einen bewegbaren Schlüssel (238), der dem Kupplungseinstellungselement (234) zugehört, wobei der Schlüssel (238) eine zweite Führung (240) zum Drängen des Kupplungseinstellungselements (234) in eine zweite Richtung beinhaltet.
Die zweite Richtung weist eine Komponente parallel zu der ersten Führung (236) auf und weist eine Komponente senkrecht zu der ersten Führung (236) auf. Entweder die parallele Komponente oder die senkrechte Komponente ist parallel zu einer Bewegungsrichtung der Kupplungsscheibe (228), die zum Vergrößern oder Verringern des Kupplungsspaltes (230) nötig ist.
In der bevorzugten Ausführungsform führt die erste Führung (236) das Kupplungseinstellungselement (234) zur Bewegung in die erste Richtung, die senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Kupplungsscheibe (228) ist. Die zweite Führung (240) drängt das Kupplungseinstellungselement (234) in die zweite Richtung, wobei die zweite Richtung eine Komponente aufweist, die parallel zu der ersten Führung (236) ist, und eine Komponente aufweist, die senkrecht zu der ersten Führung (236) ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist daher die Komponente, die parallel zu der ersten Führung (236) ist, senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Kupplungsscheibe (228). Die Komponente, die senkrecht zu der ersten Führung (236) ist, ist parallel zu der Bewegungsrichtung der Kupplungsscheibe (228).
Das Kupplungseinstellungselement (234) kann dem bewegbaren Schlüssel (238) auf eine beliebige Art und Weise und mittels eines beliebigen Mechanismus, einer beliebigen Vorrichtung oder Struktur zugehören, so dass die Bewegung des Schlüssels (238) in einer entsprechenden Bewegung des Kupplungseinstellungselements (234) resultiert. Genauer resultiert als Folge der zweiten Führung (240) die Bewegung des Schlüssels (238) in der Bewegung des Kupplungseinstellungselements (234) in die zweite Richtung.
Vorzugsweise ist das Kupplungseinstellungselement (234) mit dem Schlüssel (238) derart verbunden, montiert oder integral gebildet, dass das Element (234) sich davon erstreckt. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Kupplungseinstellungselement (234) integral mit dem Schlüssel (238) gebildet, um eine einzelne Einheit oder ein einzelnes Element bereitzustellen.
Die erste Führung (236) kann einen beliebigen Mechanismus, eine beliebige Vorrichtung oder Struktur beinhalten, der/die das Kupplungseinstellungselement (234) zur Bewegung in die erste Richtung führen kann. Die erste Führung (236) ist vorzugsweise an eine der Kupplungsplatten (228) angebracht, mit ihr verbunden oder anderweitig zu ihr zugehörig. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die erste Führung (236) einen ersten Schlitz (237). Genauer ist der erste Schlitz (237) durch die Kupplungsscheibe (228) definiert. Der erste Schlitz (237) erstreckt sich peripher in der Kupplungsscheibe (228) und ist somit im Wesentlichen senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Kupplungsscheibe (228).
Wie angegeben ist das Kupplungseinstellungselement (234) einer der Kupplungsscheiben (228) zugehörig. Genauer ist in der bevorzugten Ausführungsform das Kupplungseinstellungselement (234) dem ersten Schlitz (237) zugehörig, der durch die Kupplungsscheibe (228) definiert ist. Noch genauer erstreckt sich das Kupplungseinstellungselement (234) von dem Schlüssel (238) zum Empfang innerhalb des ersten Schlitzes (237) derart, dass das Element (234) in den ersten Schlitz (237) eingreift.
Die zweite Führung (240) kann einen beliebigen Mechanismus, eine beliebige Vorrichtung oder Struktur beinhalten, der/die das Kupplungseinstellungselement (234) zur Bewegung in die zweite Richtung führen kann. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Schlüssel (238) in einem Hohlraum (246) positioniert, der durch den Innenringantriebsmechanismus (170) definiert ist, so dass das Kupplungseinstellungselement (234) sich von dem Schlüssel (238) zum Eingriff in den ersten Schlitz (237) erstrecken kann. Der Schlüssel (238) beinhaltet ferner eine geneigte oder Rampenfläche (244), die nach der zweiten Richtung ausgerichtet ist. Auf ähnliche Weise definiert der Hohlraum (246) vorzugsweise eine geneigte oder Rampenfläche (248), die zu der Schlüsselrampenfläche (244) komplementär ist. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die zweite Führung (240) die Schlüsselrampenfläche (244) und die Hohlraumrampenfläche (248).
Des Weiteren beinhaltet der Kupplungseinstellungsmechanismus (232) vorzugsweise einen Kupplungseinstellungssteuermechanismus (242) zur Steuerung der Bewegung des Schlüssels (238). Der Kupplungseinstellungssteuermechanismus (242) kann eine beliebige Vorrichtung, Struktur oder einen beliebigen Mechanismus beinhalten, die/der die Bewegung des Schlüssel (238) steuern kann. Vorzugsweise beinhaltet der Kupplungseinstellungssteuermechanismus (242) jedoch eine Einstellungsschraube, die mit dem Schlüssel (238) verbunden ist und die innerhalb einer Gewindebohrung gedreht werden kann, um die Bewegung des Schlüssels (238) genau zu steuern.
Vorzugsweise wirkt die Einstellung der Einstellungsschraube auf den Schlüssel (238), was in der Bewegung des Schlüssels (238) in eine Richtung, die zu derjenigen der Längsachse der Vorrichtung (20) im Wesentlichen senkrecht liegt, resultiert. Genauer resultiert die Bewegung des Schlüssels (238) in dem Eingriff der Schlüsselrampenfläche (244) in die Hohlraumrampenfläche (248). Infolgedessen wandelt die zweite Führung (240) vorzugsweise die Bewegung des Schlüssels (238) in eine Richtung, die zu derjenigen der Längsachse der Vorrichtung (20) senkrecht liegt, in die Bewegung des Schlüssels (238) in die zweite Richtung um, was wiederum bewirkt, dass sich das Kupplungseinstellungselement (234) in die zweite Richtung bewegt.
Die Komponente der Bewegung des Schlüssels (238) entlang der Hohlraumrampenfläche (248), die parallel zu dem ersten Schlitz (237) liegt, resultiert darin, dass sich das Kupplungseinstellungselement (234) in den ersten Schlitz (237) bewegt, ohne dabei eine bedeutende Drehkraft auf die Kupplungsscheibe (228) weiterzugeben. Die Komponente der Bewegung des Schlüssels (238) entlang der Hohlraumrampenfläche (248), die senkrecht zu dem ersten Schlitz (237) ist, resultiert in einer Vergrößerung oder Verringerung des Kupplungsspaltes (230) durch den Eingriff des Kupplungseinstellungselementes (234) in die Kupplungsscheibe (228).
Sobald der erwünschte Kupplungsspalt (230) erreicht worden ist, ist es vorzuziehen, dass die gewünschte Einstellung beibehalten werden kann. Vorzugsweise wird daher ein Kupplungseinstellungsarretiermechanismus (250) bereitgestellt, um die Position des Schlüssels (238) zu fixieren, so dass der Kupplungsspalt (230) auf derselben Einstellung beibehalten werden kann. Jeder beliebige Arretiermechanismus, jede beliebige Arretierstruktur oder -vorrichtung, der/die die Position des Schlüssels (238) relativ zu der ersten Führung (236) fixieren oder beibehalten kann, kann verwendet werden. Vorzugsweise beinhaltet der Kupplungseinstellungsarretiermechanismus (250) dennoch eine oder mehrere Arretier- oder Feststellschrauben, die dem Kupplungseinstellungselement (234) zugehören, welche festgezogen werden können, um den Schlüssel (238) an seiner gewünschten Position innerhalb des Hohlraums (246) zu fixieren oder halten, so dass seine weitere Bewegung verhindert oder anderweitig gehemmt wird.
Aufgrund der Drehung der Bohrwelle (24) während der Drehbohrung besteht ferner eine Tendenz, dass sich das Gehäuse (46) während des Bohrvorgangs dreht. Die Vorrichtung (20) beinhaltet folglich vorzugsweise eine dem Gehäuse (46) zugehörige Gegendrehvorrichtung (252) zum Einschränken der Drehung des Gehäuses (46) innerhalb der Bohrung. Jede beliebige Art von Gegendrehvorrichtung (252) oder jeder beliebige Mechanismus, jede beliebige Struktur, jede beliebige Vorrichtung oder jedes beliebige Verfahren, der/die/das die Tendenz des Gehäuses (46), sich beim Drehbohren zu drehen, einschränkt oder hemmt, kann verwendet werden. Ferner können eine oder mehrere derartige Vorrichtungen (252) nach Bedarf verwendet werden, um das gewünschte Ergebnis bereitzustellen.
Außerdem kann die Vorrichtung (252) einem beliebigen Abschnitt des Gehäuses (46) zugehören, einschließlich seines proximalen, zentralen und distalen Gehäuseteilbereichs (52, 54, 56). Mit anderen Worten kann sich die Gegendrehvorrichtung (252) an jeder beliebigen Stelle oder Position entlang der Länge des Gehäuses (46) zwischen dessen proximalem und distalem Ende (48, 50) befinden. In der bevorzugten Ausführungsform gehört die Vorrichtung (52) dem proximalen Gehäuseteilbereich (52) zu. Schließlich kann die Vorrichtung (252) dem Gehäuse (46) auf jede beliebige Art und Weise zugehören, die das Funktionieren der Vorrichtung (252), um die Drehung des Gehäuses (46) zu hemmen oder einzuschränken, erlaubt. Vorzugsweise ist die Gegendrehvorrichtung (252) jedoch einer beliebigen Außenfläche des Gehäuses (46) zugehörig, die vorzugsweise die Außenfläche (72) des proximalen Gehäuseteilbereichs (52) ist. Genauer ist die Gegendrehvorrichtung (20) vorzugsweise auf der Außenfläche (72) positioniert oder mit dieser verbunden, an dieser angebracht oder montiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Gegendrehvorrichtung (252) beinhaltet die Vorrichtung (252) mindestens eine Rolle (254) auf oder zugehörig zu der Außenfläche (72) des Gehäuses (46). Die Rolle (254) kontaktiert die Wand der Bohrung, um das Drehen des Gehäuses (46) mit der Bohrwelle (24) während des Bohrens zu verlangsamen oder zu hemmen. Zudem übt die Rolle (254) vorzugsweise nur eine leichte Last aus. Infolgedessen bleibt die axiale Bewegung der Bohrvorrichtung (20) oder die Längsbewegung der Vorrichtung (20) durch die Bohrung relativ ungestört, so dass erlaubt wird, dass das Gehäuse (46) durch die Bohrung rollt.
Wenn die Drehungseinschränkungsvorrichtung oder die Gegendrehvorrichtung (20) mindestens eine Rolle (254) auf dem Gehäuse (46) beinhaltet, weist in der bevorzugten Ausführungsform jede Rolle (254) eine Drehachse auf, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse (256) des Gehäuses (46) ist. Des Weiteren ist jede Rolle (254) so ausgerichtet, dass sie um ihre Drehachse als Reaktion auf eine auf die Rolle (256) im Wesentlichen in die Richtung der Längsachse (256) des Gehäuses (46) ausgeübte Kraft rollen kann. Zum Beispiel rollt die Rolle (254), während Längskraft durch das Bohrungsgestänge (25) von der Fläche zu der Bohrwelle (24) ausgeübt wird, um das nötige Gewicht auf dem Bohrmeißel (22) zu erhöhen oder zu verringern, um ihre Achse, um zu ermöglichen, dass die Bohrvorrichtung (20) sich durch die Bohrung nach Bedarf in die Richtung lochabwärts oder lochaufwärts bewegt.
Wie angegeben, kann die Dreheinschränkungs- oder Gegendrehvorrichtung (252) eine oder mehrere Rollen (254) beinhalten. Die Gegendrehvorrichtung (252) beinhaltet jedoch vorzugsweise eine Vielzahl von Rollen (254), die um eine Peripherie des Gehäuses (46) mit Abstand angeordnet sind, welche durch die Außenfläche des Gehäuses (46) definiert ist, so dass die Rollen (254) in die Wand der Bohrung eingreifen können. Jede Anzahl an Rollen (254), die die Drehung des Gehäuses (46) während des Bohrens auf den gewünschten Grad wirksam einschränken kann, kann verwendet werden.
Wie angegeben, können die Rollen (254) auf eine beliebige Art und Weise und mittels eines beliebigen Mechanismus, einer beliebigen Struktur oder Vorrichtung mit der Peripherie des Gehäuses (46) montiert oder um sie positioniert werden. Vorzugsweise sind die Rollen (254) aber um die Peripherie des Gehäuses (46) in einem oder mehreren Sätzen (257) an Rollen (254) montiert oder positioniert, so dass jeder Satz (257) an Rollen (254) eine im Wesentlichen gemeinsame Drehachse aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse (256) des Gehäuses (46) liegt. Ferner sind vorzugsweise ein oder mehrer Sätze (257) an Rollen (254) axial oder longitudinal entlang dem Gehäuse (46) innerhalb einer oder mehrerer Drehungseinschränkungswagenanordnungen (258) montiert oder positioniert.
In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Gegendrehvorrichtung (252) drei Drehungseinschränkungswagenanordnungen (258), die im Wesentlichen gleichmäßig mit Abstand um die Peripherie des Gehäuses (46) angeordnet sind. Jede Drehungseinschränkungswagenanordnung (258) beinhaltet ferner drei Sätze (257) an Rollen (254), die axial oder longitudinal entlang dem Gehäuse (46) mit Abstand angeordnet sind. Schließlich beinhaltet jeder Satz (257) an Rollen (254) vier koaxiale Rollen (254), die Seite an Seite mit Abstand angeordnet sind.
Jede Drehungseinschränkungswagenanordnung (258) kann mit der Außenfläche des Gehäuses (46) auf beliebige Art und Weise montiert, mit ihr verbunden oder an ihr angebracht werden. In der bevorzugten Ausführungsform definiert die Außenfläche (72) des proximalen Gehäuseteilbereichs (52) einen separaten Hohlraum (260) darin zum fixierten oder lösbaren empfangen jeder der Wagenanordnungen (258) darin. Die Wagenanordnung (258) kann fixiert oder lösbar in dem Hohlraum (260) empfangen werden und auf beliebige Art und Weise und mittels eines beliebigen Verfahrens, eines beliebigen Mechanismus, einer beliebigen Struktur oder Vorrichtung, das/der/die die Wagenanordnung (258) relativ unbiegsam während des Bohrvorgangs in dem Hohlraum (260) halten kann, daran montiert, damit verbunden oder anderweitig daran angebracht werden.
Zur Erleichterung der Bewegung der Rollen (254) durch die Bohrung und zur Verbesserung der Drehungseinschränkungstätigkeit der Rollen (254) ist ferner vorzugsweise jede der Rollen (254) zur Bewegung zwischen einer eingefahrenen Position und einer ausgefahrenen Position, in der sich die Rolle (254) radial von dem Gehäuse (46) erstreckt, fähig. Die Rolle (254) wird vorzugsweise ferner zu der erstreckten Position hin vorgespannt, um den Eingriff der Rolle (254) in die Bohrung zu verbessern oder zu erleichtern. Jedes beliebige Verfahren, jeder beliebige Mechanismus, jede beliebige Struktur oder Vorrichtung kann zum Vorspannen der Rolle (254) in die erstreckte Position verwendet werden.
Vorzugsweise beinhaltet die Gegendrehungsvorrichtung (252) ferner eine Vorspannvorrichtung (262) zum Vorspannen der Rolle (254) in die erstreckte Position. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Vorspannvorrichtung (262) mindestens eine Feder, die zwischen dem Gehäuse (46) und der Wagenanordnung (258) oder den Rollen (254) direkt oder indirekt wirkt. Die nach außen gerichtete Vorspannkraft oder Federkraft kann gemäß den erwarteten Bohrbedingungen ausgewählt werden.
Jede Rolle (254) kann eine beliebige Form der Konfiguration aufweisen, die es ihr erlaubt, longitudinal durch die Bohrung zu rollen oder sich zu bewegen, während sie auch die Drehung des Gehäuses (46) innerhalb der Bohrung einschränkt. Genauer weist jede Rolle (254) eine Umfangsfläche (264) um ihre Peripherie auf, die es ihr erlaubt, longitudinal innerhalb der Bohrung zu rollen oder sich zu bewegen. Des Weiteren beinhaltet die Umfangsfläche (264) vorzugsweise eine Eingriffsfläche (266) zum Eingreifen in die Wand der Bohrung oder des Bohrlochs, um die Drehung des Gehäuses (46) einzuschränken. Die Eingriffsfläche (266) kann eine beliebige Form oder Konfiguration aufweisen, die die Drehung des Gehäuses (46) einschränken kann. Die Eingriffsfläche (266) beinhaltet aber vorzugsweise die Umfangsfläche (264) der Rolle (254), die verjüngt ist.
In einer alternativen Ausführungsform der Gegendrehvorrichtung (252) beinhaltet die Vorrichtung (252) mindestens einen Kolben (268) auf oder zugehörig zu dem Gehäuses (46) und insbesondere der Außenfläche (72) des Gehäuses (46). In diesem Fall kontaktiert der Kolben (268) die Wand der Bohrung, um das Umdrehen des Gehäuses (46) mit der Bohrwelle (24) während des Bohrens zu verlangsamen oder zu hemmen. Genauer erstreckt sich eine Außenfläche (270) des Kolbens (268) von dem Gehäuse (46) zum Eingriff in die Wand der Bohrung.
Zur Erleichterung der Platzierung der Bohrvorrichtung (20) innerhalb der Bohrung, ist der Kolben (268) vorzugsweise zur Bewegung zwischen einer eingezogenen Position und einer erstreckten Position fähig. In der erstreckten Position erstreckt sich eine Außenfläche (270) des Kolbens (268) radial von dem Gehäuse (46) zum Eingriff in die Bohrung. In der eingezogenen Position wird die Außenfläche (270) zu dem Gehäuse (46) bewegt und somit von der Bohrung weg oder außer Kontakt mit ihr. Es kann jeder beliebige Kolben (268) oder jede beliebige Kolbenanordnung verwendet werden, um die Gegendrehvorrichtung (252) zu beinhalten.
Jede beliebige Vorrichtung, jeder beliebige Mechanismus oder jedes beliebige Verfahren kann zum Betätigen des Kolbens oder der Kolben (268) zwischen der eingezogenen und der erstreckten Position verwendet werden. Vorzugsweise beinhaltet die Gegendrehungsvorrichtung (252) jedoch eine Betätigungselementvorrichtung (272) zum Bewegen des Kolbens (268) zwischen der eingezogenen und der erstreckten Position. Die Betätigungselementvorrichtung (272) kann auf beliebige Art und Weise, wie etwa hydraulisch oder pneumatisch, angetrieben oder betrieben werden. Die Betätigungselementvorrichtung (272) wird jedoch vorzugsweise hydraulisch betrieben. Genauer beinhaltet die Betätigungselementvorrichtung (272) in der bevorzugten Ausführungsform eine hydraulische Pumpe, vorzugsweise eine hydraulische Miniaturpumpe der Art mit koaxialem Zahnrad, die jeweils mit dem Kolben (268) betriebsbereit verbunden ist.
Wie angegeben, kann die Dreheinschränkungs- oder Gegendrehvorrichtung (252) einen oder mehrere Kolben (268) beinhalten. Die Gegendrehvorrichtung (252) beinhaltet jedoch vorzugsweise eine Vielzahl von Kolben (268), die um die Peripherie des Gehäuses (46) mit Abstand angeordnet sind, welche durch die Außenfläche des Gehäuses (46) definiert ist, so dass die Kolben (268) in die Wand der Bohrung eingreifen können. Jede Anzahl an Kolben (268), die die Drehung des Gehäuses (46) während der Bohrens auf den gewünschten Grad wirksam einschränken kann, kann verwendet werden.
Wie angegeben, können die Kolben (268) auf eine beliebige Art und Weise und mittels eines beliebigen Mechanismus, einer beliebigen Struktur oder Vorrichtung mit der Peripherie des Gehäuses (46) montiert oder um sie positioniert werden. Die Kolben (268) sind jedoch vorzugsweise innerhalb einer oder mehrerer Drehungseinschränkungskolbengruppen (46) um die Peripherie des Gehäuses (46) montiert oder positioniert.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Gegendrehvorrichtung (252) drei Drehungseinschränkungskolbengruppen (274), die im Wesentlichen gleichmäßig mit Abstand um die Peripherie des Gehäuses (46) angeordnet sind. Jede Drehungseinschränkungskolbenanordnung (274) beinhaltet ferner eine Vielzahl von Kolben (268), die axial oder longitudinal entlang dem Gehäuse (46) mit Abstand angeordnet sind.
Jede Drehungseinschränkungskolbengruppe (274) kann mit der Außenfläche des Gehäuses (46) auf beliebige Art und Weise montiert, mit ihr verbunden oder an ihr angebracht werden. Des Weiteren kann jeder Kolben (268) mit der Kolbengruppe des Gehäuses (274) auf beliebige Art und Weise montiert, mit ihr verbunden oder an ihr angebracht werden. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Drehungseinschränkungsgruppe (274) vorzugsweise integral mit der Außenfläche (72) des proximalen Gehäuseteilbereichs (52). Jede Kolbengruppe (274) definiert ferner mindestens einen Hohlraum (276) darin zum fixierten oder lösbaren empfangen jedes Kolbens (268) der Wagenanordnung (274) darin. Die Kolben (268), die jeweils eine Kolbengruppe (274) beinhalten, können fixiert oder lösbar in den jeweiligen Hohlräumen (276) empfangen werden und auf beliebige Art und Weise und mittels eines beliebigen Verfahrens, eines beliebigen Mechanismus, einer beliebigen Struktur oder Vorrichtung, das/der/die die Kolben (268) relativ unbiegsam während des Bohrvorgangs in dem Hohlraum oder den Hohlräumen (276) halten kann, damit montiert, damit verbunden oder anderweitig daran angebracht werden.
Jeder Kolben (268) kann eine beliebige Form oder Konfiguration aufweisen, die die Drehung des Gehäuses (46) innerhalb der Bohrung in der erstreckten Position einschränken kann. Genauer weist jeder Kolben (268) eine äußerste Eingriffsfläche (278) zum Eingreifen in die Wand der Bohrung oder des Bohrlochs zum Einschränken der Drehung des Gehäuses (46) auf. Die Eingriffsfläche (278) kann eine beliebige Form oder Konfiguration aufweisen, um in die Wand der Bohrung einzugreifen und die Drehung des Gehäuses (46) innerhalb der Bohrung einzuschränken.
Zusätzlich dazu beinhaltet die Bohrvorrichtung (20) vorzugsweise ferner eine oder mehrere Abdichtungen oder Abdichtungsanordnungen zum Abdichten des distalen und proximalen Endes (50, 48) des Gehäuses (46), so dass die dazwischen befindlichen Komponenten der Vorrichtung (20) nicht verschiedenen Bohrfluiden wie etwa Bohrschlamm ausgesetzt werden. Zusätzlich zu dem Hemmen des Eintritts von Bohrfluiden in die Vorrichtung (20) von außen erleichtern die Abdichtungen oder Abdichtungsanordnungen außerdem die Beibehaltung oder Rückhaltung von wünschenswerten Schmierfluiden innerhalb der Vorrichtung (20).
Die Vorrichtung (20) beinhaltet vorzugsweise eine distale Abdichtung oder Abdichtungsanordnung (280) und eine proximale Abdichtung oder Abdichtungsanordnung (282). Die distale Abdichtung (280) ist radial positioniert und stellt eine Gleitringdichtung zwischen dem Gehäuse (46) und der Bohrwelle (24) an das, angrenzend an das oder in der Nähe des distalen Endes (50) des Gehäuses (46) bereit. In der bevorzugten Ausführungsform ist daher die distale Abdichtung (280) radial positioniert und stellt eine Abdichtung zwischen der Bohrwelle (24) oder dem distalen Gehäuseteilbereich (56) an das, angrenzend an das oder in der Nähe des distalen Endes (68) bereit.
Die proximale Abdichtung (282) ist radial positioniert und stellt eine Gleitringdichtung zwischen dem Gehäuse (46) und der Bohrwelle (24) an das, angrenzend an das oder in der Nähe des proximalen Endes (48) des Gehäuses (46) bereit. Wo sich jedoch das Bohrungsgestänge (25) innerhalb des proximalen Endes (48) des Gehäuses (46) erstreckt, ist die proximale Abdichtung (282) genauer zwischen dem Gehäuse (46) und dem Bohrungsgestänge (25) positioniert. Daher ist die proximate Abdichtung (282) radial positioniert und stellt eine Abdichtung zwischen der Bohrwelle (24) oder dem proximalen Gehäuseteilbereich (52) an das, angrenzend an das oder in der Nähe des distalen Endes (60) bereit. Noch genauer ist jedoch die proximale Abdichtung (282) radial positioniert und stellt eine Abdichtung zwischen einer Außenfläche des Bohrungsgestänges (25) und dem proximalen Gehäuseteilbereich (52) an das, angrenzend an das oder in der Nähe des distalen Endes (60) bereit.
Das Innere des Gehäuses (46) definiert außerdem vorzugsweise eine Fluidkammer (284) zwischen dem distalen und dem proximalen Ende (50, 48) des Gehäuses (46). Die Fluidkammer (284) wird folglich zwischen der dem distalen bzw. dem proximalen Ende (50, 48) des Gehäuses (46) zugehörigen distalen und proximalen Abdichtung (280, 282) positioniert oder definiert. Wie oben angegeben, wird die Fluidkammer (284) vorzugsweise mit einem Schmierfluid zum Schmieren der Komponenten der Vorrichtung (20) innerhalb des Gehäuses (46) gefüllt.
Des Weiteren werden auch eine oder beide der distalen Abdichtungen (280) sowie die proximate Abdichtung (282) vorzugsweise mit Schmierfluid aus der Fluidkammer (284) des Gehäuses (46) geschmiert. Mit anderen Worten wird die distale und proximale Drehabdichtung (280, 282) jeweils unter Verwendung eines Fluids, vorzugsweise Öl, aus dem internen Schmiersystem der Bohrvorrichtung (20) geschmiert. Außerdem wird die distale und proximale Abdichtung (280, 282) jeweils geschmiert und mit gefiltertem Fluid bereitgestellt, um jede Beschädigung an den Dichtungen (280, 282) durch jegliche schädigende Metallpartikel oder andere schädigende Kontaminanten, die innerhalb des Schmierfluids aus der Fluidkammer (284) des Gehäuses (46) der Vorrichtung (20) gefunden werden können, zu verhindern oder auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Durch das Filtern des Schmierfluids, das von der Fluidkammer (284) des Gehäuses (46) in entweder die distale oder die proximale Abdichtung (280, 282) oder in beide verläuft, wird den Abdichtungen (280, 282) eine relativ saubere Fluidumgebung bereitgestellt.
Zudem sind die distale und die proximale Abdichtung (280, 282) vorzugsweise um die Bohrwelle (24) bzw. das Bohrungsgestänge (25) montiert, so dass es der Bohrwelle (24) und dem daran befestigten Bohrungsgestänge (25) erlaubt wird, sich darin zu drehen, während die Abdichtung aufrechterhalten wird. Die distale und die proximale Abdichtung (280, 282) stellen des Weiteren vorzugsweise eine elastische Abdichtungsanordnung oder eine elastische Verbindung zwischen dem Gehäuse (46) und der Bohrwelle (24) oder dem Bohrungsgestänge (25) bereit, um die dadurch bereitgestellte Abdichtung aufrechtzuerhalten, während jegliche Bewegung oder Ablenkung der Bohrwelle (24) oder des Bohrungsgestänges (25) innerhalb des Gehäuses (46) untergebracht wird. Diese elastische Verbindung ist besonders wichtig für die distale Abdichtung (280), die von der Ablenkungsanordnung (92) dem Schwenken der Bohrwelle (24) ausgesetzt wird.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die distale Abdichtung (280) einen Innenabschnitt (286), der fixiert um die Bohrwelle (24) an das, angrenzend an das oder in der Nähe des distalen Endes (50) des Gehäuses (46) montiert ist, so dass der Innenabschnitt (286) der distalen Abdichtung (280) sich integral mit der Bohrwelle (24) dreht. Die distale Abdichtung (280) beinhaltet ferner einen Außenabschnitt (288), wobei ein Teilbereich oder Teil davon drehbar um den Innenabschnitt (286) montiert ist, um die relative Drehung dazwischen zu erlauben und damit ein Kanal oder Raum (290) zwischen dem Innen- und dem Außenabschnitt (286, 288) definiert ist. Ferner ist der erste Außenabschnitt (288) direkt oder indirekt mit dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46) fixiert montiert. Nach der Drehung der Bohrwelle (46) dreht sich daher der Innenabschnitt (286) mit der Bohrwelle (24) relativ zu dem Außenabschnitt (288), der im Wesentlichen ortsfest zu dem Gehäuse (46) bleibt. Jede beliebige Struktur, jeder beliebige Mechanismus oder jede beliebige Vorrichtung kann verwendet werden, um die relative Drehung zwischen dem Innen- und Außenabschnitt (286, 288) der distalen Abdichtung (280) zu erlauben. In der bevorzugten Ausführungsform befinden sich jedoch ein oder mehrere Lager (292) zwischen dem Innen- und Außenabschnitt (286, 288) innerhalb des Kanals oder Raums (290). Vorzugsweise sind die Lager (292) Axialschräglager, die mit einer doppelten Funktion als sowohl Radial- als auch Axiallager dienen.
Wie angegeben, ist der Außenabschnitt (288) der distalen Abdichtung (280) direkt oder indirekt mit dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46) fixiert montiert. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Außenabschnitt (288) jedoch mit dem distalen Axiallagerkragen (110) fixiert verbunden oder montiert, der mit dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46) fixiert verbunden oder montiert ist. Die distale Abdichtung (280) befindet sich demgemäß angrenzend an dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46) innerhalb der distalen Axiallagerhalterung (112) oder ist dort positioniert.
Ferner beinhaltet in der bevorzugten Ausführungsform der Außenabschnitt (288) einen elastischen Kragen (294), der die elastische Verbindung oder elastische Abdichtungsanordnung bereitstellt, um die Ablenkung oder das Schwenken der Bohrwelle (24) innerhalb des Gehäuses (46) unterzubringen. Der elastische Kragen (294) befindet sich genauer angrenzend an dem Verbindungspunkt des Außenabschnitts (288) der distalen Abdichtung (280) mit dem distalen Axiallagerkragen (110). Infolgedessen ist es dem Innenabschnitt (286) der distalen Abdichtung (280) und dem Innenteilbereich oder Teil des Außenabschnitts (288), der um den Innenabschnitt (286) montiert ist, nach der Ablenkung der Bohrwelle (24) erlaubt, um den Verbindungspunkt des Außenabschnitts (288) mit dem distalen Axiallagerkragen (110) zu schwenken.
Die distale Abdichtung (280) beinhaltet ferner mindestens zwei Drehabdichtungen (298, 300), die sich innerhalb des Kanals oder Raums (290) zwischen dem Innen- und Außenabschnitt (286, 288) der distalen Abdichtung (280) befinden, so dass eine Kammer (296) dazwischen definiert ist. Innerhalb der Kammer (296) ist Fluid zum Schmieren der Komponenten der distalen Abdichtung (280) bereitgestellt. Vorzugsweise beinhaltet die distale Abdichtung (280) ferner einen distalen Filtermechanismus zum Filtern des Schmierfluids aus der Fluidkammer (284) des Gehäuses (46), so dass die distale Abdichtung (280) mit gefiltertem Schmierfluid geschmiert wird. Jede beliebige Struktur, jeder beliebige Mechanismus, jede beliebige Vorrichtung oder jedes beliebige Verfahren, die/der/das das in die distale Abdichtung (280) eintretende Fluid filtern kann, kann verwendet werden. In der bevorzugten Ausführungsform befinden sich ein oder mehrere Filter (302) innerhalb der Kammer (296) der distalen Abdichtung (280).
Genauer definiert ein oberer innerer Abstreifer (298) das am weitesten oben liegende oder proximale Ende der Kammer (296). Des Weiteren ist vorzugsweise mindestens ein Filter (302) angrenzend an dem inneren Abstreifer (298) bereitgestellt. Wie angegeben, wird die distale Abdichtung (280) vorzugsweise mit dem Schmierfluid aus der Fluidkammer (284) des Gehäuses (46) geschmiert. Außerdem wird das Fluid vorzugsweise gefiltert, um jede Beschädigung an der distalen Abdichtung (280) durch jegliche schädigende Metallpartikel oder andere Kontaminanten, die innerhalb des Schmierfluids aus der Fluidkammer (284) des Gehäuses (46) gefunden werden können, zu verhindern oder auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Der innere Abstreifer (298) und der Filter (302) unterstützen daher die Bereitstellung einer relativ reinen Fluidumgebung für die distale Abdichtung (280).
Des Weiteren definiert eine äußere Barrierendichtung (300) das am weitesten unten liegende oder distale Ende der Kammer (296). Die äußere Barrierendichtung (300) verhindert oder hemmt den Durchgang äußerer Kontaminanten und groben Bohrungsmaterials in die distale Abdichtung (280). Die äußere Barrierendichtung (300) unterstützt daher ebenfalls die Bereitstellung einer relativ reinen Fluidumgebung für die distale Abdichtung (280).
Schließlich ist in der bevorzugten Ausführungsform eine Gleitringdichtung (304) angrenzend an der äußeren Barrierendichtung (300) außerhalb der Kammer (296) bereitgestellt, um weiter den Durchgang von Kontaminanten und grobem Material aus der Bohrung in die distale Abdichtung (280) zu verhindern oder zu hemmen. Die Gleitringdichtung (304) stellt zwischen den angrenzenden am weitesten unten befindlichen Vorderseiten oder distalen Enden des Innen- und Außenabschnitts (286, 288) der distalen Abdichtung (280) eine Abdichtung bereit. Obgleich eine beliebige Gleitringdichtung verwendet werden kann, ist die Gleitringdichtung (304) vorzugsweise vorgespannt oder federbelastet, um die Abdichtungstätigkeit beizubehalten.
Die proximalen Abdichtung (282) beinhaltet auch einen Innenabschnitt (306), der fixiert um das Bohrungsgestänge (25) an das, angrenzend an das oder in der Nähe des proximalen Endes (48) des Gehäuses (46) montiert ist, so dass der Innenabschnitt (306) der proximalen Abdichtung (282) sich integral mit dem Bohrungsgestänge (25) und der Bohrwelle (24) dreht. Die proximale Abdichtung (282) beinhaltet ferner einen Außenabschnitt (308), wobei ein Teilbereich oder Teil davon drehbar um den Innenabschnitt (306) montiert ist, um die relative Drehung dazwischen zu erlauben und damit ein Kanal oder Raum (310) zwischen dem Innen- und dem Außenabschnitt (306, 308) definiert ist. Ferner ist der erste Außenabschnitt (308) direkt oder indirekt mit dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) fixiert montiert. Nach der Drehung des Bohrungsgestänges (25) dreht sich daher der Innenabschnitt (306) mit dem Bohrungsgestänge (25) relativ zu dem Außenabschnitt (308), der im Wesentlichen ortsfest zu dem Gehäuse (46) bleibt. Jede beliebige Struktur, jeder beliebige Mechanismus oder jede beliebige Vorrichtung kann verwendet werden, um die relative Drehung zwischen dem Innen- und Außenabschnitt (306, 308) der proximalen Abdichtung (282) zu erlauben. In der bevorzugten Ausführungsform befinden sich jedoch ein oder mehrere Lager (312) zwischen dem Innen- und Außenabschnitt (306, 308) innerhalb des Kanals oder Raums (310). Vorzugsweise sind die Lager (312) Axialschräglager, die mit einer doppelten Funktion als sowohl Radial- als auch Axiallager dienen.
Wie angegeben, ist der Außenabschnitt (308) der proximalen Abdichtung (282) direkt oder indirekt mit dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) fixiert montiert. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Außenabschnitt (308) jedoch mit dem proximalen Axiallagerkragen (134) fixiert verbunden oder montiert, der mit dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) fixiert verbunden oder montiert ist. Die proximale Abdichtung (282) befindet sich demgemäß angrenzend an dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) innerhalb der proximalen Axiallagerhalterung (136) oder ist dort positioniert.
Ferner beinhaltet in der bevorzugten Ausführungsform der Außenabschnitt (308) einen elastischen Kragen (314), der die elastische Verbindung oder elastische Abdichtungsanordnung bereitstellt, um jegliche Bewegung oder Ablenkung des Bohrungsgestänges (25) innerhalb des Gehäuses (46) unterzubringen. Der elastische Kragen (314) befindet sich genauer angrenzend an dem Verbindungspunkt des Außenabschnitts (308) der proximalen Abdichtung (282) mit dem proximalen Axiallagerkragen (134). Infolgedessen ist nach der Ablenkung des Bohrungsgestänges (25) es dem Innenabschnitt (306) der proximalen Abdichtung (282) und dem Innenteilbereich oder Teil des Außenabschnitts (308), der um den Innenabschnitt (306) montiert ist, erlaubt, um den Verbindungspunkt des Außenabschnitts (308) mit dem proximalen Axiallagerkragen (134) zu schwenken.
Die proximate Abdichtung (282) beinhaltet ferner mindestens zwei Drehabdichtungen (318, 320), die sich innerhalb des Kanals oder Raums (310) zwischen dem Innen- und Außenabschnitt (306, 308) der proximalen Abdichtung (282) befinden, so dass eine Kammer (316) dazwischen definiert ist. Innerhalb der Kammer (316) ist Fluid zum Schmieren der Komponenten der proximalen Abdichtung (282) bereitgestellt. Vorzugsweise beinhaltet die proximale Abdichtung (282) ferner einen proximalen Filtermechanismus zum Filtern des Schmierfluids aus der Fluidkammer (284) des Gehäuses (46), so dass die proximale Abdichtung (282) mit gefiltertem Schmierfluid geschmiert wird. Jede beliebige Struktur, jeder beliebige Mechanismus, jede beliebige Vorrichtung oder jedes beliebige Verfahren, die/der/das das in die proximate Abdichtung (282) eintretende Fluid filtern kann, kann verwendet werden. In der bevorzugten Ausführungsform befinden sich ein oder mehrere Filter (322) innerhalb der Kammer (316) der proximalen Abdichtung (282).
Noch genauer definiert ein niedriger innerer Abstreifer (318) das am weitesten unten liegende oder distale Ende der Kammer (316). Des Weiteren ist vorzugsweise mindestens ein Filter (322) angrenzend an dem Abstreifer (318) bereitgestellt. Wie angegeben, wird die proximale Abdichtung (282) vorzugsweise mit dem Schmierfluid aus der Fluidkammer (284) des Gehäuses (46) geschmiert. Außerdem wird das Fluid vorzugsweise gefiltert, um jede Beschädigung an der proximalen Abdichtung (282) durch jegliche schädigende Metallpartikel oder andere Kontaminanten, die innerhalb des Schmierfluids aus der Fluidkammer (284) des Gehäuses (46) gefunden werden können, zu verhindern oder auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Der innere Abstreifer (318) und der Filter (322) unterstützen daher die Bereitstellung einer relativ reinen Fluidumgebung für die proximale Abdichtung (282).
Des Weiteren definiert eine obere äußere Barrierendichtung (320) das am weitesten oben liegende oder proximale Ende der Kammer (316). Die äußere Barrierendichtung (320) verhindert oder hemmt den Durchgang äußerer Kontaminanten und groben Bohrungsmaterials in die proximate Abdichtung (282). Die äußere Barrierendichtung (320) unterstützt daher ebenfalls die Bereitstellung einer relativ reinen Fluidumgebung für die proximale Abdichtung (282).
Schließlich ist in der bevorzugten Ausführungsform eine Gleitringdichtung (324) angrenzend an der äußeren Barrierendichtung (320) außerhalb der Kammer (316) bereitgestellt, um weiter den Durchgang von Kontaminanten und grobem Material aus der Bohrung in die proximale Abdichtung (282) zu verhindern oder zu hemmen. Die Gleitringdichtung (324) stellt zwischen den angrenzenden am weitesten oben befindlichen Vorderseiten oder proximalen Enden des Innen- und Außenabschnitts (306, 308) der proximalen Abdichtung (282) eine Abdichtung bereit. Obgleich eine beliebige Gleitringdichtung verwendet werden kann, ist die Gleitringdichtung (324) vorzugsweise vorgespannt oder federbelastet, um die Abdichtungstätigkeit beizubehalten.
Ferner weist das innerhalb der Fluidkammer (284) des Gehäuses (46) zwischen der proximalen und der distalen Abdichtung (282, 280) enthaltene Schmierfluid einen Druck auf. Die Vorrichtung (20) beinhaltet vorzugsweise ferner ein Druckausgleichsystem (326) zum Ausgleichen des Drucks des in der Fluidkammer (284) innerhalb des Gehäuses (46) enthaltenen Schmierfluids mit dem Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses (46). Das Druckausgleichsystem (326) kann sich an jeder beliebigen Position oder an jedem beliebigen Standort entlang der Länge des Gehäuses (46) zwischen der distalen und der proximalen Abdichtung (280, 282) befinden. Des Weiteren kann das Druckausgleichsystem (326) mit einem oder mehreren der distalen, zentralen und proximalen Gehäuseteilbereichen (52, 54, 56) verbunden, montiert oder diesem/dieser anderweitig zugehörig sein. Vorzugsweise ist jedoch das Druckausgleichsystem (326) mit dem zentralen Gehäuseteilbereich (54) verbunden, montiert oder ihm anderweitig zugehörig. Noch besser ist das Druckausgleichsystem (326) mit dem zentralen Gehäuseteilbereich (54) proximal oder lochaufwärts zum proximalen Radiallager (84) verbunden, montiert oder ihm anderweitig zugehörig.
Das Druckausgleichsystem (326) kann jeden beliebigen Mechanismus, jede beliebige Vorrichtung oder jede beliebige Struktur beinhalten, der/die dazu fähig ist, das Ausgleichen des Drucks des in der Fluidkammer (284) enthaltenen Schmierfluids mit dem Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses (46) zu gewährleisten oder zu erlauben. Das Druckausgleichsystem (326) beinhaltet vorzugsweise mindestens eine Drucköffnung (328) in dem Gehäuse (46), so dass der Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses (46) an die Fluidkammer (284) kommuniziert werden kann. In der bevorzugten Ausführungsform befindet sich eine Drucköffnung (328) innerhalb des zentralen Gehäuseteilbereichs (54) und ist daran montiert, um die Kommunikation des Umgebungsdrucks der Bohrungsfluide außerhalb des zentralen Gehäuseteilbereichs (54) an das Schmierfluid innerhalb der Fluidkammer (284), die in dem zentralen Gehäuseteilbereich (54) enthalten oder mindestens teilweise von diesem definiert ist, zu ermöglichen. In der Bohrung wird der Druck des in dem Gehäuse (46) enthaltenen Schmierfluids daher mindestens teilweise durch den Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses (46) innerhalb des Ringraums der Bohrung bestimmt.
Das Druckausgleichsystem (326) beinhaltet vorzugsweise ferner ein Schmierfluidreguliersystem (331), das das Beschicken der Fluidkammer (284) mit dem Schmierfluid erleichtert und während des Bohrens als Reaktion auf die erhöhten Temperaturen und Drücke lochabwärts, die von dem Schmierfluid erfahren werden, die Einstellung der Menge an Schmierfluid in der Fluidkammer (284) bereitstellt.
Vorzugsweise beinhaltet das Schmierfluidreguliersystem (331) ein Ladeventil (332) und ein Abblasventil (334). Beide Ventile (332, 334) befinden sich innerhalb des Gehäuses (46) oder sind dort montiert und vorzugsweise in dem zentralen Gehäuseteilbereich (54). Das Ladeventil (332) ermöglicht oder berücksichtigt den Eintritt einer ausreichenden Menge an Schmierfluid in die Fluidkammer (284) oder das Beschicken dieser damit. Das Abblasventil (334) ist so festgelegt, dass es den Durchgang von Fluid aus der Fluidkammer (284) durch das Abblasventil (334) bei einem vorbestimmten oder vorher ausgewählten Druck erlaubt.
Genauer wird die Bohrvorrichtung (20) an der Fläche durch das Ladeventil (332) mit Schmieröl beschickt, bis der Fluiddruck in der Fluidkammer (284) den Druckwert des Abblasventils (334) übersteigt. Während sich die Vorrichtung (20) lochabwärts in die Bohrung bewegt und die Temperatur sich erhöht, dehnt sich außerdem das überschüssige Fluid aus und wird aus der Fluidkammer (284) durch das Abblasventil (334) ausgestoßen oder hinausgedrängt.
Der Druck des in der Fluidkammer (284) des Gehäuses (46) enthaltenen Schmierfluids wird vorzugsweise höher gehalten als der Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses (46) oder der Ringraumdruck in der Bohrung. Genauer hält das Druckausgleichsystem (326) vorzugsweise intern über die distale und proximale Abdichtung (280, 282) einen Überdruck aufrecht. Demzufolge, in dem Fall, dass eine Tendenz vorliegt, dass die distale und proximate Abdichtung (280, 282) ausläuft und den Durchgang des Fluids über die Abdichtungen (280, 282) erlaubt, wird der Durchgang eines beliebigen derartigen Fluids folglich tendenziell Schmierfluid von innerhalb der Fluidkammer (284) zur Außenseite der Vorrichtung (20) sein. Demgemäß erleichtert der höhere innere Druck das Beibehalten einer reinen Fluidumgebung innerhalb der Fluidkammer (284), wie oben beschrieben, indem der Durchgang von Bohrungs-Ringraumfluiden in die Fluidkammer (284) gehemmt oder verhindert wird.
Um einen Druck innerhalb der Fluidkammer (284) des Gehäuses (46) bereitzustellen, der höher als der äußere Ringraumdruck ist, beinhaltet das Druckausgleichsystem (326) vorzugsweise ferner eine supplementäre Druckquelle (330). Die supplementäre Druckquelle (330) übt Druck auf das in der Fluidkammer (284) enthaltene Schmierfluid aus, so dass der Druck des in der Fluidkammer (284) enthaltenen Schmierfluids höher gehalten wird als der Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses (46). Das Druckdifferential zwischen der Fluidkammer (284) und außerhalb des Gehäuses (46) kann gemäß den erwarteten Bohrbedingungen ausgewählt werden. In der Fluidkammer (284) wird jedoch vorzugsweise nur ein leichter Überdruck durch die supplementäre Druckquelle (330) bereitgestellt.
Der supplementäre Druck kann auf jede beliebige Weise oder durch jedes beliebige Verfahren bereitgestellt werden, und die supplementäre Druckquelle (330) kann jede beliebige Struktur, jede beliebige Vorrichtung oder jeden beliebigen Mechanismus beinhalten, die/der dazu fähig ist, den gewünschten supplementären Druck in der Fluidkammer (284) bereitzustellen, um das gewünschte Druckdifferential zwischen der Fluidkammer (284) und außerhalb des Gehäuses (46) bereitzustellen. Vorzugsweise beinhaltet jedoch das Druckausgleichsystem (326) ferner eine Abgleichkolbenanordnung (336).
Die Abgleichkolbenanordnung (336) beinhaltet eine Kolbenkammer (338), die durch das Innere des Gehäuses (46), vorzugsweise die Innenfläche (74) des zentralen Gehäuseteilbereichs (54), definiert ist. Die Abgleichkolbenanordnung (326) beinhaltet ferner einen bewegbaren Kolben (340), der in der Kolbenkammer (338) enthalten ist. Der Kolben (340) trennt die Kolbenkammer (338) in eine Fluidkammerseite (342) und eine Abgleichseite (344). Die Fluidkammerseite (342) ist mit der Fluidkammer (284) verbunden und befindet sich vorzugsweise distal oder lochabwärts des Kolbens (340). Die Drucköffnung (328) kommuniziert mit der Abgleichseite (344) der Kolbenkammer (338), die sich vorzugsweise proximal oder lochaufwärts des Kolbens (340) befindet. Die supplementäre Druckquelle (330) wirkt ferner auf die Abgleichseite (344) der Kolbenkammer (338). Die supplementäre Druckquelle (330) wirkt auf der Abgleichseite (344) insbesondere durch das Ausüben von supplementärem Druck auf den Kolben (340).
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die supplementäre Druckquelle (330) eine Vorspannvorrichtung, die sich innerhalb der Abgleichseite (344) der Kolbenkammer (338) befindet und die den supplementären Druck auf den Kolben (340) ausübt. Genauer spannt die Vorspannvorrichtung den Kolben (340) distal oder lochabwärts vor, um den supplementären Druck innerhalb der Fluidkammerseite (342) der Kolbenkammer (338) zu erzeugen oder auszuüben, wobei dieser supplementäre Druck auf das Schmierfluid innerhalb der Fluidkammer (284) des Gehäuses (46) kommuniziert wird.
Die supplementäre Druckquelle (330) kann somit eine beliebige Vorrichtung, Struktur oder einen beliebigen Mechanismus beinhalten, die/der den Kolben (340) auf die oben beschriebene Art und Weise vorspannen kann. Die Vorspannvorrichtung beinhaltet in der bevorzugten Ausführungsform jedoch eine Feder (346). Wie angegeben, ist die Feder (346) in der Abgleichseite (344) der Kolbenkammer (338) enthalten. Wenn die Vorrichtung (20) mit Schmieröl beschickt wird, ist die Feder (346) vorzugsweise vollständig komprimiert. Während das Schmieröl aus der Fluidkammer (284) ausläuft oder anderweitig aus ihr strömt, übt die Feder (346) weiterhin den supplementären Druck auf den Kolben (340) aus und der Kolben (340) wird distal oder in einer lochabwärts gerichteten Richtung bewegt.
Als Sicherheitsmaßnahme wird vorzugsweise ein Anzeiger mit der Vorrichtung (20) bereitgestellt, um den Schmierölstand in der Fluidkammer (284) anzuzeigen und um diese Information an die Oberfläche zu kommunizieren. Vorzugsweise ist ein Zwei-Positionen-Schalter bereitgestellt, der einen „niedrigen" Ölstand und „keinen" Ölstand anzeigt. Dies ermöglicht das Ziehen der Vorrichtung (20) aus der Bohrung im Falle eines Öllecks, während jegliche Beschädigung an der Vorrichtung (20) verhindert oder auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet das Druckausgleichsystem (326) ferner einen Ölstandgrenzschalter (348). Der Ölstandgrenzschalter (348) ist vorzugsweise innerhalb der Fluidkammerseite (342) der Kolbenkammer (338) enthalten. Genauer übt die Feder (346), während sich das Öl entleert und der Stand innerhalb der Fluidkammer (284) somit abnimmt, den supplementären Druck auf den Kolben (340) aus und der Kolben (340) wird distal oder in einer lochabwärts gerichteten Richtung in der Kolbenkammer (338) zu dem Ölstandgrenzschalter (348) hin bewegt. Sobald das Öl auf einen vorbestimmten Stand entleert ist oder wenn das Öl vollständig entleert ist, wird der Kolben (340) innerhalb der Kolbenkammer (338) zum Kontakt mit dem und dem Hinunterdrücken oder der Bewegung des Ölstandgrenzschalters (348) distal in eine lochabwärts gerichtete Richtung bewegt. Das Hinunterdrücken des Ölstandgrenzschalters (348) betätigt den Ölstandgrenzschalter (348), um in der Fluidkammer (284) je nach der Menge oder dem Ausmaß zu der/dem der Schalter (348) hinuntergedrückt wird, einen „niedrigen Ölstand" oder „keinen Ölstand" anzuzeigen.
In der bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung (20) besteht ein Bedarf daran, elektrische Signale zwischen zwei Elementen, die sich ohne jeden Kontakt dazwischen relativ zueinander drehen, zu kommunizieren. Diese Kommunikation ist zum Beispiel erforderlich, wenn Betriebsparameter für die Vorrichtung (20) heruntergeladen oder Untertageinformationen von der Vorrichtung (20) entweder weiter lochaufwärts entlang dem Bohrungsgestänge (25) oder zu der Oberfläche kommuniziert werden. Die elektrischen Signale müssen genauer zwischen der Bohrwelle (24) und dem Gehäuse (46), die sich während des Drehbohrbetriebs relativ zueinander drehen, kommuniziert werden.
Die Kommunikationsverbindung zwischen der Bohrwelle (24) und dem Gehäuse (46) kann durch jedes beliebige direkte oder indirekte Kopplungs- oder Kommunikationsverfahren oder durch jeden beliebigen Mechanismus, jede beliebige Struktur oder jede beliebige Vorrichtung zum direkten oder indirekten Koppeln der Bohrwelle (24) mit dem Gehäuse (46) bereitgestellt werden. Die Kommunikation zwischen dem Gehäuse (46) und der Bohrwelle (24) kann zum Beispiel durch einen Schleifring oder einen Gamma-Bit-Kommunikationsstoroidkoppler bereitgestellt werden. In der bevorzugten Ausführungsform wird jedoch die Kommunikation zwischen der Bohrwelle (24) und dem Gehäuse (46) durch eine elektromagnetische Kopplungsvorrichtung (350) bereitgestellt.
In der bevorzugten Ausführungsform wird die Kommunikation zwischen der Bohrwelle (24) und dem Gehäuse (46) durch eine elektromagnetische Kopplungsvorrichtung (350) bereitgestellt. Genauer beinhaltet die elektromagnetische Kopplungsvorrichtung (350) einen Gehäuseleiter oder -koppler (352), der auf dem Gehäuse (46) positioniert und auf dem Gehäuse (46) fixiert montiert oder mit diesem verbunden ist, so dass er relativ zu der Bohrwelle (24) während des Bohrens im Wesentlichen ortsfest bleibt. Ferner beinhaltet die elektromagnetische Kopplungsvorrichtung einen Bohrwellenleiter oder -koppler (354), der auf der Bohrwelle (24) positioniert und mit der Bohrwelle (24) fixiert montiert oder mit dieser verbunden ist, so dass der Bohrwellenleiter (354) sich mit der Bohrwelle (24) dreht. Der Gehäuseleiter (352) und der Bohrwellenleiter (354) sind auf dem Gehäuse (46) bzw. der Bohrwelle (24) ausreichend nahe beieinander positioniert, so dass zwischen ihnen elektrische Signale induziert werden können.
Der Gehäuseleiter (352) und der Bohrwellenleiter (354) können einen einzelnen Draht oder eine Spule beinhalten und können entweder um einen magnetisch permeablen Kern gewickelt oder nicht um ihn gewickelt sein.
Ferner verlaufen in der bevorzugten Ausführungsform die proximalen elektrischen Leiter, wie etwa die proximalen elektrischen Drähte (356) entlang dem Bohrungsgestänge (25) oder erstrecken sich entlang diesem oder verlaufen durch dieses bis zu der Bohrwelle (24) innerhalb der Vorrichtung (20) bis hin zu dem Bohrwellenleiter (354). Auf ähnliche Weise verlaufen distale elektrische Leiter, wie etwa die distalen elektrischen Drähte (358) von dem Gehäuseleiter (352) entlang dem oder durch das Gehäuse (46) bis zu einer Steuerung (360) der Vorrichtung (20) und bis hin zu den wie oben umrissenen verschiedenen Sensoren.
Die elektromagnetische Kopplungsvorrichtung (350) kann an einer beliebigen Stelle entlang der Länge der Vorrichtung (20) positioniert sein. In der bevorzugten Ausführungsform ist die elektromagnetische Kopplungsvorrichtung (350) jedoch innerhalb des zentralen Gehäuseteilbereichs (54) positioniert oder befindet sich in diesem. Noch genauer ist die elektromagnetische Kopplungsvorrichtung (350) innerhalb des zentralen Gehäuseteilbereichs (54) an das, angrenzend an das oder in der Nähe seines proximalen Endes (62), proximal oder lochaufwärts zum proximalen Radiallager (84) und dem Druckausgleichsystem (326) positioniert oder befindet sich dort.
Die Ablenkungsanordnung (92) kann von Hand betätigt werden. Wie angegeben, beinhaltet die Vorrichtung (20) vorzugsweise jedoch ferner eine Steuerung (360) zum Steuern der Betätigung der Bohrwellenablenkungsanordnung (92), um Richtbohrsteuerung bereitzustellen. Die Steuerung (360) der Vorrichtung (20) gehört zu dem Gehäuse (46) und beinhaltet vorzugsweise einen innerhalb des zentralen Gehäuseteilbereichs (54) positionierten Elektronikeinsatz. Noch besser ist die Steuerung (360) und insbesondere der Elektronikeinsatz innerhalb des zentralen Gehäuseteilbereichs (54) distal oder lochabwärts zum proximalen Radiallager (84) positioniert. Von den verschiedenen Untertagesensoren der Vorrichtung (20) bereitgestellte Informationen oder Daten werden an die Steuerung (360) kommuniziert, damit die Ablenkungsanordnung (92) unter Bezugnahme auf und gemäß den durch die Sensoren bereitgestellten Informationen oder Daten betätigt werden kann.
Genauer wird die Ablenkungsanordnung (92) vorzugsweise betätigt, um den Innen- und Außenring (158, 156) relativ zu einer Bezugsausrichtung auszurichten, damit über den Bohrmeißel (22) während der Bohrvorgänge Richtungssteuerung bereitgestellt wird. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Ablenkungsanordnung (92) unter Bezugnahme auf die Ausrichtung des Gehäuses (46) in der Bohrung betätigt.
Die Bohrvorrichtung (20) beinhaltet daher vorzugsweise eine dem Gehäuse (46) zugehörige Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung (362) zum Fühlen der Ausrichtung des Gehäuses (46) innerhalb der Bohrung. In Anbetracht dessen, dass das Gehäuse (46) während des Bohrens vom Drehen im Wesentlichen eingeschränkt wird, stellt die Ausrichtung des Gehäuses (46), die durch die Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung (362) gefühlt wird, die Bezugsausrichtung für die Vorrichtung (20) bereit. Die Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung (362) kann einen beliebigen Sensor oder beliebige Sensoren beinhalten, wie etwa einen oder eine Kombination aus Magnetometern und Beschleunigungsmessern, der/die die Position des Gehäuses an einer Stelle an das, angrenzend an das oder in der Nähe des distalen Endes (60) des Gehäuses (46) fühlen kann/können. Noch genauer befindet sich die Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung (362) vorzugsweise so nah wie möglich an dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46). Des Weiteren fühlt die Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung (362) vorzugsweise die Ausrichtung des Gehäuses (46) in drei Dimensionen im Raum.
In der bevorzugten Ausführungsform ist die Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung (362) innerhalb eines dem Gehäuse (46) zugehörigen ABI oder Am-Meißel-Neigungs-Einsatz (364) enthalten oder ist ein Teil von diesem. Der ABI-Einsatz (364) ist vorzugsweise mit dem distalen Gehäuseteilbereich (56) an das, angrenzend an das oder in nächster Nähe zu dessen distalem Ende (68) verbunden oder mit diesem montiert. In der bevorzugten Ausführungsform ist der ABI-Einsatz (364) innerhalb des distalen Gehäuseteilbereichs (56) axial zwischen der Ablenkungsanordnung (92) und dem Drehpunktlager (88) positioniert oder befindet sich dort.
Die Bohrvorrichtung (20) beinhaltet ebenfalls vorzugsweise eine der Ablenkungsanordnung (92) zugehörige Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung (366) zum Fühlen der Ausrichtung der Ablenkungsanordnung (92). Genauer fühlt die Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung (366) die bestimmte Ausrichtung des Innen- und Außenrings (158, 156) der Ablenkungsanordnung (92) relativ zu dem Gehäuse (46).
Die Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung (366) kann einen beliebigen Sensor oder beliebige Sensoren beinhalten, wie etwa einen oder eine Kombination aus Magnetometern und Beschleunigungsmessern, der/die die Position der Ablenkungsanordnung (92) relativ zu dem Gehäuse (46) fühlen kann/können. Zusätzlich dazu fühlt die Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung (366) vorzugsweise die Ausrichtung der Ablenkungsanordnung (92) in drei Dimensionen im Raum. Wenn ein Sensor bereitgestellt ist, muss der Sensor die Ausrichtung der Innenumfangsfläche (168) des Innenrings (158) relativ zu dem Gehäuse (46) fühlen können. Die Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung (366) beinhaltet jedoch vorzugsweise einen separaten Sensor zum Fühlen der Ausrichtung des Innenrings (158) wie des Außenrings (156) relativ zu dem Gehäuse (46).
Die Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung (366) beinhaltet in der bevorzugten Ausführungsform einen Innenringausgangsbezugssensor (368) zum Fühlen der Ausrichtung des Innenrings (158) relativ zu dem Gehäuse (46) und einen Außenringausgangsbezugssensor (370) zum Fühlen der Ausrichtung des Außenrings (156) relativ zu dem Gehäuse (46). Der Innen- und Außenringausgangsbezugssensor (368, 370) können jeweils mit dem Innen- bzw. Außenring (158, 156) auf beliebige Art und Weise und durch eine beliebige Struktur, einen beliebigen Mechanismus oder eine beliebige Vorrichtung, die/der das Fühlen der Ausrichtung des zugehörigen Rings (158, 156) durch den jeweiligen Sensor (368, 370) erlaubt oder dazu fähig ist, verbunden werden. Vorzugsweise sind der Innen- und Außenringausgangsbezugsensor (368, 370) mit dem Innenringantriebsmechanismus (170) bzw. dem Außenringantriebsmechanismus (164) montiert oder verbunden. Außerdem stellen der Innen- und Außenringausgangsbezugssensor (368, 370) der Steuerung (360) jeweils Informationen oder Daten hinsichtlich der Ausrichtung der jeweiligen Ringe (158, 156) im Vergleich mit einer Ausgangs- oder Bezugsposition relativ zu dem Gehäuse (46) bereit.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhalten der Innen- bzw. Außenringausgangsbezugssensor (368, 370) eine Vielzahl von Magneten, die einer drehenden oder drehbaren Komponente des Innenringantriebsmechanismus (170) bzw. des Außenringantriebsmechanismus (164) zugehören, so dass sich die Magnete damit drehen. Die magnetischen Felder, die von den Magneten jeweils des Innen- und Außenringausgangsbezugssensor (368, 370) erzeugt wurden, werden von einem ortsfesten Zähler gefühlt, der einer nicht drehenden oder nicht drehbaren Komponente des Innenringantriebsmechanismus (170) bzw. des Außenringantriebsmechanismus (164) zugehört. Der ortsfeste Zähler ist bereitgestellt, um zu fühlen, wie weit sich der Innen- bzw. Außenring (158, 156) von seiner Bezugs- oder Ausgangsposition gedreht hat.
Außerdem kann die Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung (366) auch einen oder mehrere Positionssensoren, wie etwa Hochgeschwindigkeitssensoren, beinhalten, die jeweils dem Innen- und Außenantriebsmechanismus (170, 164) zugehören. Die Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung (366) beinhaltet in der bevorzugten Ausführungsform einen Innenringhochgeschwindigkeitspositionssensor (372), der dem Innenringantriebsmechanismus (170) zugehört, und einen Außenringhochgeschwindigkeitspositionssensor (374), der dem Außenringantriebsmechanismus (164) zugehört. Jeder der Hochgeschwindigkeitspositionssensoren (372, 374) ist bereitgestellt, um die Drehung, die tatsächlich von der Bohrwelle (24) durch die Innenringkupplung (224) bzw. die Außenringkupplung (184) auf den Innen- bzw. Außenringantriebsmechanismus (170, 164) übertragen wird, zu fühlen.
Der Innen- und Außenringhochgeschwindigkeitspositionssensor (372, 374) können dem jeweiligen Innen- bzw. Außenringantriebsmechanismus (170, 164) auf beliebige Art und Weise und durch eine beliebige Struktur, einen beliebigen Mechanismus oder eine beliebige Vorrichtung, die/der das Fühlen der Drehung, die tatsächlich von der Bohrwelle (24) durch die Kupplung (224, 184) auf den Antriebsmechanismus (170, 164) übertragen wird, erlaubt, zugehören. Vorzugsweise sind jedoch der Innen- und Außenringhochgeschwindigkeitspositionssensor (372, 374) mit dem Innenringantriebsmechanismus (170) bzw. dem Außenringantriebsmechanismus (164) montiert oder verbunden.
Zudem können einer oder vorzugsweise beide der Hochgeschwindigkeitspositionssensoren (372, 374) einem Drehzahlsensor (375) zugehören. Der Drehzahlsensor (375) ist mit der Bohrwelle (24) zum Fühlen der Drehung der Bohrwelle (24) verbunden, montiert oder ihr zugehörig. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Drehzahlsensor (375) innerhalb des zentralen Gehäuseteilbereichs (54) angrenzend an der elektromagnetischen Kopplungsvorrichtung (350) positioniert. Ferner gehört der Drehzahlsensor (375) zu den Hochgeschwindigkeitssensoren (372, 374), so dass ein Vergleich zwischen der von den Hochgeschwindigkeitspositionssensoren (372, 374) gefühlten Drehung und der von dem Drehzahlsensor (375) gefühlten Drehung gezogen werden kann. Der Vergleich der von den Hochgeschwindigkeitspositionssensoren (372, 374) gefühlten Drehung mit der von dem Drehzahlsensor (375) gefühlten Drehung kann verwendet werden, um das Schlüpfen durch eine oder beide Kupplungen (224, 184) zu bestimmen und eine mögliche Funktionsstörung der Kupplung (224, 184) zu erfassen.
Der Innen- und Außenhochgeschwindigkeitspositionssensor (372, 374) kann ähnlich jeweils einen beliebigen Sensor oder beliebige Sensoren beinhalten, die wie oben beschrieben die Drehung fühlen können.
Wie angegeben, ist die Steuerung (360) sowohl mit der Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung (362) als auch mit der Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung (366) betriebsfähig verbunden, so dass die Ablenkungsanordnung (92) mit Bezugnahme auf die Ausrichtung von sowohl dem Gehäuse (46) als auch der Ablenkungsanordnung (92) betätigt werden kann. Die Ablenkungsanordnung (92) wird vorzugsweise mit Bezugnahme auf die Ausrichtung von sowohl dem Gehäuse (46) als auch der Ablenkungsanordnung (92) betätigt, da die Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung (362) vorzugsweise die Ausrichtung des Gehäuses (46) im dreidimensionalen Raum fühlt, während die Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung (366) vorzugsweise die Ausrichtung des Innen- und Außenrings (158, 156) der Ablenkungsanordnung (92) relativ zu dem Gehäuse (46) fühlt.
Obgleich die Steuerung (360) sowohl mit der Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung (362) als auch der Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung (366) auf jede beliebige Art und Weise und durch jeden beliebigen Mechanismus, jede beliebige Struktur, jede beliebige Vorrichtung oder jedes beliebige Verfahren, die/der/das die Kommunikation von Informationen oder Daten dazwischen erlaubt oder berücksichtigt, betriebsfähig verbunden sein kann, wird die betriebsfähige Verbindung vorzugsweise von einem elektrischen Leiter, wie etwa elektrischer Verkabelung, bereitgestellt.
Die Steuerung (360) kann ebenfalls mit einer Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung (376) betriebsfähig verbunden sein, so dass die Ablenkungsanordnung (92) ferner unter Bezugnahme auf die Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) betätigt werden kann. Die Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung (376) ist mit dem Bohrungsgestänge (25) verbunden, mit diesem montiert oder diesem anderweitig zugehörig. Die Steuerung (360) kann betriebsfähig mit der Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung (376) auf jede beliebige Art und Weise und durch jeden beliebigen Mechanismus, jede beliebige Struktur, jede beliebige Vorrichtung oder jedes beliebige Verfahren, der/die/das die Kommunikation von Informationen oder Daten dazwischen erlaubt oder berücksichtigt, verbunden sein.
Die betriebsfähige Verbindung zwischen der Steuerung (360) und der Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung (376) wird jedoch vorzugsweise durch die elektromagnetische Kopplungsvorrichtung (350) bereitgestellt. Genauer erstrecken sich, wie oben erläutert, die distalen Drähte (358) von der Steuerung (360) zu dem Gehäuseleiter (352) der elektromagnetischen Kopplungsvorrichtung (350). Die proximalen Drähte (356) erstrecken sich vorzugsweise entlang dem Bohrungsgestänge (25) von der Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung (376) bis hin zu der Bohrwelle (24) und dem Bohrwellenleiter (354). Elektrische Signale werden zwischen dem Gehäuseleiter (352) und dem Bohrwellenleiter (354) induziert.
Die Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung (376) kann einen beliebigen Sensor oder beliebige Sensoren beinhalten, wie etwa einen oder eine Kombination aus Magnetometern und Beschleunigungsmessern, der/die die Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) fühlen kann/können. Zusätzlich dazu fühlt die Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung (376) vorzugsweise die Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) in drei Dimensionen im Raum.
In der bevorzugten Ausführungsform kann die Ablenkungsanordnung (92) somit betätigt werden, um eine gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) wiederzugeben, indem die Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25), die Ausrichtung des Gehäuses (46) und die Ausrichtung der Ablenkungsanordnung (92) relativ zu dem Gehäuse (46) berücksichtigt werden.
Während des Bohrens kann das Gehäuse (46) außerdem dazu neigen, sich aufgrund der kleinen Menge an Drehkraft, die von der Bohrwelle (24) auf das Gehäuse (46) übertragen wird, langsam in die gleiche Richtung wie die Drehung der Bohrwelle (24) zu drehen. Diese Bewegung verursacht, dass sich die Richtung des Vorortantriebs des Bohrmeißels (22) aus der gewünschten Position bewegt. Die verschiedenen Sensoreinrichtungen (362, 366, 376) können diese Veränderung fühlen und die Informationen an die Steuerung (360) kommunizieren. Die Steuerung (360) behält vorzugsweise durch das automatische Drehen des Innen- und Außenrings (158, 156) des Ablenkungsmechanismus (92) zum Ausgleich der Drehung des Gehäuses (46) die Richtung des Vorortantriebs des Bohrmeißels (22) auf Kurs.
Damit ferner Informationen oder Daten entlang dem Bohrungsgestänge (25) von oder zu Untertagestandorten wie etwa von oder zu der Steuerung (360) der Vorrichtung (20) kommuniziert werden können, kann die Vorrichtung (20) ein Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) beinhalten. Genauer ist die Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung (376) außerdem vorzugsweise betriebsfähig mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) verbunden, so dass die Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) an eine Bedienungsperson der Vorrichtung (20) kommuniziert werden kann. Die Bedienungsperson der Vorrichtung (20) kann entweder eine Person an der Oberfläche sein, die für die Steuerung der Bohrvorgänge zuständig ist oder diese steuert, oder kann einen Computer oder ein anderes Betriebssystem für die Vorrichtung (20) beinhalten.
Das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) kann jedes beliebige System beinhalten, das Daten oder Informationen von Untertagestandorten oder an diese kommunizieren oder übertragen kann. Das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) beinhaltet jedoch vorzugsweise ein MWD-System oder eine MWD-Vorrichtung zur Messwerterfassung während des Bohrvorgangs.
Die Vorrichtung (20) kann nach Bedarf oder auf Wunsch eine beliebige weitere Anzahl an Sensoren für einen beliebigen bestimmten Bohrvorgang beinhalten, wie etwa Sensoren zum Überwachen anderer interner Parameter der Vorrichtung (20).
Schließlich kann die Vorrichtung (20) ferner einen Vorrichtungsspeicher (380) zum Speichern von Daten, die von einer oder mehreren der Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung (362), der Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung (366), der Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung (376) erzeugt wurden oder Daten, die von einer anderen Quelle wie etwa zum Beispiel einer Bedienungsperson der Vorrichtung (20) erhalten wurden, beinhalten. Der Vorrichtungsspeicher (380) gehört vorzugsweise zu der Steuerung (20), kann aber überall zwischen dem proximalen und dem distalen Ende (48, 50) des Gehäuses (46) entlang dem Bohrungsgestänge (25) positioniert sein oder sich sogar außerhalb des Bohrlochs befinden. Während des Betriebs der Vorrichtung (20) können nach Bedarf Daten aus dem Vorrichtungsspeicher (380) wiedergewonnen werden, um den Betrieb der Vorrichtung (20) einschließlich der Betätigung der Ablenkungsanordnung (92) zu steuern.
Die Erfindung beinhaltet auch Verfahren zum Ausrichten eines Bohrsystems, wobei die Verfahren besonders zum Ausrichten eines Drehbohrsystems geeignet sind und vorzugsweise zum Richtbohren unter Verwendung eines Drehbohrsystems. Die Verfahren der Erfindung können zum Drehbohren mit einem beliebigen Drehbohrsystem verwendet werden, das ein drehbares Bohrungsgestänge (25) und eine Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung beinhaltet.
Ferner können die Verfahren zum Drehbohren mit einer beliebigen Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung verwendet werden, die eine drehbare und ablenkbare Bohrwelle (24) umfasst, welche mit dem Bohrungsgestänge (25) verbunden ist. Die Ablenkung der Bohrwelle (24) kann durch das Biegen der Bohrwelle (24) oder das Schwenken der Bohrwelle (24) oder durch eine Kombination daraus erreicht werden.
Vorzugsweise werden die Verfahren der Erfindung in Zusammenhang mit der hierin beschriebenen Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung (20) und besser mit der bevorzugten Ausführungsform der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung (20) verwendet und durchgeführt. Die Verfahren können manuell oder auf einer vollautomatischen oder halbautomatischen Basis durchgeführt werden.
Wenn die Verfahren manuell durchgeführt werden, stellt eine Bedienungsperson der Vorrichtung der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung (20) Anweisungen zur Betätigung der Vorrichtung (20) bereit, wobei diese Anweisungen über das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Vorrichtung (20) kommuniziert werden können. Mit anderen Worten besteht dort, wo die Verfahren manuell durchgeführt werden, eine Kommunikationsverbindung zwischen der Bedienungsperson und der Vorrichtung (20).
Wenn die Verfahren auf entweder vollautomatischer Basis oder auf halbautomatischer Basis durchgeführt werden, kommuniziert die Bedienungsperson nicht mit der Vorrichtung (20) noch stellt sie dieser Anweisungen bereit. Stattdessen kommuniziert das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) mit der Vorrichtung (20) und stellt der Vorrichtung (20) Anweisungen zur Betätigung der Vorrichtung (20) bereit. Mit anderen Worten besteht dort, wo die Verfahren auf einer automatisierten Basis durchgeführt werden, keine Kommunikationsverbindung zwischen der Bedienungsperson und der Vorrichtung (20), obgleich zwischen der Bedienungsperson und dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) eine Kommunikationsverbindung bestehen kann.
Wenn das Verfahren vollkommen automatisiert ist, stellt die Bedienungsperson weder der Vorrichtung (20) noch dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) typischerweise Anweisungen außer der anfänglichen Programmierung der Vorrichtung (20) oder jeglichen anschließenden Umprogrammierung (20) bereit, und die Vorrichtung (20) und das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) kommunizieren miteinander, um die Richtung des Bohrens zu steuern.
Wenn das Verfahren halbautomatisch ist, kommuniziert die Bedienungsperson der Vorrichtung (20) mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378), welches dann der Vorrichtung (20) Anweisungen zur Steuerung der Bohrrichtung bereitstellt. Die Kommunikation zwischen der Bedienungsperson und dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) kann auf beliebige Art und Weise durchgeführt werden. In der bevorzugten Ausführungsform kommuniziert die Bedienungsperson mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) durch die Manipulation des Bohrungsgestänges (25). Das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) stellt dann der Vorrichtung (20) Anweisungen auf Basis der Kommunikation zwischen der Bedienungsperson und dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) bereit.
Ungeachtet dessen, ob das Verfahren auf einer manuellen, vollautomatischen oder halbautomatischen Basis durchgeführt wird, müssen der Vorrichtung (20) irgendwie Anweisungen bereitgestellt werden, um die Vorrichtung (20) zu betätigen, damit die Bohrwelle (24) abgelenkt wird.
Wenn die Bedienungsperson des Bohrungsgestängekommunikationssystems (378) der Vorrichtung (20) Anweisungen bezüglich genau einer erforderlichen Betätigung der Vorrichtung (20) bereitstellt, dann werden der Vorrichtung (20) die Anweisungen direkt bereitgestellt. Wenn die Bedienungsperson oder das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) der Vorrichtung (20) Anweisungen bezüglich lediglich der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) oder eines anderen Parameters bereitstellt, dann werden umgekehrt die Anweisungen der Vorrichtung (20) in direkt bereitgestellt, da die Anweisungen betreffend der Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) oder anderer Parameter von der Vorrichtung (20) verarbeitet und in Anweisungen, die sich genau auf die erforderliche Betätigung der Vorrichtung (20) beziehen, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges wiederzugeben, umgewandelt werden müssen.
Zum Beispiel werden die Verfahren gewöhnlich manuell und direkt von der Bedienungsperson durchgeführt, welche der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung (20) Anweisungen bereitstellt, die sich genau auf eine erforderliche Betätigung der Vorrichtung (20) beziehen. Genau kann die Bedienungsperson der Vorrichtung (20) Daten von verschiedenen Sensoren erhalten, welche sich auf die Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) oder der Vorrichtung (20) beziehen. Die Bedienungsperson kann dann diese Daten verarbeiten und der Vorrichtung (20) genaue Anweisungen betreffend der Betätigung der Vorrichtung (20), die zur Erreichung einer gewünschten Ausrichtung der Bohrwelle erforderlich sind, bereitstellen.
Als Alternative dazu können die Verfahren manuell und indirekt von der Bedienungsperson durchgeführt werden, welche der Vorrichtung (20) Anweisungen bereitstellt, die sich lediglich auf die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) beziehen. Genau kann die Bedienungsperson der Vorrichtung (20) Daten von einem Sensor oder von Sensoren erhalten, welche sich auf die Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) beziehen. Die Bedienungsperson kann der Vorrichtung (20) dann Anweisungen in der Form von Daten betreffend der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) bereitstellen, welche die Vorrichtung (20) dann verarbeiten und in genaue Anweisungen zur Betätigung der Vorrichtung umwandeln kann, um die gewünschte Ablenkung des Bohrungsgestänges (25) wiederzugeben.
Die Verfahren können halbautomatisch und direkt von der Bedienungsperson durchgeführt werden, welche mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) kommuniziert, wie zum Beispiel durch die Manipulation des Bohrungsgestänges (25). Das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) sammelt dann Daten, verarbeitet die Daten und erzeugt Anweisungen, die der Vorrichtung (20) bereitgestellt werden und sich genau auf eine erforderliche Betätigung der Vorrichtung (20) beziehen, wobei diese Anweisungen von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Vorrichtung (20) kommuniziert werden.
Als Alternative dazu können die Verfahren halbautomatisch und indirekt von der Bedienungsperson durchgeführt werden, welche mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) kommuniziert, wie zum Beispiel durch die Manipulation des Bohrungsgestänges (25). Das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) sammelt Daten und erzeugt dann Anweisungen, die der Vorrichtung (20) in der Form von Daten betreffend eines Parameters wie etwa die Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) bereitgestellt werden, wobei diese Anweisungen von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Vorrichtung (20) kommuniziert werden. Die Vorrichtung (20) verarbeitet dann die Anweisungen, um die Vorrichtung (20) zu betätigen und um diese Anweisungen, die von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) empfangen wurden, wiederzugeben.
Die Verfahren können vollautomatisch und direkt durchgeführt werden, indem das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) Daten sammelt, die Daten verarbeitet und Anweisungen an die Vorrichtung (20) erzeugt, sich genau auf eine erforderliche Betätigung der Vorrichtung (20) beziehen, wobei diese Anweisungen von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Vorrichtung (20) kommuniziert werden.
Als Alternative dazu können die Verfahren vollautomatisch und indirekt durchgeführt werden, indem das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) Daten sammelt und Anweisungen erzeugt, die der Vorrichtung (20) in der Form von Daten betreffend eines Parameters wie etwa die Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) bereitgestellt werden, wobei diese Anweisungen von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Vorrichtung (20) kommuniziert werden. Die Vorrichtung (20) verarbeitet dann die Anweisungen, um die Vorrichtung (20) zu betätigen und um diese Anweisungen, die von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) empfangen wurden, wiederzuspiegeln.
Wenn das Verfahren vollautomatisiert ist, bringt das Verfahren jedoch wie oben angemerkt das Vorprogrammieren vor Beginn des Bohrvorgangs entweder des Bohrungsgestängekommunikationssystems (378) oder der Vorrichtung (20) oder beider mit sich. Ferner oder als Alternative dazu, kann das Verfahren das Programmieren oder Umprogrammieren bei dem Bohrvorgang oder nach Beginn des Bohrvorgangs entweder des Bohrungsgestängekommunikationssystems (378) oder der Vorrichtung (20) oder beider mit sich bringen.
Zum Beispiel bringen, wenn die Verfahren vollautomatisch und indirekt durchgeführt werden, die Verfahren vorzugsweise das Vorprogrammieren der Vorrichtung (20) mit einer gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) oder einer Reihe an gewünschten Ausrichtungen des Bohrungsgestänges (25) mit sich. Die Vorrichtung (20) kommuniziert dann mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378), um das Bohren für eine vorprogrammierte Zeitdauer in einer erwünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25), gefolgt von dem Bohren für eine vorprogrammierte Zeitdauer in einer zweiten erwünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) und so weiter zu bewirken. Des Weiteren können die Verfahren ferner oder als Alternative dazu das Programmieren oder Umprogrammieren der Vorrichtung (20) mit einer neuen oder weiteren gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) oder einer neuen oder weiteren Reihe an gewünschten Ausrichtungen des Bohrungsgestänges (25) während des Bohrvorgangs mit sich bringen. In diesem Fall können die neuen oder weiteren gewünschten Ausrichtungen an den Vorrichtungsspeicher (380) gesendet werden und zur späteren Wiedergewinnung gespeichert werden.
Die Vorrichtung (20) kann auch unter Verwendung einer Kombination aus vollautomatischen Verfahren, halbautomatischen Verfahren und manuellen Verfahren betrieben werden und kann durch Fachsysteme und künstliche Intelligenz (KI) unterstützt werden, um die tatsächliche Bohrbedingungen, die sich von den erwarteten Bohrbedingungen unterscheiden, anzugehen.
In der bevorzugten Ausführungsform werden die Verfahren halbautomatisch und indirekt durchgeführt. Wie oben beschrieben, wird die Vorrichtung (20) daher vorzugsweise in Zusammenhang mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) verwendet. Ferner kann die Vorrichtung vorzugsweise mit dem System (378) eine Schnittstelle bilden, so dass es mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) kommunizieren und die Daten, die von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) erzeugt wurden, um die Betätigung der Vorrichtung (20) zu steuern, verarbeiten kann. Das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) kann verwendet werden, um Daten, die von einem oder mehreren der Sensoreinrichtungen (362, 366, 376) oder anderen Untertagesensoren bereitgestellt werden, an die Oberfläche zu kommunizieren und kann ferner verwendet werden, um Daten oder Informationen lochabwärts an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung (20) zu kommunizieren.
Wenn die Verfahren halbautomatisch und indirekt durchgeführt werden, kommuniziert die Bedienungsperson, wie angegeben, lediglich mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) und nicht mit der Vorrichtung (20). Vorzugsweise kommuniziert die Bedienungsperson mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) durch die Manipulation des Bohrungsgestänges (25) auf eine gewünschte Ausrichtung. Die bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ermöglicht es der Bedienungsperson des Bohrsystems daher während der Bohrvorgänge hauptsächlich mit der Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) befasst zu sein, da die Vorrichtung (20) mit den Bohrungsgestängekommunikationssysteme (378) eine Schnittstelle bildet und die Ablenkungsanordnung (92) unter Bezugnahme auf die Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) einstellt. Dies wird dadurch ermöglicht, dass unter der Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25), der Ausrichtung des Gehäuses (46) und der Ausrichtung der Ablenkungsanordnung (92) ein Verhältnis festgelegt wird und auf diese Weise die Bohrvorgänge vereinfacht werden.
Ferner geht der Betrieb der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung (20) auf einer indirekten, halbautomatischen Basis vorzugsweise mit dem Festlegen einer gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) vor Beginn der Bohrvorgänge und dem Betätigen der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung (20) und insbesondere der Ablenkungsanordnung (92) zur Ablenkung der Bohrwelle (24), um die gewünschte Ablenkung wiederzugeben, einher. Diese gewünschte Ausrichtung wird dann vorzugsweise beibehalten, bis eine neue gewünschte Ausrichtung festgelegt ist, und erfordert typischerweise das temporäre Unterbrechen des Bohrens, um das Betätigen der Ablenkungsanordnung (92) zu erlauben, um die neue gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) wiederzugeben.
Der Betrieb der Bohrrichtungsteuerungsvorrichtung (20) kann des Weiteren vorzugsweise auch mit dem Beibehalten der Ablenkung der Bohrwelle (24) während Bohrvorgängen einhergehen, so dass die Ablenkung der Bohrwelle (24) weiterhin die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges wiedergibt. Das Beibehalten der Ablenkung der Bohrwelle (24) resultiert in der Beibehaltung von sowohl der Richtung des Vorortantriebs als auch des Ausmaßes des daran angebrachten Bohrmeißels (22).
In der bevorzugten Ausführungsform kann der Schritt des Beibehaltens notwendig sein, wenn während der Bohrvorgänge etwas Drehung des Gehäuses (46) der Vorrichtung (20) erfahren wird, und mit dem Einstellen der Ablenkung der Bohrwelle (25) einhergehen kann, um die Drehung des Gehäuses (46) während der Bohrvorgänge zu berücksichtigen oder um die Betätigung der Ablenkungsanordnung (92) einzustellen, um die Drehversetzung des Gehäuses (46) zu berücksichtigen, da die Ablenkungsanordnung (92) in der bevorzugten Ausführungsform relativ zu dem Gehäuse (46) betätigt wird. Die Betätigung der Ablenkungsanordnung (92) kann des Weiteren auch das Einstellen zur Berücksichtigung unerwünschten Schlüpfens der Innen- und Außenringkupplung (224, 184) oder beider, welche den Innen- bzw. Außenringantriebsmechanismus (170, 164) der Ablenkungsanordnung (92) beinhalten, erfordern.
Noch genauer beinhaltet das Verfahren in der bevorzugten Ausführungsform die Schritte der Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) in einer gewünschten Ausrichtung, das Fühlen der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378), das Kommunizieren der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung (20) und das Betätigen der Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung (20) zur Ablenkung der Bohrwelle (24), um die gewünschte Ausrichtung wiederzugeben. Die Ablenkung der Bohrwelle (24) stellt die notwendige oder erforderliche Richtung des Vorortantriebs und das notwendige oder erforderliche Ausmaß an Ablenkung des Bohrmeißels (22), der an der Bohrwelle (24) angebracht ist, bereit, so dass der Bohrvorgang in die gewünschte Richtung weiterfahren kann und die Bohrrichtung gesteuert werden kann.
Das Bohrungsgestänge (25) kann in die gewünschte Ausrichtung ausgerichtet werden und genauer kann der Schritt des Ausrichtens auf beliebige Art und Weise und durch ein beliebiges Verfahren, das die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) erreichen kann, durchgeführt werden. Vorzugsweise wird das Bohrungsgestänge (25) jedoch von er Oberfläche manipuliert, um die gewünschte Ausrichtung zu erreichen. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Schritt des Ausrichtens ferner das Vergleichen einer gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) mit der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) und das Drehen des Bohrungsgestänges (25), um jegliche Diskrepanz zwischen der gegenwärtigen Ausrichtung und der gewünschten Ausrichtung zu beheben.
Sobald die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) durch die Manipulation des Bohrungsgestänges (25) erreicht worden ist, wird dann die gewünschte Ausrichtung an die Vorrichtung (20) kommuniziert. Die gewünschte Ausrichtung kann an die Vorrichtung (20) entweder von der Oberfläche der Bohrung oder von einer Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung (376), die sich irgendwo auf dem Bohrungsgestänge (25) befindet, kommuniziert werden.
Noch genauer ist die Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung (376) vorzugsweise mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) verbunden, und der Schritt des Kommunizierens wird durch das Kommunizieren der gewünschten Ausrichtung von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Vorrichtung (20) durchgeführt. Mit anderen Worten manipuliert die Bedienungsperson das Bohrungsgestänge (25), um die gewünschte Ausrichtung an das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) zu kommunizieren. Das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) erzeugt dann Anweisungen, die der Vorrichtung (20) in der Form von Daten betreffend der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) bereitgestellt werden, wobei diese Anweisungen von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Vorrichtung (20) kommuniziert werden, um den Schritt des Kommunizierens durchzuführen.
Die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung (20) wird dann betätigt, um die Bohrwelle (24) abzulenken, um die erwünschte Ausrichtung wiederzugeben. In der bevorzugten Ausführungsform empfängt die Vorrichtung (20) die Anweisungen, die von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) kommuniziert wurden, und verarbeitet die Anweisungen, um die Vorrichtung (20) zu betätigen. Noch genauer verarbeitet die Vorrichtung (20) die Anweisungen, die in der Form von Daten betreffend der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) bereitstellt wurden, und wandelt diese Anweisungen dann in Anweisungen betreffend genau der erforderlichen Betätigung der Vorrichtung (20), und insbesondere der Ablenkungsanordnung (92), um, um die gewünschte Ablenkung wiederzugeben.
Die Vorrichtung (20) wird somit betätigt, um die gewünschte Ausrichtung wiederzugeben, indem die Vorrichtung (20) betätigt wird, um die relativen Positionen des Bohrungsgestänges (25) und der Vorrichtung (20) zu berücksichtigen. Die Vorrichtung (20) wird vorzugsweise betätigt, um die gewünschte Ausrichtung wiederzugeben, indem die relativen Positionen des Bohrungsgestänges (25) und des Gehäuses (46) und der Ablenkungsanordnung (92), welche die Vorrichtung (20) beinhaltet, zu berücksichtigen.
Die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung (20) kann auf beliebige Art und Weise betätigt werden und kann getrennt von dem Drehbohrsystem angetrieben werden. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Vorrichtung (20) und insbesondere die Ablenkungsanordnung (92) jedoch durch die Drehung des Bohrungsgestänges (25), wie oben detailliert beschrieben, betätigt. In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Schritt des Betätigens das Drehen des Bohrungsgestänges (25).
Das Verfahren beinhaltet ferner vorzugsweise den weiteren Schritt des periodischen Kommunizierens der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung (20). Die gegenwärtige Ausrichtung kann auf beliebige Art und Weise und zu beliebigen Abständen periodisch kommuniziert werden. Die gegenwärtige Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) wird jedoch vorzugsweise nach einer bestimmten Verzögerung periodisch an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung (20) kommuniziert. Zudem beinhaltet der Schritt des periodischen Kommunizierens der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) an die Vorrichtung (20) vorzugsweise das periodische Kommunizieren der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Vorrichtung (20).
Der Schritt des Betätigens beinhaltet somit vorzugsweise das Warten über einen Zeitraum, der gleich oder größer als die vorbestimmte Verzögerung ist, sobald das Bohrungsgestänge (25) in der gewünschten Ausrichtung ausgerichtet ist, so dass die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) an die Vorrichtung (20) kommuniziert wird, und dann das Drehen des Bohrungsgestänges (25), um die Vorrichtung (20) zu betätigen, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) wiederzugeben.
Wie vorher beschrieben, beinhaltet die Vorrichtung (20) ferner schließlich vorzugsweise den Vorrichtungsspeicher (380). In diesem Fall beinhaltet das Verfahren ferner vorzugsweise den Schritt des Speicherns der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) in dem Vorrichtungsspeicher (380), wenn sie an die Vorrichtung (20) kommuniziert wird.
Wenn die Vorrichtung (20) einen Vorrichtungsspeicher (380) umfasst, beinhaltet in diesem Fall der Schritt des Betätigens vorzugsweise ferner die Schritte des Wiedergewinnens der gegenwärtigen letzten in dem Vorrichtungsspeicher (380) gespeicherten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) aus dem Vorrichtungsspeicher (380) und dann das Drehen des Bohrungsgestänges (25), um die Vorrichtung (20) zu betätigen, damit die letzte gegenwärtige Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25), die in dem Vorrichtungsspeicher (380) gespeichert wurde, wiedergegeben wird.
Schließlich beinhaltet in der bevorzugten Ausführungsform das Verfahren den Schritt des Beibehaltens der Ablenkung der Bohrwelle (24), um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) während des Betriebs des Drehbohrsystems wiederzugeben. Der Schritt des Beibehaltens der Ausrichtung beinhaltet vorzugsweise das Kommunizieren der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Vorrichtung (20) und das Betätigen der Vorrichtung (20), um die Ablenkung der Bohrwelle (24) einzustellen, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) und die gegenwärtige Ausrichtung der Bohrwelle (24) wiederzugeben.
In einem ersten angewandten Beispiel, das sich auf das obige bevorzugte Verfahren bezieht, werden die nachfolgend dargelegten Schritte durchgeführt.
Als Erstes wird erlaubt, dass die Zirkulation oder der Durchfluss von Bohrfluid durch das Bohrungsgestänge (25) sowie die Drehgeschwindigkeit oder U/min des Bohrungsgestänges (25) über einen diskreten Zeitraum unter einen vorbestimmten Grenzwert sinken oder fallen. Vorzugsweise sind zum Beispiel sowohl die Zirkulation als auch die Drehung gleichzeitig über einen diskreten Zeitraum bei Null.
Als Zweites wird beim Halten der Drehgeschwindigkeit des Bohrungsgestänges (25) unter dem Grenzwert und vorzugsweise beim Halten dieser bei Null, mit dem Pumpen des Bohrfluids das Bohrungsgestänge (25) hinunter begonnen und anschließend auf eine Geschwindigkeit erhöht, bei der die MWD-Einrichtung (378) das Geschehen der Zirkulation über einen Drucksensor aufzeichnet. Diese Information geht dann von der MWD-Einrichtung (378) zu der Vorrichtung (20) über. Die Vorrichtung (20) erkennt, dass die Bohrwelle (24), die durch sie hindurch läuft, sich nicht dreht, und wählt eine „Ablenkung EIN" Einstellung aus.
Als Drittes beginnt die MWD-Einrichtung (378), kurz nachdem sie erstmals die Zirkulation fühlt, mit dem Erlangen gegenwärtiger Werte der MWD-Richtung des Vorortantriebs oder gegenwärtiger Ausrichtungswerte des Bohrungsgestänges (25), welche sie an die Oberfläche pulsiert. Nachdem ein vorbestimmter Zeitraum, vorzugsweise eine Minute, vergangen ist, beginnt auch die MWD-Einrichtung (378) damit, Werte der MWD-Richtung des Vorortantriebs oder gegenwärtige Ausrichtungswerte des Bohrungsgestänges (25) an die Vorrichtung (20) zu schicken. Diese Werte werden jedoch erste geschickt, wenn sie ein vorbestimmtes Alter, vorzugsweise 30 Sekunden, erreicht haben.
Als Viertes überwacht die Bedienungsperson an der Oberfläche die gegenwärtige MWD-Richtung des Vorortantriebs oder die Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25). Wenn der angezeigte Wert oder die angezeigte Richtung nicht gleich oder ausreichend nahe dem erforderlichen Wert oder der erforderlichen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) ist, dann dreht die Bedienungsperson das Bohrungsgestänge (25) durch einen angemessenen Winkel und wartet auf eine Aktualisierung der Ausrichtung von der MWD-Einrichtung (378).
Als Fünftes darf, wenn die Bedienungsperson damit zufrieden ist, dass der gegenwärtige Wert der MWD-Richtung des Vorortantriebs oder die gegenwärtige Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) gemäß der gewünschten Ausrichtung ist, der vorbestimmte Zeitraum, der 1 Minute beträgt, verstreichen gelassen, bevor mit der kontinuierlichen Drehung des Bohrungsgestänges (25) begonnen wird. Dies gewährleistet, dass die 30 Sekunden alte Richtung des Vorortantriebs oder Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25), die in dem Vorrichtungsspeicher (380) der Vorrichtung (20) gespeichert ist, mit der an der Oberfläche angezeigten MWD-Richtung des Vorortantriebs oder Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) identisch ist.
Als Sechstes weist der Beginn der kontinuierlichen Drehung des Bohrungsgestänges (25) die Vorrichtung (20) an, die Richtung des Vorortantriebs oder die gegenwärtige Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25), die gegenwärtig in ihrem Speicher (380) gespeichert ist, als die Richtung des Vorortantriebs oder die gewünschte Ausrichtung, die während des Bohrens erforderlich ist, anzunehmen.
Als Alternative dazu kann das Verfahren die Schritte des Kommunizierens einer gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung (20) und das Betätigen der Vorrichtung (20) zur Ablenkung der Bohrwelle (24), um die gewünschte Ausrichtung wiederzugeben, beinhalten. Die gewünschte Ausrichtung kann an die Vorrichtung (20) entweder von der Oberfläche der Bohrung oder von einer Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung (376), die sich irgendwo auf dem Bohrungsgestänge (25) befindet, kommuniziert werden.
Noch genauer ist in der alternativen Ausführungsform die Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung (376) vorzugsweise mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) verbunden, und der Schritt des Kommunizierens wird durch das Kommunizieren der gewünschten Ausrichtung von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Vorrichtung (20) durchgeführt. Mit anderen Worten manipuliert die Bedienungsperson das Bohrungsgestänge (25), um die gewünschte Ausrichtung an das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) zu kommunizieren. Das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) erzeugt dann Anweisungen, die der Vorrichtung (20) in der Form von Daten betreffend der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) bereitgestellt werden, wobei diese Anweisungen von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Vorrichtung (20) kommuniziert werden, um den Schritt des Kommunizierens durchzuführen.
Die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung (20) wird dann betätigt, um die Bohrwelle (24) abzulenken, um die erwünschte Ausrichtung wiederzugeben. Die Vorrichtung (20) empfängt die Anweisungen, die von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) kommuniziert wurden, und verarbeitet die Anweisungen, um die Vorrichtung (20) zu betätigen. Noch genauer verarbeitet die Vorrichtung (20) die Anweisungen, die in der Form von Daten betreffend der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) bereitstellt wurden, und wandelt diese Anweisungen dann in Anweisungen betreffend genau der erforderlichen Betätigung der Vorrichtung (20), und insbesondere der Ablenkungsanordnung (92) um, um die gewünschte Ablenkung wiederzuspiegeln.
Die Vorrichtung (20) wird somit betätigt, um die gewünschte Ausrichtung wiederzugeben, indem die Vorrichtung (20) betätigt wird, um die relativen Positionen des Bohrungsgestänges (25) und der Vorrichtung (20) zu berücksichtigen. Die Vorrichtung (20) wird vorzugsweise betätigt, um die gewünschte Ausrichtung wiederzugeben, indem die relativen Positionen des Bohrungsgestänges (25) und des Gehäuses (46) und der Ablenkungsanordnung (92), welche die Vorrichtung (20) beinhaltet, zu berücksichtigen.
Die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung (20) kann auf beliebige Art und Weise betätigt werden und kann getrennt von dem Drehbohrsystem angetrieben werden. Vorzugsweise wird die Vorrichtung (20) und insbesondere die Ablenkungsanordnung (92) jedoch durch die Drehung des Bohrungsgestänges (25), wie oben detailliert beschrieben, betätigt. Der Schritt des Betätigens beinhaltet somit das Drehen des Bohrungsgestänges (25).
Das alternative Verfahren beinhaltet ferner vorzugsweise den weiteren Schritt des periodischen Kommunizierens der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung (20). Die gegenwärtige Ausrichtung kann auf beliebige Art und Weise und zu beliebigen Abständen periodisch kommuniziert werden. Die gegenwärtige Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) wird jedoch vorzugsweise nach einer bestimmten Verzögerung periodisch an die Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung (20) kommuniziert. Zudem beinhaltet der Schritt des periodischen Kommunizierens der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) an die Vorrichtung (20) vorzugsweise das periodische Kommunizieren der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Vorrichtung (20).
In der alternativen Ausführungsform beinhaltet der Schritt des Betätigens vorzugsweise das Warten über einen kürzeren Zeitraum als die vorbestimmte Verzögerung, so dass die gegenwärtige Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) nicht an die Vorrichtung (20) kommuniziert wird, und dann das Drehen des Bohrungsgestänges (25), um die Vorrichtung (20) zu betätigen, um die gewünschte Ausrichtung wiederzugeben.
Schließlich beinhaltet das alternative Verfahren ferner vorzugsweise den Schritt des Speicherns der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) in dem Vorrichtungsspeicher (380), wenn sie an die Vorrichtung (20) kommuniziert wird.
In diesem Fall beinhaltet der Schritt des Betätigens vorzugsweise die Schritte des Wiedergewinnens der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) aus dem Vorrichtungsspeicher (380) und dann das Drehen des Bohrungsgestänges (25), um die Vorrichtung (20) zu betätigen, damit die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25), die in dem Vorrichtungsspeicher (380) gespeichert wurde, wiedergegeben wird.
Schließlich beinhaltet das alternative Verfahren vorzugsweise auch den Schritt des Beibehaltens der Ablenkung der Bohrwelle (24), um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) während des Betriebs des Drehbohrsystems wiederzugeben. Der Schritt des Beibehaltens der Ausrichtung beinhaltet vorzugsweise das Kommunizieren der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Vorrichtung (20) und das Betätigen der Vorrichtung (20), um die Ablenkung der Bohrwelle (24) einzustellen, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) und die gegenwärtige Ausrichtung der Bohrwelle (24) wiederzugeben.
In einem zweiten angewandten Beispiel, das sich auf das obige bevorzugte Verfahren bezieht, werden die unten dargelegten Schritte durchgeführt.
Als Erstes wird erlaubt, dass die Zirkulation oder der Durchfluss von Bohrfluid durch das Bohrungsgestänge (25) sowie die Drehgeschwindigkeit oder U/min des Bohrungsgestänges (25) über einen diskreten Zeitraum unter einen vorbestimmten Grenzwert sinken oder fallen. Vorzugsweise sind zum Beispiel sowohl die Zirkulation als auch die Drehung gleichzeitig über einen diskreten Zeitraum bei Null.
Als Zweites wird beim Halten der Drehgeschwindigkeit des Bohrungsgestänges (25) unter dem Grenzwert und vorzugsweise bei Null, mit dem Pumpen des Bohrfluids das Bohrungsgestänge (25) hinunter begonnen und anschließend auf eine Geschwindigkeit erhöht, bei der die MWD-Einrichtung (378) das Geschehen der Zirkulation über einen Drucksensor aufzeichnet. Diese Information geht dann von der MWD-Einrichtung (378) zu der Vorrichtung (20) über. Die Vorrichtung (20) erkennt, dass die Bohrwelle (24), die durch sie hindurch läuft, sich nicht dreht, und wählt die „Ablenkung EIN" Einstellung aus.
Als Drittes wird dann mit der kontinuierlichen Drehung des Bohrungsgestänges (25) begonnen, bevor der vorbestimmte Zeitraum (vorzugsweise eine Minute) nach dem Beginn der Zirkulation abgelaufen ist. Dies weist die Vorrichtung (20) an, die Richtung des Vorortantriebs oder die Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25), die gegenwärtig in dem Vorrichtungsspeicher (380) gespeichert ist, als die gewünschte Richtung des Vorortantriebs oder Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25), die während des Bohrens erforderlich ist, anzunehmen. Falls in den Vorrichtungsspeicher (380) keine aktualisierten Daten der MWD-Richtung des Vorortantriebs oder aktualisierte gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) geschrieben oder diesem keine solchen bereitgestellt worden sind, werden die Richtung des Vorortantriebs oder die Ausrichtung, die vor Abbrechen der Drehung und Zirkulation gespeichert wurden, als gewünschte Richtung des Vorortantriebs oder gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25), die während des Bohrens erforderlich ist, beibehalten.
Falls gewünscht wird, dass die Ablenkungsanordnung (92) die Bohrwelle (24) nicht ablenkt und somit das Bohren einer geraden Bohrung erlaubt oder berücksichtigt, werden in einem dritten spezifischen angewandten Beispiel des Verfahrens der Erfindung außerdem die nachfolgenden Schritte durchgeführt.
Als Erstes wird erlaubt, dass die Zirkulation oder der Durchfluss von Bohrfluid in dem Bohrungsgestänge (25) sowie die Drehgeschwindigkeit oder U/min des Bohrungsgestänges (25) über einen diskreten Zeitraum unter einen vorbestimmten Grenzwert sinken oder fallen. Vorzugsweise sind zum Beispiel wiederum sowohl die Zirkulation als auch die Drehung gleichzeitig über einen diskreten Zeitraum bei Null.
Als Zweites wird mit der Drehung des Bohrungsgestänges (25) begonnen und diese über einen diskreten Zeitraum vor Beginn der Zirkulation von Bohrfluid durch das Bohrungsgestänge (25) weitergeführt. Die Vorrichtung (20) erkennt, dass die Drehung des Bohrungsgestänges (25) geschieht und, mangels vorheriger Information von der MWD-Einrichtung (378), dass die Zirkulation angefangen hat, wählt die Vorrichtung (20) die „Ablenkung AUS" Einstellung.
Aus den oben erwähnten drei angewandten Beispielen der Verfahren der vorliegenden Erfindung ist ersichtlich, dass die Vorrichtung (20) vorzugsweise durch die Sequenz und die Zeitgebung des Beginnens der Drehung des Bohrungsgestänges (25) und des Beginnens der Zirkulation oder des Flusses von Bohrfluid innerhalb des Bohrungsgestänges (25) aktiviert wird. Die Vorrichtung (20) kann ferner durch eine beliebige oder alle der verschiedenen Permutationen oder Kombinationen, die sich auf die Sequenz und Zeitgebung des Beginnens der Drehung und Zirkulation beziehen, aktiviert werden oder so konfiguriert werden, dass sie auf diese reagiert.
Ferner zieht die Vorrichtung (20) vorzugsweise Erkundigungen über das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) ein, nachdem sie eine Änderung entweder der Drehung des Bohrungsgestänges (25) oder der Zirkulation des Bohrfluids oder beider gefühlt hat. Die Vorrichtung (20) kann zum Beispiel Erkundigungen einziehen, wenn sie eine Änderung des Zustandes der Drehung des Bohrungsgestänges (25) über oder unter einem vorbestimmten Grenzwert fühlt. Ferner kann die Vorrichtung (20) Erkundigungen einziehen, wenn sie eine Änderung des Zustandes der Zirkulation des Bohrfluids innerhalb des Bohrungsgestänges (25) über oder unter einem vorbestimmten Grenzwert fühlt.
Ein weiteres Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform illustriert, aus der Perspektive eines Softwaredesigns, wie die Sequenzierung und Zeitgebung des Beginns der Drehung des Bohrungsgestänges (25) und der Zirkulation des Bohrfluids durch das Bohrungsgestänge (25) verwendet werden kann, um die Betätigung der Vorrichtung (20) zu bewirken und ist wie folgt.
Als Erstes kann die Vorrichtung (20) fühlen, dass die Drehung des Bohrungsgestänges (25) unter ein Grenzwertniveau, wie beispielsweise zehn Umdrehungen pro Minute, gefallen ist. Die Vorrichtung setzt dann eine Abfrage des Zirkulationszustandmeißels fest, die dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) angibt, dass die Vorrichtung (20) darüber Bescheid wissen möchte, ob die Zirkulation von Bohrfluid durch das Bohrungsgestänge (25) über einem Grenzwertniveau geschieht.
Das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) liest diese Zustandsnachricht von der Vorrichtung (20) vorzugsweise ungefähr alle Sekunden lang und bestimmt, ob die Vorrichtung (20) wissen möchte, ob das Grenzwertniveau der Zirkulation geschieht. Das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) fragt auch dauernd alle Systeme, die mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) auf dem Kommunikationsbus verknüpft sind, auf Daten und Dateiabfragen ab und bewegt diese Daten für die verschiedenen Systeme, einschließlich der Vorrichtung (20), herum.
Als Reaktion auf die Abfrage von der Vorrichtung (20), befragt das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) den Drucksensor, der die Zirkulation von Bohrfluid fühlt und bestimmt, ob die Zirkulation tatsächlich auf einem Niveau über dem Grenzwertniveau geschieht.
Das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) schickt eine Nachricht an die Vorrichtung (20), die den Zustand der Zirkulation angibt. Wenn der von dem Drucksensor gefühlte Druck über dem Grenzwert liegt, dann wird die Zirkulation als „ein" angesehen. Wenn der Zustand der Zirkulation „ein" ist, dann bleibt die Vorrichtung (20) in ihrer gegenwärtigen Ausrichtung betätigt, wenn die Drehung des Bohrungsgestänges (25) wiederum bei einer Geschwindigkeit über der Grenzwertdrehgeschwindigkeit beginnt.
Wenn die Zirkulation als „aus" angesehen wird, dann wird die Vorrichtung (20) auf einen Zustand festgesetzt, in dem sie einen möglichen Befehl erhalten kann, der bewirkt, dass die Betätigungsposition der Vorrichtung (20) geändert wird. Die Vorrichtung (20) setzt somit die Abfrage über den Zirkulationszustandsmeißel weiterhin so fest, dass die Vorrichtung (20) kontinuierliche periodische Aktualisierungen von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) über den Zustand der Zirkulation empfängt.
Wenn die Drehung des Bohrungsgestänges (25) über der Grenzwertgeschwindigkeit vor der Zirkulation von Bohrfluid über dem Grenzwertniveau beginnt, dann wartet die Vorrichtung (20) und überwacht den Zirkulationszustand. Wenn die Zirkulation vor einem voreingestellten Timeout-Zeitraum (vorzugsweise ungefähr 10 Minuten) abläuft, dann betätigt die Vorrichtung (20) den „Ablenkung AUS" Modus. Wenn die Zirkulation beginnt, bevor der Timeout-Zeitraum abgelaufen ist, dann bleibt die Vorrichtung (20) in ihrer gegenwärtigen Ausrichtung betätigt.
Wenn die Abfrage nach dem Zirkulationszustandsmeißel von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) als wahr von unwahr festgesetzt ist (wodurch angegeben wird, ob die Zirkulation über dem Grenzwertniveau begonnen hat), dann überprüft die Vorrichtung (20) umgehend den Drehzustand, um zu sehen, ob sich das Bohrungsgestänge (25) mit einer höheren Geschwindigkeit als die Grenzwertgeschwindigkeit dreht.
Wenn sich das Bohrungsgestänge (25) mit einer Geschwindigkeit über dem Grenzwertniveau dreht, dann bleibt die Vorrichtung (20) in ihrer gegenwärtigen Ausrichtung betätigt.
Wenn sich das Bohrungsgestänge (25) nicht mit einer Geschwindigkeit über dem Grenzwertniveau dreht, dann wartet die Vorrichtung auf eines von vier möglichen Ereignissen, die geschehen. Außerdem beginntdas Bohrungsgestängekommunikationssystem (378), sobald erfasst, dass die Zirkulation von Bohrfluid geschieht, mit der Datenerfassung von Daten betreffend der Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) und der Speicherung dieser in dem Systemspeicher.
Bei Ereignis 1 beginnt die Drehung des Bohrungsgestänges (25) mit dem Laufen über der Grenzwertgeschwindigkeit bevor eine voreingestellte „FORTSETZUNG" Timeout-Zeitperiode abgelaufen ist. Die FORTSETZUNG Timeout-Zeitperiode beträgt vorzugsweise ungefähr 1 Minute. Wenn Ereignis 1 geschieht, ruft die Vorrichtung (20) von dem Vorrichtungsspeicher ab, was die vorhergehende Ausrichtungseinstellung war, und betätigt nach dieser Einstellung, indem in die Ablenkungsanordnung (92) eingegriffen wird.
Bei Ereignis 2 beginnt die Drehung des Bohrungsgestänges (25) mit dem Laufen über der Grenzwertgeschwindigkeit nach dem FORTSETZUNG Timeout, aber bevor ein „LÖSCHEN" Timeout abgelaufen ist. Wie vorher angegeben, erfasst und speichert, während Intervallen, wenn die Drehung nicht über der Grenzwertgeschwindigkeit geschieht, aber die Zirkulation von Bohrfluid über dem Grenzwertniveau geschieht, das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) konstant Daten betreffend der Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25).
Zur gleichen Zeit übermittelt das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) Daten betreffend der Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) zur Oberfläche, wo die Daten in virtueller Echtzeit angezeigt werden, so dass sie für die Bedienungsperson ersichtlich sind.
Die Bedienungsperson richtet dann das Bohrungsgestänge (25) nach der gewünschten Ausrichtung aus und hält die gewünschte Ausrichtung während eines Zeitraum, der ausreicht, um zu gewährleisten, dass die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) an die Oberfläche und an die Vorrichtung (20) kommuniziert worden ist, stabil und dann vorzugsweise zusätzliche dreißig Sekunden länger, um zu gewährleisten, dass die Daten betreffend der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) stabil sind. Wenn die erforderliche Zeit zur Gewährleistung der richtigen Kommunikation von Daten zum Beispiel dreißig Sekunden beträgt, dann wird das Bohrungsgestänge (25) vorzugsweise mindestens sechzig Sekunden lang ortsfest gehalten.
Sobald das Bohrungsgestänge (25) nach der gewünschten Ausrichtung ausgerichtet worden ist und die richtige Wartezeit abgelaufen ist, dann wird die Drehung des Bohrungsgestänges (25) bei einer Geschwindigkeit über der Grenzwertgeschwindigkeit darin resultieren, dass die Vorrichtung (20) die Drehung intern mit ihrem Drehzahlsensor (375) fühlt. Die Vorrichtung (20) setzt dann eine Abfrage über den gewünschten Ausrichtungsbitschalter für einen Wert für die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) fest. Das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) liest die Abfragenachricht innerhalb ungefähr 1 Sekunde und schickt der Vorrichtung (20) Daten betreffend der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25). Das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) ruft dann von seinem Systemspeicher die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) ab und übermittelt der Vorrichtung (20) auf dem Kommunikationsbus Daten betreffend der gewünschten Ausrichtung.
Die Vorrichtung (20) empfängt die Daten, beseitigt den Abfragebitschalter und beginnt mit der Betätigung der Ablenkungsanordnung der Vorrichtung (20), um die Vorrichtung (20) zu betätigen, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) wiederzugeben. Mittlerweile beantragt das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) nun Ausrichtungsdaten lediglich von der Vorrichtung (20) anstelle der Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung (376) und übermittelt die Ausrichtungsdaten an die Oberfläche. Das Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) übermittelt Daten des Bohrungsgestängeausrichtungssensors (376), wenn die Geschwindigkeit der Drehung unter der Grenzwertgeschwindigkeit liegt und Daten der Vorrichtungsausrichtung, wenn die Geschwindigkeit der Drehung über der festgesetzten Grenzwertgeschwindigkeit liegt.
Bei Ereignis 3 läuft das LÖSCHEN Timeout ab. Wenn die Drehung des Bohrungsgestänges (25) nicht vor dem Ablaufen des LÖSCHEN Befehls beginnt, dann hört die Vorrichtung (20) damit auf, jegliche Befehle wiederzuerkennen, bis der Zirkulationsbitschalter falsch wird (womit angezeigt wird, dass die Zirkulation über dem Grenzwertniveau aufgehört hat). In diesem Fall bleibt die Vorrichtung (20) in ihrer gegenwärtigen Betätigungsausrichtung betätigt, wenn die Drehung später beginnt. Wenn der Ablenkung AUS Modus diese gegenwärtige Betätigung ist, dann fährt die Vorrichtung (20) in dem Ablenkung AUS Modus fort. Wenn der Ablenkung EIN Modus ein war, dann fährt die Vorrichtung in ihrer vorhergehenden Betätigungsausrichtung fort.
Bei Ereignis 4 geht der Zirkulationszustand zu falsch zurück (womit angezeigt wird, dass die Zirkulation über dem Grenzwert aufgehört hat). In diesem Fall kehrt die Vorrichtung (20) in einen Zustand, wo sie auf einen Modusbefehl wartet, zurück und wird im Grunde zu Ausgangsbedingungen zurückgesetzt und wartet auf einen Befehl, der ihr mitteilt, was als Nächstes zu tun ist.

Claims

Eine Bohrrichtungssteuervorrichtung (20), die Folgendes beinhaltet: (a) eine drehbare Bohrwelle (24); (b) ein Gehäuse (46) zum drehbaren Stützen einer Länge der Bohrwelle (24) zur Drehung darin; und (c) eine Bohrwellen-Ablenkungsanordnung (92), die in dem Gehäuse (46) enthalten ist und sich axial zwischen einer ersten Stützstelle und einer zweiten Stützstelle befindet, um die Bohrwelle (24) zwischen der ersten Stützstelle und der zweiten Stützstelle zu biegen, wobei die Bohrwelle (24) keine elastischen Gelenke oder Gelenkverbindungen darin umfasst, und wobei die Ablenkungsanordnung (92) Folgendes beinhaltet: (i) einen Außenring (156), der drehbar auf einer kreisförmigen Innenumfangsfläche des Gehäuses (46) gestützt wird und der eine kreisförmige Innenumfangsfläche (162) aufweist, die bezüglich des Gehäuses (46) exzentrisch ist; und (ii) einen Innenring (158), der auf der kreisförmigen Innenumfangsfläche (162) des Außenrings (156) drehbar gestützt wird und der eine kreisförmige Innenumfangsfläche (168) aufweist, die in die Bohrwelle (24) eingreift und die bezüglich der kreisförmigen Innenumfangsfläche (162) des Außenrings (156) exzentrisch ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner ein erstes Radiallager beinhaltet, das sich an der ersten Stützstelle befindet, und ferner ein zweites Radiallager beinhaltet, das sich an der zweiten Stützstelle befindet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das erste Radiallager ein distales Radiallager (82) beinhaltet, wobei die erste Stützstelle eine distale Radiallagerstelle (86) beinhaltet, wobei das zweite Radiallager ein proximales Radiallager (84) beinhaltet, und wobei die zweite Stützstelle eine proximale Radiallagerstelle (90) beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei das distale Radiallager (82) ein Drehpunktlager (88) beinhaltet, das das Schwenken der Bohrwelle (24) an der distalen Radiallagerstelle (86) erleichtert.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner eine dem Gehäuse (46) zugehörige Vorrichtung (252) beinhaltet, um die Drehung des Gehäuses (46) einzuschränken.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, die ferner eine distale Abdichtung (280) beinhaltet, die radial zwischen dem Gehäuse (46) und der Bohrwelle (24) an einem distalen Ende (50) des Gehäuses (46) positioniert ist, die ferner eine proximate Abdichtung (282) beinhaltet, die radial zwischen dem Gehäuse (46) und der Bohrwelle (24) an einem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) positioniert ist, wobei sich die Ablenkungsanordnung (92) axial zwischen dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46) und dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) befindet, wobei sich die distale Radiallagerstelle (86) axial zwischen dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46) und der Ablenkungsanordnung (92) befindet, und wobei sich die proximate Radiallagerstelle (90) axial zwischen dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) und der Ablenkungsanordnung (92) befindet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, die ferner ein in dem Gehäuse (46) enthaltenes distales Axiallager (94) zum drehbaren axialen Stützen der Bohrwelle (24) an einer distalen Axiallagerstelle (98) beinhaltet und ferner ein in dem Gehäuse (46) enthaltenes proximales Axiallager (96) zum drehbaren axialen Stützen der Bohrwelle (24) an einer proximalen Axiallagerstelle (100) beinhaltet, wobei sich die distale Axiallagerstelle (98) axial zwischen dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46) und der Ablenkungsanordnung (92) befindet, und wobei sich die proximale Axiallagerstelle (100) axial zwischen dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) und der Ablenkungsanordnung (92) befindet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei das distale Axiallager (94) das Drehpunktlager (88) beinhaltet, so dass sich die distale Axiallagerstelle (98) an der distalen Radiallagerstelle (86) befindet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei das Drehpunktlager (88) eine Drehpunktlageranordnung beinhaltet, wobei die Drehpunktlageranordnung mindestens eine Reihe kugelförmiger Axiallager beinhaltet, die an einer ersten axialen Position (102) positioniert sind, mindestens eine Reihe kugelförmiger Axiallager, die an einer zweiten axialen Position (104) positioniert sind, und mindestens eine Reihe kugelförmiger Radiallager, die an einer dritten axialen Position (106) positioniert sind, und wobei sich die dritte axiale Position (106) zwischen der ersten axialen Position (102) und der zweiten axialen Position (104) befindet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die kugelförmigen Axiallager und die kugelförmigen Radiallager im Wesentlichen um ein gemeinsames Drehzentrum angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei sich die proximale Axiallagerstelle (100) axial zwischen dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) und der proximalen Radiallagerstelle (90) befindet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei das Innere des Gehäuses (46) eine Fluidkammer (284) zwischen dem distalen Ende (50) des Gehäuses (46) und dem proximalen Ende (48) des Gehäuses (46) definiert und wobei die Fluidkammer (284) mit einem Schmierfluid gefüllt ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei das in der Fluidkammer (284) enthaltene Schmierfluid einen Druck aufweist und wobei die Vorrichtung (20) ferner ein Druckausgleichsystem (326) zum Abgleichen des Drucks des in der Fluidkammer (284) enthaltenen Schmierfluids mit dem Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses (46) beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei das Druckausgleichsystem (326) eine Drucköffnung (328) in dem Gehäuse (46) beinhaltet, so dass der Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses (46) an die Fluidkammer (284) kommuniziert werden kann.
Vorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei das Druckausgleichsystem (326) ferner eine supplementäre Druckquelle (330) zum Ausüben von Druck auf das in der Fluidkammer (284) enthaltene Schmierfluid beinhaltet, so dass der Druck des in der Fluidkammer (284) enthaltenen Schmierfluids höher als der Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses (46) gehalten wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei das Druckausgleichsystem (326) ferner eine Abgleichkolbenanordnung (336) beinhaltet, wobei die Abgleichkolbenanordnung (336) eine Kolbenkammer (338), die durch das Innere des Gehäuses (46) definiert wird, und einen innerhalb der Kolbenkammer (338) enthaltenen bewegbaren Kolben (340), der die Kolbenkammer (338) in eine Fluidkammerseite (342) und eine Abgleichseite (344) trennt, beinhaltet, wobei die Fluidkammerseite (342) mit der Fluidkammer (284) verbunden ist, wobei die Drucköffnung (328) mit der Abgleichseite (344) der Kolbenkammer (338) in Kommunikation steht, und wobei die supplementäre Druckquelle (330) auf die Abgleichseite (344) der Kolbenkammer (338) wirkt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei die supplementäre Druckquelle (330) eine Vorspannvorrichtung beinhaltet, die einen supplementären Druck auf den Kolben (340) ausübt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 17, wobei die Vorspannvorrichtung eine Feder (346) beinhaltet, die in der Abgleichseite (344) der Kolbenkammer (338) enthalten ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Drehungseinschränkungsvorrichtung (252) mindestens eine Rolle (254) auf dem Gehäuse (46) beinhaltet, wobei die Rolle (254) eine Drehachse aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse (256) des Gehäuses (46) ist und so ausgerichtet ist, dass sie als Reaktion auf eine auf die Rolle (254) ausgeübte Kraft im Wesentlichen in die Richtung der Längsachse (256) des Gehäuses (46) um ihre Drehachse rollen kann.
Vorrichtung gemäß Anspruch 19, wobei die Rolle (254) eine Umfangsfläche (264) um ihre Peripherie beinhaltet und wobei die Umfangsfläche (264) eine Eingriffsfläche (266) zum Eingreifen in eine Bohrlochwand zum Einschränken der Drehung des Gehäuses (46) beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 20, wobei die Eingriffsfläche (266) die Umfangsfläche (264) der Rolle (254), die verjüngt ist, beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 21, wobei die Rolle (254) zur Bewegung zwischen einer eingezogenen Position und einer ausgestreckten Position, in der sie sich radial von dem Gehäuse (46) erstreckt, fähig ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 22, die ferner eine Vorspannvorrichtung (262) zum Vorspannen der Rolle (254) in die ausgestreckte Position beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 23, wobei die Vorspannvorrichtung (262) mindestens eine Feder beinhaltet, die zwischen dem Gehäuse (46) und der Rolle (254) wirkt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 24, wobei die Drehungseinschränkungsvorrichtung (252) eine Vielzahl von Rollen (254) beinhaltet, die um eine Peripherie des Gehäuses (46) mit Abstand angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 25, wobei die Drehungseinschränkungsvorrichtung (252) drei Drehungseinschränkungswagenanordungen (258) beinhaltet, die im Wesentlichen gleichmäßig um die Peripherie des Gehäuses (46) mit Abstand angeordnet sind, wobei jede Drehungseinschränkungswagenanordung (258) drei Sätze Rollen (254) beinhaltet, die axial entlang dem Gehäuse (46) mit Abstand angeordnet sind, und wobei jeder Satz (257) Rollen (254) vier koaxiale, Seite an Seite mit Abstand angeordnete Rollen beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Drehungseinschränkungsvorrichtung (252) mindestens einen Kolben (268) auf dem Gehäuse (46) beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 27, wobei der Kolben (268) zur Bewegung zwischen einer eingezogenen Position und einer ausgestreckten Position, in der er sich radial von dem Gehäuse (46) erstreckt, fähig ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 28, die ferner eine Betätigungselementvorrichtung (272) zum Bewegen des Kolbens (268) zwischen der eingezogenen Position und der ausgestreckten Position beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 29, wobei die Betätigungselementvorrichtung (272) eine hydraulische Pumpe beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 30, wobei die Drehungseinschränkungsvorrichtung (252) eine Vielzahl von Kolben (268) beinhaltet, die um eine Peripherie des Gehäuses (46) mit Abstand angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 31, wobei die Drehungseinschränkungsvorrichtung (252) drei Drehungseinschränkungswagenanordungen (274) beinhaltet, die im Wesentlichen gleichmäßig um die Peripherie des Gehäuses (46) angeordnet sind, wobei jede Drehungseinschränkungswagenanordung (274) eine Vielzahl von Kolben (268) beinhaltet, die axial entlang dem Gehäuse (46) angeordnet sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die distale Abdichtung (280) mit Schmierfluid von der Fluidkammer (284) geschmiert wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 33, wobei die distale Abdichtung (280) einen distalen Filtermechanismus zum Filtern des Schmierfluids aus der Fluidkammer (284) beinhaltet, so dass die distale Abdichtung (280) mit gefiltertem Schmierfluid geschmiert wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die proximale Abdichtung (282) mit Schmierfluid von der Fluidkammer (284) geschmiert wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 35, wobei die proximale Abdichtung (282) einen proximalen Filtermechanismus zum Filtern des Schmierfluids aus der Fluidkammer (284) beinhaltet, so dass die proximale Abdichtung (282) mit gefiltertem Schmierfluid geschmiert wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner eine der Ablenkungsanordnung (92) zugehörige Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung (366) zum Fühlen der Ausrichtung der Ablenkungsanordnung (92) beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 37, die ferner eine dem Gehäuse (46) zugehörige Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung (362) zum Fühlen der Ausrichtung des Gehäuses (46) beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 38, die ferner eine Steuerung (360) zum Steuern der Betätigung der Ablenkungsanordnung (92) beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 39, wobei die Steuerung (360) sowohl mit der Gehäuseausrichtungssensoreinrichtung (362) als auch mit der Ablenkungsanordnungsausrichtungssensoreinrichtung (366) betriebsfähig verbunden ist, so dass die Ablenkungsanordnung (92) mit Bezugnahme auf die Ausrichtung von sowohl dem Gehäuse (46) als auch der Ablenkungsanordnung (92) betätigt werden kann.
Vorrichtung gemäß Anspruch 40, wobei die Bohrwelle (24) mit einem Bohrungsgestänge (25) verbunden werden kann und wobei die Steuerung (360) mit einer Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung (376) betriebsfähig verbunden werden kann, so dass die Ablenkungsanordnung (92) mit Bezugnahme auf die Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) betätigt werden kann.
Vorrichtung gemäß Anspruch 41, die ferner ein Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) beinhaltet, das betriebsfähig mit der Bohrungsgestängeausrichtungssensoreinrichtung (376) verbunden ist, um die Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) an eine Bedienungsperson der Vorrichtung (20) zu kommunizieren.
Vorrichtung gemäß Anspruch 42, die ferner eine dem Gehäuse (46) und der Bohrwelle (24) zugehörige elektromagnetische Kopplungsvorrichtung (350) zum elektrischen Verbinden der Bohrwelle (24) und des Gehäuses (46) beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 43, wobei die elektromagnetische Kopplungsvorrichtung (350) einen Gehäuseleiter (352), der auf dem Gehäuse (46) positioniert ist, und einen Bohrwellenleiter (354), der auf der Bohrwelle (24) positioniert ist, beinhaltet, und wobei der Gehäuseleiter (352) und der Bohrwellenleiter (354) ausreichend nah beieinander positioniert sind, so dass elektrische Signale zwischen ihnen induziert werden können.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner eine Antriebsverbindung zum Verbinden der Bohrwelle (24) mit einem Bohrungsgestänge (25) beinhaltet, wobei die Antriebsverbindung eine zwischen der Bohrwelle (24) und dem Bohrungsgestänge (25) eingefügte Toleranzassimilierungshülse (30) beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 45, wobei die Antriebsverbindung ferner ein erstes Antriebsprofil (32) auf der Bohrwelle (24) und ein komplementäres zweites Antriebsprofil (34) auf dem Bohrungsgestänge (25) beinhaltet und wobei die Toleranzassimilierungshülse (30) zwischen dem ersten Antriebsprofil (32) und dem zweiten Antriebsprofil (34) positioniert ist, um die Toleranz zwischen dem ersten Antriebsprofil (32) und dem zweiten Antriebsprofil (34) zu reduzieren.
Vorrichtung gemäß Anspruch 46, wobei die Toleranzassimilierungshülse (30) ein Material beinhaltet, das eine thermische Ausdehnungsrate aufweist, die höher als die thermische Ausdehnungsrate des Bohrungsgestänges (25) ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei das distale Axiallager (94) axial zwischen einer distalen Axiallagerschulter (108) und einem distalen Axiallagerkragen (110) gehalten wird, und wobei der distale Axiallagerkragen (110) axial einstellbar ist, um das distale Axiallager (94) vorzubelasten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 48, wobei die Vorrichtung (20) ferner eine distale Axiallagerhalterung (112) zum Zurückhalten des distalen Axiallagers (94) in einer Position ohne das Vergrößern des Vorbelastens auf dem distalen Axiallager (94) beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 49, wobei die distale Axiallagerhalterung (112) einen Klemmring (120) beinhaltet, der auf dem distalen Axiallagerkragen (110) in einer Position gleitbar montiert ist, in der er an das Gehäuse (46) anstößt, und wobei die distale Axiallagerhalterung (112) ferner einen Klemmringkragen (122) beinhaltet, der gegen den Klemmring (120) festgezogen werden kann, um den Klemmring (120) zwischen dem Gehäuse (46) und dem Klemmringkragen (122) in Position zu halten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 50, wobei der distale Axiallagerkragen (110) zur Einstellung durch Drehung gewindet ist und wobei der Klemmring (120) auf dem distalen Axiallagerkragen (110) so montiert ist, dass sich der Klemmring (120) relativ zu dem distalen Axiallagerkragen (110) nicht dreht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 51, wobei der Klemmring (120) ferner eine Gehäuseanstoßfläche (128) beinhaltet, wobei das Gehäuse (46) ferner eine Klemmringanstoßfläche (130) beinhaltet, die komplementär zu der Gehäuseanstoßfläche (128) ist, und wobei der Eingriff der Gehäuseanstoßfläche (128) und der Klemmringanstoßfläche (130) die Drehung des Klemmrings (120) relativ zu dem Gehäuse (46) verhindert.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei das proximale Axiallager (96) axial zwischen einer proximalen Axiallagerschulter (132) und einem proximalen Axiallagerkragen (134) gehalten wird, und wobei der proximate Axiallagerkragen (134) axial einstellbar ist, um das proximate Axiallager (96) vorzubelasten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 53, wobei die Vorrichtung (20) ferner eine proximale Axiallagerhalterung (136) zum Zurückhalten des proximalen Axiallagers (96) in einer Position ohne das Vergrößern des Vorbelastens auf dem proximalen Axiallager (96) beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 54, wobei die proximale Axiallagerhalterung (136) einen Klemmring (144) beinhaltet, der auf dem proximalen Axiallagerkragen (134) in einer Position gleitbar montiert ist, in der er an das Gehäuse (46) anstößt, und wobei die proximale Axiallagerhalterung (136) ferner einen Klemmringkragen (146) beinhaltet, der gegen den Klemmring (144) festgezogen werden kann, um den Klemmring (144) zwischen dem Gehäuse (46) und dem Klemmringkragen (146) in Position zu halten.
Vorrichtung gemäß Anspruch 55, wobei der proximale Axiallagerkragen (134) zur Einstellung durch Drehung gewindet ist und wobei der Klemmring (144) auf dem distalen Axiallagerkragen (134) montiert ist, so dass sich der Klemmring (144) nicht relativ zu dem proximalen Axiallagerkragen (134) dreht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 56, wobei der Klemmring (144) ferner eine Gehäuseanstoßfläche (152) beinhaltet, wobei das Gehäuse (46) ferner eine Klemmringanstoßfläche (154) beinhaltet, die komplementär zu der Gehäuseanstoßfläche (152) ist, und wobei der Eingriff der Gehäuseanstoßfläche (152) und der Klemmringanstoßfläche (154) die Drehung des Klemmrings (144) relativ zu dem Gehäuse (46) verhindert.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Ablenkungsanordnung (92) ferner einen Außenringantriebsmechanismus (164) zum Drehen des Außenrings (156) unter Verwendung der Drehung der Bohrwelle (24) beinhaltet, wobei der Außenringantriebsmechanismus (164) eine Kupplung (184) zum selektiven Eingreifen und Lösen der Bohrwelle (24) von dem Außenring (156) beinhaltet, wobei die Kupplung (184) ein Paar Kupplungsscheiben (188) beinhaltet, die durch einen Kupplungsspalt (190) getrennt sind, wenn die Kupplung (184) gelöst ist, und wobei die Kupplung (184) ferner einen Kupplungseinstellungsmechanismus (192) zur Einstellung des Kupplungspalts (190) beinhaltet, wobei der Kupplungseinstellungsmechanismus (192) Folgendes beinhaltet: (a) ein einem des Paars Kupplungsscheiben (188) zugehöriges Kupplungseinstellungselement (194), so dass die Bewegung des Kupplungseinstellungselements (194) in der entsprechenden Bewegung der Kupplungsscheibe (188) resultiert, um den Kupplungsspalt (190) zu vergrößern oder zu verringern; (b) eine erste Führung (196) zum Führen des Kupplungseinstellungselements (194) zur Bewegung in eine erste Richtung; und (c) einen dem Kupplungseinstellungselement (194) zugehörigen bewegbaren Schlüssel (198), wobei der Schlüssel (198) eine zweite Führung (200) zum Treiben des Kupplungseinstellungselements (194) in eine zweite Richtung beinhaltet, wobei die zweite Richtung eine Komponente parallel zu der ersten Führung (196) aufweist und eine Komponente senkrecht zu der ersten Führung (196) aufweist, wobei eine der parallelen Komponente und der senkrechten Komponente zu einer Richtung der Bewegung der Kupplungsscheibe (188), die notwendig ist, um den Kupplungsspalt (190) zu vergrößern oder zu verringern, parallel ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 58, die ferner einen Kupplungseinstellungssteuermechanismus (202) zum Steuern der Bewegung des Schlüssels (198) beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 59, die ferner einen Kupplungseinstellungsverriegelungsmechanismus (210) zum Fixieren der Position des Schlüssels (198) beinhaltet, so dass der Kupplungsspalt (190) in einer gewünschten Stellung gehalten werden kann.
Vorrichtung gemäß Anspruch 60, wobei die erste Führung (196) einen ersten Schlitz (197) beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 61, wobei der Schlüssel (198) in einem durch den Außenringantriebsmechanismus (164) definierten Hohlraum (206) positioniert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 62, wobei der Schlüssel (198) eine in der zweiten Richtung ausgerichtete Schlüsselrampenfläche (204) beinhaltet, wobei der Hohlraum (206) eine komplementäre Hohlraumrampenfläche (208) definiert, und wobei die zweite Führung (200) die Schlüsselrampenfläche (204) und die Hohlraumrampenfläche (208) beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Ablenkungsanordnung (92) ferner einen Innenringantriebsmechanismus (170) zum Drehen des Innenrings (158) unter Verwendung der Drehung der Bohrwelle (24) beinhaltet, wobei der Innenringantriebsmechanismus (170) eine Kupplung (224) zum selektiven Eingreifen und Lösen der Bohrwelle (24) von dem Innenring (158) beinhaltet, wobei die Kupplung (224) ein Paar Kupplungsscheiben (228) beinhaltet, die durch einen Kupplungsspalt (230) getrennt sind, wenn die Kupplung (224) gelöst ist, und wobei die Kupplung (224) ferner einen Kupplungseinstellungsmechanismus (232) zum Einstellen des Kupplungspalts (230) beinhaltet, wobei der Kupplungseinstellungsmechanismus (232) Folgendes beinhaltet: (a) ein einem der Paare Kupplungsscheiben (228) zugehöriges Kupplungseinstellungselement (234), so dass die Bewegung des Kupplungseinstellungselements (234) in der entsprechenden Bewegung der Kupplungsscheibe (228) resultiert, um den Kupplungsspalt (230) zu vergrößern oder zu verringern; (b) eine erste Führung (236) zum Führen des Kupplungseinstellungselements (234) zur Bewegung in eine erste Richtung; und c) einen dem Kupplungseinstellungselement (234) zugehörigen bewegbaren Schlüssel (238), wobei der Schlüssel (238) eine zweite Führung (240) zum Treiben des Kupplungseinstellungselements (234) in eine zweite Richtung beinhaltet, wobei die zweite Richtung eine Komponente parallel zu der ersten Führung (236) aufweist und eine Komponente senkrecht zu der ersten Führung (236) aufweist, wobei eine der parallelen Komponente und der senkrechten Komponente zu einer Richtung der Bewegung der Kupplungsscheibe (228), die notwendig ist, um den Kupplungsspalt (230) zu vergrößern oder zu verringern, parallel ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 64, die ferner einen Kupplungseinstellungssteuermechanismus (242) zum Steuern der Bewegung des Schlüssels (238) beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 65, die ferner einen Kupplungseinstellungsverriegelungsmechanismus (250) zum Fixieren der Position des Schlüssels (238) beinhaltet, so dass der Kupplungsspalt (230) in einer gewünschten Stellung gehalten werden kann.
Vorrichtung gemäß Anspruch 66, wobei die erste Führung (236) einen ersten Schlitz (237) beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 67, wobei der Schlüssel (238) in einem durch den Innenringantriebsmechanismus (170) definierten Hohlraum (246) positioniert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 62, wobei der Schlüssel (238) eine in der zweiten Richtung ausgerichtete Schlüsselrampenfläche (244) beinhaltet, wobei der Hohlraum (246) eine komplementäre Hohlraumrampenfläche (248) definiert, und wobei die zweite Führung (240) die Schlüsselrampenfläche (244) und die Hohlraumrampenfläche (248) beinhaltet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei das proximate Radiallager (84) ein Kragträgerlager beinhaltet, das das Schwenken der Bohrwelle (24) an der proximalen Radiallagerstelle (90) einschränkt.
Verfahren zum Ausrichten eines Drehbohrsystems, wobei das Drehbohrsystem ein drehbares Bohrungsgestänge (25), ein Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) und eine Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) beinhaltet, wobei die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) eine ablenkbare, mit dem Bohrungsgestänge (25) verbundene Bohrwelle (24) beinhaltet und ferner einen Vorrichtungsspeicher (380) beinhaltet, wobei das Verfahren die folgenden Schritte beinhaltet: (a) Kommunizieren einer gewünschten Ausrichtung des Drehbohrsystems von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20); (b) Empfangen der gewünschten Ausrichtung des Drehbohrsystems in dem Vorrichtungsspeicher (380), wenn sie an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) kommuniziert wird; und (c) Betätigen der Bohrrichtungssteuervorrichtung (20), um die Bohrwelle (24) abzulenken, um die gewünschte Ausrichtung des Drehbohrsystems wiederzugeben.
Verfahren gemäß Anspruch 71, das ferner den Schritt des Bestimmens der gewünschten Ausrichtung des Drehbohrsystems vor dem Kommunikationsschritt beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 72, wobei der Betätigungsschritt die folgenden Schritte beinhaltet: (a) Wiedergewinnen der gewünschten Ausrichtung des Drehbohrsystems aus dem Vorrichtungsspeicher (380); und (b) Drehen des Bohrungsgestänges (25), um die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) zu betätigen, um die gewünschte Ausrichtung des Drehbohrsystems wiederzugeben.
Verfahren gemäß Anspruch 72, das ferner den Schritt des Haltens der gewünschten Ausrichtung des Drehbohrsystems während des Betriebs des Drehbohrsystems beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 74, wobei der Ausrichtungshaltungsschritt die folgenden Schritte beinhaltet: (a) Kommunizieren einer gegenwärtigen Ausrichtung des Drehbohrsystems von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20); und (b) Betätigen der Bohrrichtungssteuervorrichtung (20), um die Ablenkung der Bohrwelle (24) einzustellen, um die gewünschte Ausrichtung des Drehbohrsystems und die gegenwärtige Ausrichtung der Bohrwelle (24) wiederzugeben.
Verfahren gemäß Anspruch 71, wobei der Kommunikationsschritt das Kommunizieren einer gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) als die gewünschte Ausrichtung des Drehbohrsystems beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 76, wobei die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) durch die Drehung des Bohrungsgestänges (25) betätigt wird und wobei der Betätigungsschritt das Drehen des Bohrungsgestänges (25) beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 77, das ferner den Schritt des periodischen Kommunizierens der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 78, wobei die gegenwärtige Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) nach einer vorbestimmten Verzögerung periodisch an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) kommuniziert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 79, wobei der Schritt des Kommunizierens der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) das Kommunizieren der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) beinhaltet, und wobei der Schritt des periodischen Kommunizierens der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) das periodische Kommunizieren der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 80, wobei der Betätigungsschritt Folgendes beinhaltet: (a) Warten über einen kürzeren Zeitraum als die vorbestimmte Verzögerung, so dass die gegenwärtige Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) nicht an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) kommuniziert wird; und (b) Drehen des Bohrungsgestänges (25), um die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) zu betätigen, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) wiederzugeben.
Verfahren gemäß Anspruch 81, das ferner den Schritt des Speicherns der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) in dem Vorrichtungsspeicher (380) beinhaltet, wenn sie an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) kommuniziert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 82, wobei der Betätigungsschritt die folgenden Schritte beinhaltet: a) Wiedergewinnen der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) aus dem Vorrichtungsspeicher (380); und (b) Drehen des Bohrungsgestänges (25), um die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) zu betätigen, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) wiederzugeben.
Verfahren gemäß Anspruch 80, das ferner den Schritt des Haltens der Ablenkung der Bohrwelle (24) beinhaltet, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) während des Betriebs des Drehbohrsystems wiederzugeben.
Verfahren gemäß Anspruch 84, wobei der Ausrichtungshaltungsschritt die folgenden Schritte beinhaltet: (a) Kommunizieren der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20); und (b) Betätigen der Bohrrichtungssteuervorrichtung (20), um die Ablenkung der Bohrwelle (24) einzustellen, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) und die gegenwärtige Ausrichtung der Bohrwelle (24) wiederzugeben.
Verfahren gemäß Anspruch 72, wobei der Bestimmungsschritt die folgenden Schritte beinhaltet: (a) Ausrichten des Bohrungsgestänges (25) in einer gewünschten Ausrichtung; (b) Fühlen der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) mit dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) als die gewünschten Ausrichtung des Drehbohrsystems.
Verfahren gemäß Anspruch 86, wobei die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) durch die Drehung des Bohrungsgestänges (25) betätigt wird und wobei der Betätigungsschritt das Drehen des Bohrungsgestänges (25) beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 87, wobei der Ausrichtungsschritt Folgendes beinhaltet: (a) Vergleichen einer gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) mit der gewünschten Ausrichtung; und (b) Drehen des Bohrungsgestänges (25), um jegliche Diskrepanz zwischen der gegenwärtigen Ausrichtung und der gewünschten Ausrichtung zu eliminieren.
Verfahren gemäß Anspruch 88, das ferner den Schritt des periodischen Kommunizierens der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 89, wobei die gegenwärtige Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) nach einer vorbestimmten Verzögerung periodisch an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) kommuniziert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 90, wobei der Schritt des Kommunizierens der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) das Kommunizieren der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) beinhaltet, und wobei der Schritt des periodischen Kommunizierens der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) das periodische Kommunizieren der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 91, wobei der Betätigungsschritt Folgendes beinhaltet: (a) Warten über einen Zeitraum, der gleich oder größer als die vorbestimmte Verzögerung ist, sobald das Bohrungsgestänge (25) in der gewünschten Ausrichtung ausgerichtet ist, so dass die gewünschte Ausrichtung an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) kommuniziert wird; und (b) Drehen des Bohrungsgestänges (25), um die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) zu betätigen, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) wiederzugeben.
Verfahren gemäß Anspruch 92, das ferner den Schritt des Speicherns der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) in dem Vorrichtungsspeicher (380) beinhaltet, wenn sie an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) kommuniziert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 93, wobei der Betätigungsschritt die folgenden Schritte beinhaltet: (a) Wiedergewinnen der gewünschten Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) aus dem Vorrichtungsspeicher (380); und (b) Drehen des Bohrungsgestänges (25), um die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20) zu betätigen, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) wiederzugeben.
Verfahren gemäß Anspruch 94, das ferner den Schritt des Haltens der Ablenkung der Bohrwelle (24) beinhaltet, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) während des Betriebs des Drehbohrsystems wiederzugeben.
Verfahren gemäß Anspruch 95, wobei der Ausrichtungshaltungsschritt die folgenden Schritte beinhaltet: (a) Kommunizieren der gegenwärtigen Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) von dem Bohrungsgestängekommunikationssystem (378) an die Bohrrichtungssteuervorrichtung (20); und (b) Betätigen der Bohrrichtungssteuervorrichtung (20), um die Ablenkung der Bohrwelle (24) einzustellen, um die gewünschte Ausrichtung des Bohrungsgestänges (25) und die gegenwärtige Ausrichtung der Bohrwelle (24) wiederzugeben.