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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bohrwerkzeug, das zum
Vergrößern des
Durchmessers einer Brunnenbohrung oder Bohrloches geeignet ist.
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Verschiedene
Systeme sind zum Vergrößern oder
Erweitern des Durchmessers einer Brunnenbohrung vorgeschlagen worden.
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US 4,589,504 beispielsweise
offenbart einen Brunnenbohrungserweiterer, der ein rohrförmiges, zylindrisches
Gehäuse
umfasst, das mit drei Schneidarmen versehen ist, wobei sich die
Schneidarme in Bezug auf das Gehäuse
zwischen einer ersten Stellung, in der die Arme innerhalb des rohrförmigen Gehäuses angebracht
sind, und einer zweiten Stellung verschwenken, in der die Arme sich
teilweise außerhalb
des rohrförmigen
Gehäuses
erstrecken. Der in diesem Dokument offenbarte Erweiterer ist nur
für eine
spezielle Erweiterung des Brunnenbohrung geeignet und ist nicht
mit einem Sperrmittel versehen. Wenn ein Erweiterer der in diesem
Dokument offenbarten Art verwendet wird, ist ersichtlich, dass infolge
der Vibration die Schneidelemente schnell beschädigt werden.
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Auch
offenbart
US 5,385,205 ein
System zum Vergrößern des
Durchmessers mindestens eines Abschnittes einer Brunnenbohrung,
wobei das System vorgesehen ist, um an einem Bohrrohr befestigt
zu werden, wobei das System umfasst: einen longitudinalen, im Wesentlichen
zylindrischen Körper, der
sich in Längsrichtung
erstreckt, wobei der Körper mit
einem Mittel zum Anbringen des Körpers
an dem Bohrrohr und mit mindestens einer Kammer und zwei Öffnungen
versehen ist; einen ersten und einen zweiten Arm, die mit Schneidemitteln
versehen sind, wobei jeder Arm zwi schen einer ersten Stellung, in
der der Arm sich in der Kammer erstreckt, und einer zweiten Stellung
verschwenkt, in der mindestens ein Teil des Schneidemittels sich
außerhalb
der Kammer erstreckt, nachdem er durch eine Öffnung des Körpers hindurchgetreten
ist; ein Sperrmittel, das mit mindestens einem ersten Anschlagabschnitt
und einem zweiten Anschlagabschnitt versehen ist, wobei das Mittel
in Bezug auf den Körper
in der Längsrichtung
des Körpers
beweglich montiert ist.
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Das
System zum Vergrößern des
Durchmessers einer Brunnenbohrung der Erfindung ist ein System,
das eine hohe Stabilität
hat und es sogar erlaubt, den Durchmesser der Brunnenbohrung kontinuierlich
oder im Wesentlichen kontinuierlich anzupassen, ohne das Erweiterungswerkzeug
ersetzen zu müssen.
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein System zum Vergrößern des Durchmessers mindestens
eines Abschnittes einer Brunnenbohrung, wobei das System dafür vorgesehen
ist, an einem Bohrrohr angebracht zu werden, das durch einen Motor
in eine Rotation angetrieben wird, wobei das System umfasst:
- – einen
longitudinalen, im Wesentlichen zylindrischen Körper, der sich in einer Längsrichtung
erstreckt, wobei der Körper
mit einem Mittel zum Anbringen des Körpers an dem Bohrrohr und mit mindestens
einer Kammer und zwei Öffnungen versehen
ist;
- – ein
Trägerelement,
das in Bezug auf den Körper in
der Längsrichtung
des Körpers
beweglich montiert ist, wobei das Element in der Kammer des Körpers angeordnet
ist;
- – einen
ersten und einen zweiten Arm, die mit einem Schneidemittel versehen
sind, wobei der erste Arm an dem Trägerelement um eine Drehachse senkrecht
zur Längsrichtung
des Körpers schwenkbar
montiert ist, während
der zweite Arm an dem Trägerelement
um ei ne Drehachse parallel zur Drehachse des ersten Arms schwenkbar montiert
ist, wobei jeder Arm in Bezug auf das Trägerelement zwischen einer ersten
Stellung, in der der Arm sich in der Kammer erstreckt, und einer
zweiten Stellung verschwenkt, in der mindestens ein Teil des Schneidemittels
sich außerhalb der
Kammer erstreckt, nachdem er durch eine Öffnung des Körpers hindurchgetreten
ist;
- – ein
Sperrmittel, das mit mindestens einem ersten Anschlagabschnitt und
einem zweiten Anschlagabschnitt versehen ist, wobei das Mittel in Bezug
auf den Körper
in der Längsrichtung
des Körpers
beweglich montiert ist;
bei dem jeder Arm, wenn er in
der Kammer angeordnet ist, mindestens eine erste Fläche, die
in Richtung der Längsachse
des Körpers
gerichtet ist, und mindestens eine zweite Fläche aufweist, die von der Längsachse
des Körpers
abgewandt gerichtet ist,
bei dem die Kammer des Körpers eine
erste Fläche aufweist,
die in Bezug auf die Längsrichtung
des Körpers
geneigt ist, wobei die Fläche
als Anschlag für
die zweite Fläche
des ersten Arms dient, wenn er sich in seiner zweiten Stellung erstreckt,
und eine zweite Fläche
aufweist, die in Bezug auf die Längsrichtung des
Körpers
geneigt ist, wobei die zweite Fläche
als Anschlag für
die zweite Fläche
des zweiten Arms dient, wenn er sich in seiner zweiten Stellung
erstreckt, und
bei dem der erste Anschlagabschnitt eine Anschlagfläche aufweist,
die parallel zur ersten Fläche
des ersten Arms liegt, wenn er sich in seiner zweiten Stellung erstreckt,
während
der zweite Anschlagabschnitt eine Anschlagfläche aufweist, die parallel
zur ersten Fläche
des zweiten Arms liegt, wenn er sich in seiner zweiten Stellung
erstreckt.
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Sowohl
infolge der Längsverschiebung
des Trägerelementes
in Bezug auf den Körper
als auch infolge der Längsverschiebung
des Sperrmittels, wer den die Schneidarme besser in Stellung gehalten.
Die Schneidarme werden im Wesentlichen festgeklemmt.
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Vorteilhafterweise
ist der Körper
versehen mit
- – einem ersten Mittel, das
in Bezug auf den Körper um
eine Achse parallel zur Drehachse des ersten Arms schwenkbar montiert
ist, wobei das erste Mittel eine flache Oberfläche aufweist, die derart ausgebildet
ist, dass sie mit einem flachen Abschnitt der zweiten Fläche des
ersten Arms mindestens dann in Kontakt steht, wenn der erste Arm
sich teilweise außerhalb
der Öffnung
zwischen seiner ersten Stellung und seiner zweiten Stellung erstreckt,
und
- – einem
zweiten Mittel, das in Bezug auf den Körper um eine Achse parallel
zur Drehachse des zweiten Arms schwenkbar montiert ist, wobei das zweite
Mittel eine flache Oberfläche
aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie mit einem flachen Abschnitt
der zweiten Fläche
des zweiten Arms mindestens dann in Kontakt steht, wenn sich der zweite
Arm teilweise außerhalb
der Öffnung
sich seiner ersten Stellung seiner zweiten Stellung erstreckt.
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Entsprechend
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist das Sperrmittel versehen mit
- – einem
ersten Mittel, das in Bezug auf das Sperrmittel um eine Achse parallel
zur Drehachse des ersten Arms schwenkbar montiert ist, wobei das erste
Mittel eine flache Oberfläche
aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie mit einem flachen Abschnitt
der ersten Fläche
des ersten Arms mindestens dann in Kontakt steht, wenn der erste Arm
teilweise außerhalb
der Öffnung
zwischen seiner ersten Stellung und seiner zweiten Stellung gesperrt
ist, und
- – einem
zweiten Mittel, das in Bezug auf das Sperrmittel um eine Achse parallel
zur Drehachse des zweiten Arms schwenkbar montiert ist, wobei das
zweite Mittel eine flache Oberfläche
aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie mit einem flachen
Abschnitt der ersten Fläche
des zweiten Arms mindestens dann in Kontakt steht, wenn der zweite
Arm teilweise außerhalb
der Öffnung
zwischen seiner ersten Stellung und seiner zweiten Stellung gesperrt
ist.
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Dies
sichert eine noch bessere Stabilität oder das Instellunghalten
der Schneidarme während
ihres Arbeitseinsatzes.
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Entsprechend
einem Detail einer Ausführungsform
umfasst die zweite Fläche
des ersten Arms einen flachen Abschnitt, der parallel zu einer dritten
geneigten Fläche
der Kammer liegt und mit dieser in Kontakt steht, wenn der erste
Arm sich in seiner ersten Stellung erstreckt, während die zweite Fläche des
zweiten Arms einen flachen Abschnitt umfasst, der parallel zu einer
vierten geneigten Fläche
der Kammer liegt und mit dieser in Kontakt steht, wenn der zweite
Arm sich in seiner ersten Stellung erstreckt. Dies ist vorteilhaft
zum Sicherstellen, dass die Schneidarme gut in Stellung gehalten
werden, wenn sie sich in der ersten Stellung erstrecken.
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Entsprechend
einem Merkmal einer Ausführungsform
der Erfindung weist die Kammer des Körpers eine erste Fläche auf,
die in Bezug auf die Längsrichtung
des Körpers
geneigt ist, wobei die Fläche
als Anschlag für
die zweite Fläche
des ersten Arms dient, wenn er sich in seiner zweiten Stellung erstreckt,
und eine zweite Fläche
aufweist, die in Bezug auf die Längsrichtung
des Körpers
geneigt ist, wobei die Fläche
als Anschlag für
die zweite Fläche des
zweiten Arms dient, wenn er sich in seiner zweiten Stellung erstreckt.
Der Körper
ist versehen mit
- – einem ersten Mittel, das
in Bezug auf den Körper um
eine Achse parallel zu der Drehachse des ersten Arms schwenkbar
montiert ist, wobei das erste Mittel eine flache Oberfläche aufweist,
die derart ausgebildet ist, dass sie mit einem flachen Abschnitt
der zweiten Fläche
des ersten Arms mindestens dann in Kontakt steht, wenn der erste Arm
sich teilweise außerhalb
der Öffnung
zwischen seiner ersten Stellung und seiner zweiten Stellung erstreckt,
wobei die flache Oberfläche eine
Verlängerung
der ersten Fläche
bildet, wenn die zweite Fläche
des ersten Arms an der ersten geneigten Fläche des Körpers anschlägt, und
- – einem
zweiten Mittel, das in Bezug auf den Körper um eine Achse parallel
zur Drehachse des zweiten Arms schwenkbar montiert ist, wobei das zweite
Mittel eine zweite Oberfläche
aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie mit einem flachen Abschnitt
der zweiten Fläche
des zweiten Arms mindestens dann in Kontakt steht, wenn der zweite
Arm sich teilweise außerhalb
der Öffnung
zwischen seiner ersten Stellung und seiner zweiten Stellung erstreckt,
wobei die flache Oberfläche eine
Verlängerung
der zweiten geneigten Fläche des
Körpers
bildet, wenn die zweite Fläche
des zweiten Arms an der zweiten geneigten Fläche des Körpers anschlägt.
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In
der Ausführungsform
ist vorzugsweise das erste Mittel, das an dem Körper schwenkbar montiert ist,
zwischen der ersten geneigten Fläche
des Körpers
und der dritten geneigten Fläche
des Körpers angeordnet,
während
das zweite Mittel, das an dem Körper
schwenkbar montiert ist, zwischen der zweiten geneigten Fläche des
Körpers
und der vierten geneigten Fläche
des Körpers
angeordnet ist.
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Am
meisten bevorzugt ist das erste Mittel, das an dem Körper schwenkbar
montiert ist, zwischen der ersten geneigten Fläche des Körpers und der dritten geneigten
Fläche
des Körpers
angeordnet, während
das zweite Mittel, das an dem Körper schwenkbar
montiert ist, zwischen der zweiten geneigten Fläche des Körpers und der vierten geneigten
Fläche
des Körpers angeordnet
ist, wobei die Neigung der ersten und zweiten geneigten Flächen in Bezug
auf die Längsachse
des Körpers
zwischen 60° und
90° beträgt, während die
Neigung der dritten und vierten geneigten Flächen in Bezug auf die Längsachse
des Körpers
zwischen 15 und 50° beträgt.
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Entsprechend
einem Detail einer Ausführungsform
weist der erste Arm einen Vorsprung mit einer seitlichen Endfläche auf,
der einem Abschnitt der Seitenfläche
eines Zylinders entspricht, der in Bezug auf die Drehachse des Arms
in Bezug auf das Trägerelement
zentriert ist, während
der zweite Arm einen Vorsprung mit einer seitlichen Endfläche aufweist,
der einem Abschnitt der seitlichen Fläche des Zylinders entspricht,
der in Bezug auf die Drehachse des zweiten Arms in Bezug auf das
Trägerelement zentriert
ist, wobei das Trägerelement
eine erste Ausnehmung, in der sich der erste Vorsprung erstreckt, und
eine zweite Ausnehmung aufweist, in der sich der zweite Vorsprung
erstreckt, wobei die erste Ausnehmung eine Fläche aufweist, die mindestens
teilweise mit der seitlichen Endfläche des Vorsprungs des ersten
Arms in Kontakt steht, während
die zweite Ausnehmung eine Fläche
aufweist, die mindestens teilweise mit der seitlichen Endfläche des
Vorsprungs des zweiten Arms in Kontakt steht.
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Entsprechend
einem weiteren Detail einer Ausführungsform
des Systems der Erfindung ist das Trägerelement mit einem zentralen
Längskanal
versehen, in dem sich eine Stange erstreckt, wobei die Stange das
Sperrmittel lagert.
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Noch
entsprechend einem Detail einer möglichen Ausführungsform
umfasst das System darüber hinaus:
- – ein
Mittel zum Steuern der relativen Längsbewegung des Trägerelements
in Bezug auf den Körper
und der relativen Längsbewegung
des Sperrmittels in Bezug auf den Körper, und/oder
- – ein
Stabilisierungsmittel.
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Das
Mittel zur Bewegungssteuerung des Trägerelements kann elektrisch,
pneumatisch, hydraulisch, mechanisch etc. oder mit einem System bedient
werden, das eine Kombination davon zusammenführt. Zum Beispiel umfasst das
Steuermittel eine Indexiereinrichtung, die beispielsweise hydraulisch
bedient wird, wobei die Indexiereinrichtung vorteilhafterweise verschiedene
definierte Stellungen hat, wie beispielsweise eine Arbeitsstellung (Schneidarme
in Stellung für
eine Schneidarbeit), eine Schließstellung (Schneidmittel, die
sich in die Kammer des Körpers
erstrecken), eine Messstellung (Stellung, in der der maximale Durchmesser
definiert ist, der durch die Arme ausgebildet wird), eine Anpassungsstellung
(Position, in der die Stellung der Arme angepasst wird).
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Die
Indexiereinrichtung ist beispielsweise mit einem Zylinder oder einer
Winde verbunden, die die Bewegung des Trägerelementes antreibt.
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Diese
Steuermittel sind als Beispiel gegeben. Es ist offensichtlich, dass
die Bewegung des Trägerelementes
durch andere Mittel bewirkt werden kann, wie beispielsweise elektrische
Mittel, beispielsweise einen Motor, der die Drehung einer Endlosschraube
antreibt, die auf ein Teil des Trägerelementes einwirkt.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Bohrrohr, das mit einem System
entsprechend der Erfindung versehen ist.
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Die
Erfindung bezieht sich darüber
hinaus auf ein Bohrverfahren zum Vergrößern des Durchmessers mindestens
eines Abschnitts einer Brunnenbohrung, in dem das Bohren des Abschnitts
der Brunnenbohrung, die vergrößert werden
muss, mittels eines Bohrers ausgeführt wird, der mit einem System
der Erfindung versehen ist.
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Merkmale
und Details des Systems der Erfindung werden sich aus der folgenden
detaillierten Beschreibung zeigen, in der auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen wird.
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In
den Zeichnungen ist:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht eines Systems der Erfindung mit
den Schneidarmen in einer Nichtarbeitsposition;
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2 eine
Ansicht ähnlich
zu 1 mit den Armen in Schneidposition;
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3 eine
Ansicht ähnlich
zu 2 mit der Freigabe des Sperrmittels;
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4 eine
Ansicht ähnlich
zu 1, wenn das System aus dem Brunnen entfernt wird;
-
5 eine
Vorderansicht des Systems der 1;
-
6 die
Rückansicht
des Systems der 1;
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7 eine
Seitenansicht entlang den Linien VII-VII des Systems von 5;
-
8 eine
Schnittansicht entlang der Linien VIII-VIII des Systems der 5;
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9 eine
Ansicht eines Drehmittels, auf dem eine Fläche eines Arms anschlägt;
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10 eine
Querschnittsansicht entlang der Linien X-X des Drehmittels von 9;
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11 eine
Ansicht einer Ausführungsform eines
Sperrmittels;
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12 eine
auseinander gezogene perspektivische Ansicht des Sperrmittels von 11;
-
13 eine
Seitenansicht des Sperrmittels von 11;
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14 eine
Ansicht eines Details des Trägerelements
für die
Arme;
-
15 eine
Draufsicht des Elements von 14;
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16 eine
Ansicht eines Arms, der mit zwei Reihen von Schneidmittel versehen
ist;
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17 eine
Querschnittsansicht des Arms von 16 entlang
der Linie XVII-XVII;
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18 eine
Ansicht einer ersten Reihe von Schneidmitteln (Linie XVIII);
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19 eine
Ansicht einer zweiten Reihe von Schneidmitteln (Linie XIX);
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20 eine
Ansicht eines Details einer Ausführungsform
eines Trägers
für Arme;
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21 eine
Draufsicht des Trägers
von 20;
-
22 eine
Seitenansicht des Trägers
von 20;
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23 eine
schematische Ansicht eines Steuermittels mit einer Indexiereinrichtung;
-
24 eine
Indexiereinrichtung;
-
25 eine
Abwicklung der Nut der Indexiereinrichtung;
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26 und 27 sind
Ansichten ähnlich zu
der von 23, mit der Indexiereinrichtung
in verschiedenen Stellungen.
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Das
in 1 gezeigte Werkzeug ist ein System 1 zum
Vergrößern des
Durchmessers D von mindestens einem Abschnitt einer Brunnenbohrung 2, wobei
das System 1 an ein Bohrrohr 3 (wobei das Ende
des Bohrrohrs beispielsweise in ein mit einem Gewinde versehenes
Ende des Systems 1 geschraubt sein kann) befestigt ist,
wobei das System umfasst:
- – einen longitudinalen, im
Wesentlichen zylindrischen Körper 4,
der sich in einer Längsrichtung (Achse
A-A, die im Wesentlichen der Mittelachse der Brunnenbohrung 2 entspricht),
wobei der Körper 4 mit
einem Mittel 5 zum Anbringen des Körpers 4 an dem Bohrrohr 3 und
mit mindestens einer inneren Kammer 6 und zwei seitlichen Öffnungen 7, 8 (einander
gegenüber,
und symmetrisch in Bezug auf die Achse A-A) versehen ist;
- – ein
Trägerelement
oder ein Träger 10,
das/der in Bezug auf den Körper 4 in
der Längsrichtung
A-A des Körpers 4 (Pfeil
X) beweglich montiert ist, wobei das Tragelement 10 eine
erste Welle 11 und eine zweite Welle 12 umfasst,
die parallel zueinander und senkrecht zur Längsrichtung A-A des Körpers 4 liegen,
wobei das Element 10 in der Kammer 6 des Körpers 4 angeordnet
ist, wobei die Wellen 11, 12 fest und nicht bewegbar
in Bezug auf das Element 10 sind;
- – zwei
Arme 13, 14, die mit Schneidmitteln 15 (wie beispielsweise
Hartmetallelemente, Diamant, künstlicher
Diamant, etc.) versehen sind, wobei der erste Arm 13 an
der Welle 11 (eine Drehachse senkrecht zur Längsrichtung
des Körpers – Pfeil Y)
drehbar montiert ist, während
der zweite Arm 14 an der Welle 12 (Drehachse parallel
zu der Drehachse des ersten Arms – Pfeil Z) drehbar montiert
ist, wobei jeder Arm 13, 14 in Bezug auf das Trägerelement 10 zwischen
einer ersten Stellung, in der sich der Arm 13, 14 in
die Kammer 6 (Stellung der 1 und 4)
erstreckt, und einer zweiten Stellung verschwenkt, in der mindestens
ein Abschnitt des Schneidemittels 15 sich außerhalb
der Kammer 6 erstreckt, nachdem er durch eine Öffnung 7, 8 des
Körpers 4 (Stellung der 2 und 3 – die Drehung
der Arme 13, 14 von der ersten Stellung in Richtung
der zweiten Stellung ist nur nach einer Abwärtsbewegung XI des Elements 10 in
die Kammer 6 möglich)
hindurchgetreten ist;
- – ein
Sperrmittel 16, das mit mindestens einem ersten Anschlagabschnitt 17 und
einem zweiten Anschlagabschnitt 18 versehen ist, wobei
das Mittel 16 in Bezug auf den Körper 4 in der Längsrichtung
A-A des Körpers
(Pfeil V) beweglich montiert ist, wobei sich das Sperrmittel 16 in
die Kammer 6 des Körpers
erstreckt.
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Jeder
Arm 13, 14, wenn er in der Kammer angeordnet ist,
hat mindestens eine erste Fläche 13A, 14A (Fläche, die
das Schneidemittel 15 lagert), die in Richtung der Längsachse
A-A des Körpers 4 gerichtet
ist, und mindestens eine zweite Fläche 13B, 14B,
die von der Längsrichtung
des Körpers
abgewandt gerichtet ist oder in Richtung einer Öffnung 7, 8 gerichtet
ist. Wenn die Arme 13, 14 in der Kammer 6 sind,
sind die Flächen 13A, 14A einander
zugewandt.
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Die
Kammer 6 des Körpers 4 hat
eine erste Fläche 19,
die in Bezug auf die Längsrichtung
A-A des Körpers 4 (Fläche neben
dem oberen Ende der Kammer) geneigt ist, wobei die Fläche 19 als
Anschlag für
die zweite Fläche 13B (genauer
für einen Abschnitt
der Fläche)
des ersten Arms 13 dient, wenn er sich in seiner zweite
Stellung (2) erstreckt, und eine zweite
Fläche 20,
die in Bezug auf die Längsrichtung
A-A des Körpers
geneigt ist, wobei die Fläche 20 als
Anschlag für
die zweite Fläche 14B (genauer
für einen
Abschnitt der Fläche)
des zweiten Arms 14 dient, wenn er sich in seiner zweite
Stellung (2) erstreckt.
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Der
erste Anschlagabschnitt 17 hat eine Anschlagfläche, die
parallel zu der ersten Fläche
oder einem Abschnitt davon 13A des ersten Arms 13 liegt, wenn
er sich in seiner zweite Stellung erstreckt, während der zweite Anschlagabschnitt 18 eine
Anschlagfläche
hat, die parallel zu der ersten Fläche des zweiten Arms 14 liegt,
wenn er sich in seiner zweite Stellung erstreckt.
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5 und 6 sind
entsprechend eine Vorderansicht und eine Rückansicht des Systems oder
des Nachbohrers 1, der im Querschnitt in 1 gezeigt
ist. Der Körper 4 ist
mit zwei Nuten 21, 22 versehen. Ein Ende der Welle 11 des
Arms 13 erstreckt sich in die Nut 21, während ein
Ende der Welle 12 des Arms 14 sich in die Nut 22 erstreckt.
Die Enden stehen mit min destens einer Fläche der Nut 21, 22 in Kontakt,
so dass, wenn das Bohrrohr gedreht wird (Pfeil R), eine Vorschubkraft
auf das Ende der Welle ausgeübt
wird. Die Nuten 21, 22 dienen auch als weitere
Mittel, um eine Führung
der Bewegung des Trägers 10 sicherzustellen.
Vorzugsweise hat jede Welle 10, 11 nur ein Ende,
das in eine Nut des Körpers
eingeführt
ist, um sicherzustellen, dass ein Teil der Leistung oder des Drucks
durch den Träger 10 aufgenommen
wird. Vorteilhafterweise sind die Wellen 11 und 12 in
der Lage, sich (vorzugsweise im Wesentlichen frei) in Bezug auf
den Träger 10 zu
drehen, während
die Arme 13, 14 in der Lage sind, sich (vorzugsweise
im Wesentlichen frei) jeweils in Bezug auf die Welle 11 und
die Welle 12 zu drehen.
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7 ist
eine Seitenansicht entlang der Linien VII-VII der 5,
während
die 8 eine Schnittansicht entlang der Linien VIII-VIII
der 5 ist.
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Der
Körper
ist darüber
hinaus versehen mit
- – einem ersten Mittel 23,
das in Bezug auf den Körper
um eine Achse parallel zur Drehachse (die Welle 11) des
ersten Arms 13 schwenkbar montiert ist, wobei das erste
Mittel 23 eine flache Oberfläche aufweist, die derart ausgebildet
ist, dass sie mit einem flachen Abschnitt der zweiten Fläche 13B des
ersten Arms 13 mindestens dann in Kontakt steht, wenn der
erste Arm sich teilweise außerhalb
der Öffnung
zwischen seiner ersten Stellung und seiner zweiten Stellung erstreckt, und
- – einem
zweiten Mittel 24, das in Bezug auf den Körper 4 um
eine Achse parallel zur Drehachse (Welle 12) des zweiten
Arms 14 schwenkbar montiert ist, wobei das zweite Mittel 24 eine
flache Oberfläche
aufweist, die derart ausgebildet ist, dass sie mit einem flachen
Abschnitt der zweiten Fläche
des zweiten Arms 14 mindestens dann in Kontakt steht, wenn
sich der zweite Arm teilweise außer halb der Öffnung zwischen
seiner ersten Stellung und seiner zweiten Stellung erstreckt.
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Die
Mittel 23, 24 haben beispielsweise die Form einer
Stange 25, die einen Mittelabschnitt 26 aufweist,
der sich zwischen den Enden 27, 28 erstreckt,
wobei der Mittelabschnitt 26 einen Querschnitt entsprechend
der Hälfte
des kreisförmigen Querschnitts
der Enden 27, 28 aufweist. Der Mittelabschnitt
hat eine flache Oberfläche 26A,
die geeignet ist, mit einem Abschnitt der zweiten Fläche eines Arms
in Kontakt zu stehen. Die Enden 27, 28 sind in Löcher des
Körpers 4 eingeführt und
sind derart ausgebildet, dass sie eine im Wesentlichen freie Schwenkung
oder Drehung der Stange in Bezug auf den Körper (siehe 9 und 10)
ermöglichen.
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Das
Sperrmittel 17 ist vorteilhafterweise versehen mit
- – einem
ersten Mittel 29, das in Bezug auf das Sperrmittel 17 um
eine Achse parallel zur Drehachse (Welle 11) des ersten
Arms 13 schwenkbar montiert ist, wobei das erste Mittel 29 eine
flache Oberfläche 30 aufweist,
die derart ausgebildet ist, dass sie mit einem flachen Abschnitt
der ersten Fläche 13A des
ersten Arms mindestens dann in Kontakt steht, wenn der erste Arm
teilweise außerhalb
der Öffnung
zwischen seiner ersten Stellung und seiner zweiten Stellung gesperrt
ist, und
- – einem
zweiten Mittel 31, das in Bezug auf das Sperrmittel 17 um
eine Achse parallel zur Drehachse (Welle 12) des zweiten
Arms schwenkbar montiert ist, wobei das zweite Mittel eine flache Oberfläche 32 aufweist,
die derart ausgebildet ist, dass sie mit einem flachen Abschnitt
der ersten Fläche
des zweiten Arms 14 mindestens dann in Kontakt steht, wenn
der zweite Arm teilweise außerhalb
der Öffnung
zwischen seiner ersten Stellung und seiner zweiten Stellung gesperrt
ist.
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Das
Sperrmittel umfasst einen Körper 33,
der mit einer ersten Ausnehmung 34, die ausgebildet ist, um
das erste Mittel 29 aufzunehmen, und mit einer zweiten
Ausnehmung 34 versehen ist, um das Mittel 31 aufzunehmen.
Die Ausnehmungen 34 erstrecken sich zwischen zwei Beinen 35, 36,
wobei die Beine zwei Nuten 37, 38 aufweisen, die
eine Form entsprechend einem Abschnitt eines kreisförmigen Pfads aufweisen.
Die Mittel 29, 31 haben die Form eines Halbzylinders,
der auf seiner Seitenfläche
mit einem Zapfen 39, 40 versehen ist, der dafür gedacht
ist, entsprechend in eine Nut 37, 38 eingeführt zu werden. Die
Zapfen 39, 40 und die Nuten 36, 37 wirken
derart, dass der Körper 33 in
der Lage ist, sich um die Mittelachse B-B des Zylinders entsprechend
den doppelten Halbzylindern (siehe 11 bis 13)
zu drehen.
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In
der gezeigten Ausführungsform
umfasst die zweite Fläche 13B des
ersten Arms 13 einen flachen Abschnitt, der parallel zu
einer dritten geneigten Fläche 41 der
Kammer 6 ist und mit dieser in Kontakt steht, wenn der
erste Arm sich in seiner ersten Stellung erstreckt (wobei die Fläche 41 neben
einer oberen Kante der Achse A-A ist), während die zweite Fläche 14B des
zweiten Arms 14 einen flachen Abschnitt umfasst, der parallel
zu einer vierten geneigten Fläche 42 der
Kammer 6 ist und mit dieser in Kontakt steht, wenn der
zweite Arm 14 sich in seiner ersten Stellung erstreckt
(wobei die Fläche 42 neben
einer oberen Kante der Achse A-A ist).
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Das
erste Mittel 23, das an dem Körper 4 schwenkbar
montiert ist, liegt zwischen der ersten geneigten Fläche 19 des
Körpers 4 und
der dritten geneigten Fläche 41 des
Körpers 4,
während
das zweite Mittel 24, das auf dem Körper 4 schwenkbar montiert
ist, zwischen der zweiten geneigten Fläche 20 des Körpers und
der vierten geneigten Fläche 42 des
Körpers
liegt.
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Die
Neigung (Winkel β)
der ersten und zweiten geneigten Flächen ist in Bezug auf die Längsachse
A-A (in Bezug auf die axiale Symmetrieebene S) des Körpers 4 ungefähr 75°, während die
Neigung (Winkel α)
der dritten und vierten geneigten Flächen in Bezug auf die Längsachse
des Körpers
ungefähr 30° ist.
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Ein
Detail des Endes des Trägers 10 ist
in den 14 und 15 gezeigt.
Wie es gesehen werden kann, umfasst das Ende das Hohlrohr 41, das
mit einem Kopf 42 versehen ist, wobei der Kopf vier Platten 43A, 43B aufweist,
die ein Kreuz mit einer zentralen Öffnung 44 bilden.
Die Platten 43A sind mit einem Durchgang 45 versehen,
worin ein Abschnitt einer Welle 11, 12 eingeführt ist.
Die Platte 43A ist zwischen zwei Beine 46 der
Arme 13, 14 eingeführt, die mit dem Schneidmittel 15 versehen
sind. Ein Arm, der mit zwei Reihen von Schneidmittel 15 versehen
ist, ist in 16 gezeigt. Die Diamanten 15A der
ersten Reihe 151 sind in Bezug auf die kreisförmigen Schneidpfade
der Diamanten 15B der zweiten Reihe 152 so platziert,
dass die Diamanten 15A auf einen Abschnitt der Fläche des
Brunnens wirken, der zwischen zwei angrenzenden Schneidzonen mit den
Diamanten 15B angeordnet ist. Die Arme 13, 14 sind
auch mit Diamanten 15C an ihren Seitenflächen und
mit Diamanten 15D an dem freien gebogenen Ende des Arms
versehen. Die Beine 46 sind mit einem Durchgang versehen,
in den ein Abschnitt einer Welle 11, 12 eingeführt wird
(siehe 16 bis 19).
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Das
System ist auch mit einem Mittel zur Bewegungssteuerung des Trägers 10 und
des Sperrmittels 17 versehen. Da das System mit Drehmitteln 23, 24, 29, 31 versehen
ist, ist es möglich,
den Arm in einer Zwischenstellung zwischen der ersten Stellung und
der zweiten Stellung zu sperren. Das Steuermittel 50 ist
beispielsweise ausgebildet, um die Stellung der Arme im Wesentlichen
kontinuierlich und folglich die Vergrößerung der Brunnenbohrung zu
verändern.
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Zum
Vergrößern des
Durchmessers einer Brunnenbohrung, wie beispielsweise einer Erdölbrunnenbohrung
oder Bohrlochs, wird das System der 1 auf das
Ende eines Bohrrohres montiert, und ein Stabilisierer wird an das
System der Erfindung befestigt. Das System wird in dem Bohrrohr
mit den Armen 13, 14, die in der Kammer 6 angeordnet sind,
in Eingriff gebracht.
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Das
Steuermittel (umfassend Winden 50A, die gegen die Wirkung
von Federn wirken), wird bedient, um den Träger 10 in Bezug auf
den Körper 4 nach
unten X1 zu bewegen. Der Träger 10 wird
in einer Stellung entsprechend der benötigten Neigung der Arme (d.h.
um den benötigten
Vergrößerungsdurchmesser
aufzuweisen) platziert. Wenn der Träger in Stellung entsprechend
der erwünschten
Vergrößerung ist,
wird das Sperrmittel aufwärts
bewegt (die Fluidströmung,
die Bentonit enthält,
strömt
in die Kammer 55, wodurch das Volumen der Kammer 55 ausgeweitet
wird. Das Fluid entweicht aus der Kammer 55 durch Düsen 56, 57.
Während
der Aufwärtsbewegung
des Sperrmittels 17 wird das Rohr 58, das an dem
Sperrmittel befestigt ist, aufwärts
in dem Mitteldurchgang des Trägers 10 bewegt),
um mit dem Arm in Kontakt zu stehen, und diesen zwischen den Mitteln 23, 24 und
den Mitteln 29, 31 zu sperren. Die Drehung des
Bohrrohrs 3 wird die Drehung des Systems 1 und
der Arme 13, 14 verursachen, wobei das Schneideelement
eine Vergrößerung der
Bohrung verursachen wird. Der Stabilisierer wird vorteilhafterweise
verwendet, um die Abwärtsbewegung
des Systems in Brunnenbohrung zu verursachen oder zu erleichtern.
Während
des Schneidvorgangs wird ein Fluid (das vorteilhafterweise ein Bentonit
enthält)
unterhalb des Schneidemittels eingespritzt, um eine Aufwärtsbewegung
der Partikel und Steine, die während
des Schneidens produziert werden, zu gewährleisten.
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Da
es möglich
ist, eine gute Sperrung für Zwischenstellungen
der Arme zu haben, ist es möglich,
die Vergrößerung wie
benötigt
anzupassen. Es ist daher möglich,
ohne das Schneidesystem wechseln zu müssen, eine Brunnenbohrung zu
bilden, die verschiedene Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern
hat. Die Arme 13, 14 bilden vorteilhafterweise
einen Winkel in Bezug auf die Achse A-A, wenn die Arme in Schneideposition
sind, wobei der Winkel vorteilhafterweise zwischen 30° und 80° beträgt, vorzugsweise
zwischen 45° und
70°.
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Am
Ende des Schneidens wird das Sperrmittel abwärts (wobei kein oder im Wesentlichen
kein Bentonitfluss erzeugt wird) (3) abwärts bewegt. Danach
wirkt das Steuermittel auf die Winden, um den Träger 10 aufwärts zu bewegen,
wobei die Arme 13, 14 innerhalb der Kammer 6 (4)
gesperrt sind.
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Das
System nach Anspruch 1, bei dem der erste Arm einen Vorsprung mit
einer seitlichen Endfläche
aufweist, der einem Abschnitt der Seitenfläche eines Zylinders entspricht,
der in Bezug auf die Drehachse des Arms in Bezug auf das Trägerelement zentriert
ist, während
der zweite Arm einen Vorsprung mit einer seitlichen Endfläche aufweist,
der einem Abschnitt der seitlichen Fläche eines Zylinders entspricht,
der in Bezug auf die Drehachse des zweiten Arms in Bezug auf das
Trägerelement
zentriert ist, wobei das Trägerelement
eine erste Ausnehmung, in der sich der erste Vorsprung erstreckt,
und eine zweite Ausnehmung aufweist, in der sich der zweite Vorsprung
erstreckt, wobei die erste Ausnehmung eine Fläche aufweist, die mindestens
teilweise mit der seitlichen Endfläche des Vorsprungs des ersten
Arms in Kontakt steht, während
die zweite Ausnehmung eine Fläche
aufweist, die mindestens teilweise mit der seitlichen Endfläche des
Vorsprungs des zweiten Arms in Kontakt steht.
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20 und 21 sind
eine Ansicht eines Details einer bevorzugten Ausführungsform
eines bewegbaren Trägers 10.
Den Platten 43A, die mit dem Durchgang 45 für eine Welle 11, 12 versehen sind,
an der ein Arm 13, 14 montiert ist, ist eine Verlängerung 52 der
Platten 43B zugeordnet. Die Verlängerung ist mit einer Endfläche 53 versehen,
die die Form eines Abschnitts eines Zylinders aufweist, der in Bezug
auf die Achse C-C des Durchgangs 45 zentriert ist. Jeder
Platte 43A sind zwei Verlängerungen 52 zugeordnet,
eine auf der linken Seite, die andere auf der rechten Seite.
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Der
Träger 10 der 20 ist
derart ausgebildet, dass er mit Armen 13, 14 mit
Beinen zusammenarbeitet, die eine Endfläche aufweisen, die einem Abschnitt
eines Zylinders folgt, wobei die Endfläche mit der Endfläche 53 in
Kontakt steht.
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Das
Steuermittel 50 der 1 kann durch ein
Steuermittel ersetzt werden, das durch die Strömungsrate der Flüssigkeit
durch das Bohrrohr angetrieben wird, wobei das System ohne Problem
von der Erde bedient werden kann.
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Das
in 23 gezeigte Steuermittel 50 umfasst einen äußeren Hohlzylinder 60,
eine Indexiereinrichtung 61, die in dem Hohlzylinder 60 angeordnet
ist, wobei die Indexiereinrichtung einen Mittelkanal 62 aufweist,
der in einem kleineren Kanal 63 endet und der zwei Seitenkanäle 64 an
der Verbindung J der Kanäle 62 und 63 aufweist.
Eine Stange 65 erstreckt sich mindestens in dem Kanal 63,
wobei die Stange an den Zylinder 60 durch eine Welle 67 befestigt
ist. Eine Trägerwelle 68 ist
entlang der Stange 65 bewegbar, wobei die Trägerwelle,
die sich mit einer Stange 69 erstreckt, an ihrem Ende eine
Platte 70 lagert, die mit dem Träger 10 verbunden ist.
Eine Feder 71 erstreckt sich zwischen der Platte 70 und
einem Trägerelement 72,
das an dem Zylinder 60 befestigt ist.
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Die
Platte 70 ist mit dem Trägerelement mittels einer Winde
oder Zylinder oder einer Stange (nicht gezeigt) verbunden, um die
Bewegung des Trägers 10 zu
bewirken. Entsprechend einer möglichen
Ausführungsform
kann die Winde oder Zylinder, die/der zwischen der Platte 70 und
dem Trägerelement
angeordnet ist, unabhängig
betätigt
werden, um die Stellung des Trägers
zu steuern. In diesem letzteren Fall sichert die Bewegung der Platte
beispielsweise die Bewegung des Trägers 10 zwischen einer
Stellung, die eine minimale mögliche
Schwenkung der Arme (beispielsweise ausgeführte Schwenkung, wenn das Schließmittel 16 gegen
die Arme anschlägt)
und einer Stellung, die irgendeine Schwenkung der Arme verhindert,
während
die Winde oder der Zylinder die Bewegung des Elements 10 bewirken,
um die mögliche
Schwenkung der Arme zwischen einer minimalen möglichen Schwenkung und einer
Maximalschwenkungsstellung zu steuern.
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Der
Zylinder 61 ist mit einer Seitennut 73 versehen,
deren Abwicklung in 25 gezeigt ist. Die Nut 73 hat
Täler 73A im
Wesentlichen auf einem gleichen Niveau und Spitzen 73B,
die auf unterschiedlichen Niveaus gelegen sind, Niveau L1 für die Schließstellung
der Arme 13, 14 (Aufwärtsbewegung des Trägers 10),
Niveau L2 für
die Messung des Öffnungswinkels
der Arme 13, 14 oder für die Positionierung der Arme,
und Niveau L3 für
die Arbeitsstellung. Ein Zapfen 75, der an dem Zylinder 60 befestigt
ist, bewegt sich in der Nut 73.
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In 23 ist
die Indexiereinrichtung 61 in Stellung, um die Arme 13, 14 in
der Kammer 6 zu schließen.
In der Stellung fließt
das Fluid FL in den Kanal 63, wodurch die Indexiereinrichtung
abwärts gegen
die Wirkung der Feder 71 bewegt wird. In dieser Stellung
fließt
kein Fluid FL durch die Durchgänge 64.
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In 26 ist
die Indexiereinrichtung in Stellung, um das Ausmaß der Vergrößerung,
d.h. den Durchmesser D oder den Winkel des Arms 13, 14,
zu messen und/oder anzupassen.
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In 27 ist
die Indexiereinrichtung oder das Indexiermittel für die Arbeit
des Systems zum Vergrößern des
Durchmessers der Bohrung in Stellung. In dieser Stellung strömt das Fluid
durch den Durchgang 64.
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Um
von einer Stellung zu einer anderen überzugehen, wird die Strömungsrate
des Fluids gesteigert, um die Indexiereinrichtung 61 gegen
die Wirkung der Feder 71 abwärts zu bewegen, so dass der Finger
oder der Zapfen 75 in ein Tal 73B bewegt wird. Wenn
die Strömungsrate
auf die nominale Strömungsrate
reduziert wird, wirkt die Feder auf die Indexiereinrichtung, so
dass der Zapfen 75 sich in eine Spitze der Indexiereinrichtung
erstreckt.