DE60206276T2

DE60206276T2 - Lenkbare drehbohrmeisseleinrichtung mit pilotbohrer

Info

Publication number: DE60206276T2
Application number: DE60206276T
Authority: DE
Inventors: Johannes Douwe RUNIA; George David SMITH; Nicholas Robert WORRALL
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: ThruBit BV
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2022-07-17
Also published as: CA2453353C; RU2004104367A; RU2317396C2; WO2003008754A1; AR034780A1; NO20040173L; DE60206276D1; CA2453353A1; EP1407110B1; CN100347397C; CN1617973A; US20040238221A1; EP1407110A1; US7207398B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehbohrmeißelanordnung, die sich zum Richtungsbohren eines Bohrloches in einer Untergrundformation eignet.
Bei modernen Bohroperationen, beispielsweise beim Bohren eines Bohrloches in einem Öl- oder Gasfeld, ist es häufig erwünscht, die Bohrrichtung zu ändern. Im allgemeinen wünscht man, von der Richtung abzugehen, in welcher der Bohrmeißel am unteren Ende des Bohrstranges fortschreitet, d.h. von der zentralen Längsachse des unteren Teiles des Bohrstranges weg. Zu diesem Zweck sind in der Vergangenheit mehrere Bohrsysteme und -verfahren entwickelt worden.
Das US-Patent Nr. 4,836,301 offenbart ein System und ein Verfahren zum Richtungsbohren. Bei dem bekannten System ist der Bohrmeißel über einen Universalgelenkmechanismus mit dem unteren Ende des Bohrstranges verbunden. Der Bohrmeißel kann geneigt werden, so daß die langgestreckte Achse des Bohrmeißels einen kleinen Abweichungswinkel mit der Achse des unteren Teil des Bohrstranges bilden kann. Das bekannte System weist ferner Lenkungsmittel zum Drehen des Bohrmeißels in einem Orbitalmodus bezüglich des unteren Teiles des Bohrstranges auf. Die Lenkungsmittel umfassen einen Strömungsablenker zum Bereitstellen hydrodynamischer Kraft, um den geneigten Bohrmeißel bezüglich des unteren Teiles des Bohrstranges azimutal zu drehen, wie dies erforderlich ist.
Während des Normalbetriebes des bekannten Systems wird der Bohrstrang mit dem Bohrmeißel an seinem Ende in Drehung versetzt, und der Bohrmeißel wird geneigt und in einem Orbitalmodus relativ zum unteren Teil des Bohrstranges im Gegensinn gedreht, derart, daß die Achse des Bohrmeißels geostationär bleibt.
Das bekannte System hat den Nachteil, daß große Neigungskräfte auf den Bohrmeißel ausgeübt werden müssen, und daß ein komplexer, aber robuster Mechanismus für den Universalgelenkmechanismus erforderlich ist, um den Neigungs- und Bohrkräften gleichzeitig standzuhalten.
Andere nach dem Stand der Technik bekannte Systeme beruhen auf dem Biegen des unteren Teiles des Bohrstranges oberhalb des Bohrmeißels oder auf dem Vorschieben des Bohrmeißels in die erwünschte Richtung durch Aufbringen von Seitenkräften auf den Schaft des Bohrmeißels.
Diese anderen Systeme erfordern ebenfalls komplexe und robuste Mechanismen, um die großen Neigungskräfte auf den Bohrmeißel aufzubringen.
Die deutsche Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer DE 3927625 offenbart einen Bohrmeißel mit einem äußeren Meißel und einem kugelförmigen inneren Meißel, der aus dem äußeren Meißel vorragt, wobei die Achse des inneren Meißels einen fixen Winkel mit der Achse des äußeren Meißels bildet. Der innere Meißel ist so angeordnet, daß er mit höherer Drehzahl als der umgebende äußere Meißel rotieren kann, so daß die Wirksamkeit des Bohrens verbessert wird.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Bohrmeißel und eine Bohrmeißelanordnung zu schaffen, die sich zum Richtungsbohren eines Bohrloches eignen, und die mechanisch einfacher als die bekannten Systeme sind.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Richtungsbohren eines Bohrloches zu schaffen.
Zu diesem Zweck schafft die vorliegende Erfindung einen Drehbohrmeißel, der sich zum Richtungsbohren eines Bohrloches in einer Untergrundformation eignet, wobei der Drehbohrmeißel aufweist:
einen Meißelkörper, der sich entlang einer zentralen Längsachse des Meißelkörpers erstreckt, wobei der Meißelkörper an seinem vorderen Ende eine Meißelkörperfläche hat und an seinem gegenüberliegenden Ende am Bohrstrang befestigbar ist, wobei ein ringförmiger Teil der Meißelkörperfläche mit einem oder mehreren spanerzeugenden Elementen versehen ist;
einen Pilotmeißel, der sich entlang einer zentralen Längsachse des Pilotmeißels erstreckt, wobei der Pilotmeißel teilweise innerhalb des Meißelkörpers angeordnet ist und aus dem zentralen Endteil der Meißelkörperfläche vorragt, wobei der Pilotmeißel an seinem vorderen Ende eine Pilotmeißelfläche aufweist, die mit einem oder mehreren spanerzeugenden Elementen versehen ist;
wobei der Bohrmeißel ferner eine Verbindungseinrichtung aufweist, mit welcher der Pilotmeißel mit dem Meißelkörper schwenkbar verbunden ist, so daß die Meißelkörperachse und die Pilotmeißelachse einen variablen Abweichungswinkel bilden können.
Eine Drehbohrmeißelanordnung gemäß der Erfindung, die sich zum Richtungsbohren eines Bohrloches in einer Untergrundformation eignet, weist zusätzlich zum Drehbohrmeißel gemäß der Erfindung Lenkungsmittel auf, die so ausgebildet sind, daß sie den Pilotmeißel schwenken, um während des Normalbetriebes die Bohrrichtung zu steuern.
Es wird ferner ein Verfahren zum Richtungsbohren eines Bohrloches in einer Untergrunderdformation geschaffen, mit den Schritten:

– Bereitstellen eines Drehbohrmeißels, der am unteren Ende eines Bohrstranges befestigt ist, wobei der Drehbohrmeißel einen Meißelkörper aufweist, der sich entlang einer Meißelkörperachse koaxial mit dem unteren Teil des Bohrstranges erstreckt und an seinem vorderen Ende mit einer Meißelkörperfläche versehen ist, wobei ein ringförmiger Teil der Meißelkörperfläche mit einem oder mehreren spanerzeugenden Elementen versehen ist, und einen Pilotmeißel, der sich entlang einer Pilotmeißelachse erstreckt und aus dem zentralen Teil der Meißelkörperfläche vorsteht, wobei der Pilotmeißel an seinem vorderen Ende eine Pilotmeißelfläche hat, die mit einem oder mehreren spanerzeugenden Elementen versehen ist;
– gleichzeitiges Aufbringen eines Bohrdrehmomentes um die Pilotmeißelachse auf den Pilotmeißel und eines Drehmomentes um die Meißelkörperachse auf den Meißelkörper, wobei der Pilotmeißel bezüglich des Meißelkörpers schwenkbar angeordnet ist, derart, daß die Meißelkörperachse und die Pilotmeißelachse einen bestimmten Abweichungswinkel bilden können; wobei das Verfahren ferner die Schritte aufweist:
– Einstellen des Pilotmeißels entlang der Pilotmeißelachse unter einem ausgewählten Abweichungswinkel zur Meißelkörperachse; und wobei die Orientierung der Pilotmeißelachse im Raum während zumindest einer Umdrehung des Meißelkörpers um die Meißelkörperachse im wesentlichen konstant gehalten wird.

Da der schwenkbare Pilotmeißel mit seiner Fläche in einem gewissen Abstand vor der Fläche des Meißelkörpers liegt, kann ein geneigter Pilotbohrlochabschnitt gebohrt werden, wobei die Tiefe etwa gleich dem Abstand zwischen der Pilotmeißelfläche und der Meißelkörperfläche ist. Infolge der kleineren Größe des Pilotmeißels ist nur eine kleine Neigungskraft für den Pilotmeißel im Vergleich zum direkten Neigen des gesamten Bohrmeißels erforderlich. Der Pilotbohrlochabschnitt dient als Führung für die Schneidwirkung des Meißelkörpers. Der Pilotmeißel in dem Pilotbohrlochabschnitt übt eine Führungskraft auf den Meißelkörper aus und führt bzw. neigt dadurch den Meißelkörper, einschließlich des daran befestigten Bohrstranges, in die gewünschte Richtung. Die Führungskraft wirkt auf den Meißelkörper nahe der Meißelkörperfläche, wodurch der Meißelkörper in der gewünschten Richtung eher gezogen als gedrückt wird, was einen fundamentalen Unterschied zu den Richtungsbohrsystemen und -verfahren nach dem Stand der Technik darstellt.
Im allgemeinen kann das Bohrmoment auf den Pilotmeißel unabhängig von dem Bohrmoment aufgebracht werden, das vom Bohrstrang auf den Meißelkörper ausgeübt wird. Zweckmäßig wird der Pilotmeißel durch das Bohrmoment angetrieben, das von dem Bohrstrang geliefert wird. In diesem Fall ist beim Bohren eines geraden Bohrloches keine Steuerung erforderlich, und der Bohrmeißel kann ähnlich wie ein konventioneller Drehbohrmeißel arbeiten. Die Verbindungseinrichtung kann zweckmäßig so ausgebildet sein, daß sie das Bohrmoment von dem Bohrstrang, der mit dem Meißelkörper fest verbunden ist, auf den Pilotmeißel überträgt. Vorzugsweise verriegelt die Verbindungseinrichtung hinsichtlich des Drehmomentes den Pilotmeißel mit dem Meißelkörper, so daß eine Umdrehung des Meißelkörpers entlang der Meißelkörperachse in einer Umdrehung des Pilotmeißels um die Pilotmeißelachse resultiert. Es versteht sich jedoch, daß ein Getriebemechanismus so angeordnet werden kann, daß der Pilotmeißel mit einer anderen Winkelgeschwindigkeit als der Meißelkörper rotiert. Der Pilotmeißel kann auch von einer anderen Quelle angetrieben werden, die nicht direkt mit der Drehwirkung des Bohrstranges gekuppelt ist, wie einem Schlammotor.
Im Falle der Pilotmeißel und der Meißelkörper gemeinsam jeder um seine entsprechende Achse gedreht werden, ist der Pilotmeißel zweckmäßig derart ausgebildet, daß die Pilotmeißelachse eine Orbitalbewegung bezüglich der Meißelkörperachse in entgegengesetzter Richtung und mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit des Meißelkörpers ausführt. Auf diese Weise kann die Pilotmeißelachse bezüglich der nicht drehenden Umgebung im Raum im wesentlichen stationär gehalten werden. Zur Ermöglichung der Orbitalbewegung ist die Verbindungseinrichtung eine kugelförmige Verbindungseinrichtung, die es gestattet, daß der Pilotmeißel azimutal um die Meißelkörperachse dreht, während die Pilotmeißelachse unter einem Abweichungswinkel geschwenkt ist, der ungleich Null ist.
Die Erfindung wird nun detaillierter unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
1 zeigt schematisch ein Beispiel einer Drehbohrmeißelanordnung 1 zum Richtungsbohren eines Bohrloches in einer Untergrundformation gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Bohrmeißelanordnung 1 weist einen Bohrmeißel 2 mit einem Bohrmeißelkörper 3 auf, der am unteren Ende eines rohrförmigen Bohrstranges 5 fest verankert ist. Der Meißelkörper 3 erstreckt sich von dem Bohrstrang 5 entlang einer zentralen Längsachse 8 des Meißelkörpers und hat an seinem vorderen Ende eine Meißelkörperfläche 10. Die Meißelkörperfläche 10 ist mit spanerzeugenden Elementen in Form von polykristallinen Diamantschneidern 12 versehen, die um eine zentrale Öffnung 14 in der Meißelkörperfläche 10 herum angeordnet sind und dadurch einen ringförmigen Teil der Meißelkörperfläche 10 bilden. Die Schneider sind zweckmäßig so ausgebildet, daß sie ein leichtes Seitenschneiden ermöglichen.
Der Meißelkörper 3 ist mit einem zentralen Längsdurchgang 16 versehen, der eine Fluidverbindung zwischen dem Inneren des Bohrstranges 5 und der Öffnung 14 des Meißelkörpers 3 herstellt. Der Durchgang 16 an der Seite der Öffnung 14 ist mit einer Hülse 18 versehen, die mit dem Meißelkörper 3 verbunden ist. Fluiddüsen 19 sind vorgesehen, die in Fluidverbindung mit dem Durchgang 16 stehen.
Der Bohrmeißel 2 weist ferner einen Pilotmeißel 20 auf, der teilweise innerhalb des Meißelkörpers 3 angeordnet ist und aus dem zentralen Teil 14 der Meißelkörperfläche 10 vorragt. An seinem vorderen Ende hat der Pilotmeißel 20 eine Pilotmeißelfläche 25, die mit spanerzeugenden Elementen in Form von polykristallinen Diamantschneidern 27 versehen ist. Der Pilotmeißel ist auch mit Fluiddüsen 28 ausgestattet, die in Fluidverbindung mit dem Durchgang 16 stehen. Der Pilotmeißel 20 hat ferner eine Meßfläche 29.
Der Pilotmeißel 20 ist am Meißelkörper 3 über eine kugelförmige Verbindungseinrichtung befestigt, die am vorderen Ende der Hülse 18 vorgesehen und schematisch mit dem Bezugszeichen 30 versehen ist. Die kugelförmige Verbindungseinrichtung 30 gestattet ein Kippen des Pilotmeißels 20 bezüglich des Meißelkörpers 3, so daß die zentrale Längsachse 32 des Pilotmeißels und die Meißelkörperachse 8 einen Abweichungswinkel bilden, der ungleich Null ist. In der Figur ist der Pilotmeißel um eine Achse (nicht gezeigt) geschwenkt, die senkrecht zur Zeichenebene ist, und der Abweichungswinkel ist mit dem Symbol α versehen. Die kugelförmige Verbindungseinrichtung 30 gestattet auch die Drehung des Pilotmeißels 20 um die Meißelkörperachse 8, während die Pilotmeißelachse um einen Abweichungswinkel geschwenkt ist, der ungleich Null ist.
Die kugelförmige Verbindungseinrichtung 30 ist ferner so ausgebildet, daß sie den Pilotmeißel 20 am Meißelkörper 3 drehmomentfest verriegelt, so daß eine Umdrehung des Meißelkörpers 3 um die Meißelkörperachse 8 in einer Drehung des Pilotmeißels 20 um die Pilotmeißelachse 32 resultiert.
Die kugelförmige Verbindungseinrichtung kann zweckmäßig so ausgebildet sein, wie dies im Stand der Technik für Universalgelenke bekannt ist. Gut bekannte Arten von Universalgelenken sind beispielsweise Hooke, Bendix-Weiss, Rzeppa, Tracta oder Doppelkardangelenke. Der Vorteil des Universalgelenkes ist, daß keine gesonderte Antriebsquelle und kein gesonderter Bohrstrang für den Pilotmeißel erforderlich sind, und daß der Pilotmeißel und der Meißelkörper gemeinsam mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit drehen, so daß Reibungskräfte an der Verbindungseinrichtung auf einem Minimum gehalten werden können.
Die Bohrmeißelanordnung 1 weist ferner Lenkungsmittel zum Lenken des Bohrmeißels 2 auf, wobei die Lenkungsmittel allgemein mit dem Bezugszeichen 40 versehen sind. Die Lenkungsmittel 40 sind so angeordnet, daß sie den Pilotmeißel 20 schwenken, um den Bohrmeißel 2 zu steuern. Zu diesem Zweck weisen die Lenkungsmittel einen Lenkhebel 42 auf, der sich von einer Kontaktanordnung 45 mit der Verbindungseinrichtung 30 zu einem Hebelpunkt 47 im Durchgang 16 des Meißelkörpers 3 erstreckt. Die Kontaktanordnung 45 und der Hebelpunkt 47 sind entlang der Pilotmeißelachse 32 angeordnet. Die Kontaktanordnung 45 hat die Form eines Lagers (nicht gezeigt), welches die Drehung des Pilotmeißels 20 um die Pilotmeißelachse 32 relativ zu dem Lenkhebel 42 ermöglicht. Durch Bewegen des Hebelpunktes 47 kann der Pilotmeißel geschwenkt und infolge der lagerförmigen Kontakteinrichtung die Orientierung des Pilotmeißels unabhängig von der Drehung des Pilotmeißels gesteuert werden.
Damit der Pilotmeißel 20 in einer bestimmten Richtung bohren kann, muß der Lenkhebel 42 orientiert werden, und der Hebelpunkt 47 ist zweckmäßig so eingestellt, daß er während der Drehung des Meißelkörpers 3 geostationär bleibt. Die Positionierung erfolgt unter Verwendung eines Positionshebels 52 der Lenkungsmittel, wobei der Positionshebel 52 an einem Ende an dem Hebelpunkt 47 angeschlossen ist. Zum Kompensieren der Drehung des Meißelkörpers 3 ist ein Drehmittel in Form eines Schrittmotors 55 vorgesehen, der am anderen Ende an dem Positionshebel 52 angeschlossen ist. Das Gehäuse des Schrittmotors 55 ist in einer fixen Orientierung mit dem Bohrstrang 5 und dem Meißelkörper 3 angeordnet. Der Hebelpunkt 47 kann durch Drehen des Positionshebels 52 relativ zum Meißelkörpers 3 um die Meißelkörperachse 8 in einer geostationären Lage und in entgegengesetzter Richtung und mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie der drehende Meißelkörper 3 gehalten werden, und während die Versetzung des Hebelpunktes 47 von der Meißelkörperachse 8 konstant gehalten wird.
Die Lenkungsmittel weisen fernen ein Richtungssensorpaket 58 zum Messen der Daten auf, um den tatsächlichen Bohrweg des Bohrmeißels zu bestimmen; ein Oberflächenkommunikationspaket 60 umfaßt einen Schlammimpulsgeber; und ein Lenkungskontrollpaket 62 zum Steuern der Position und Drehung des Lenkhebels 42 in Abhängigkeit von Daten aus dem Richtungssensorpaket 58, von Daten um die Winkelgeschwindigkeit des Bohrstranges und/oder von Befehlen, die von der Oberfläche erhalten werden.
Die Hülse 18 mit der kugelförmigen Verbindungseinrichtung 30 und der angeschlossene Pilotmeißel 20 bilden ein Verschlußelement für den Durchgang 16. Wie in 1 gezeigt, verhindert dieses Verschlußelement den Zutritt vom Inneren des Bohrstranges 5 zur Außenseite des Meißelkörpers in dem Bohrloch über die Öffnung 14. Die Hülse 18 kann an dem Meißelkörper 3 entfernbar befestigt sein, beispielsweise durch einen Verriegelungsmechanismus (nicht gezeigt), der so angeordnet ist, daß das Verschlußelement mit dem Meißelkörper selektiv verbunden und von diesem gelöst werden kann. Wenn das Verschlußelement entfernt ist, kann die Außenseite des Meißelkörpers in dem Bohrloch von der Innenseite des Bohrstranges über die Öffnung 14 zugänglich sein.
Der Normalbetrieb der Ausführungsform nach 1 wird nun erörtert. Wenn ein gerades Bohrloch zu bohren ist, wird die Pilotbohrachse 32 mit der Meißelkörperachse 8 ausgerichtet, und zu diesem Zweck wird der Hebelpunkt 47 in eine Stelle auf der Meißelkörperachse 8 bewegt. Durch Aufbringen von Bohrdrehmoment und Gewicht auf den Bohrmeißel 2 drehen der Pilotmeißel und der Meißelkörper infolge der Drehmomentverriegelung der kugelförmigen Verbindungseinrichtung 30 gemeinsam, und der Bohrmeißel arbeitet wie ein konventioneller Bohrmeißel mit der gleichen Gesamtgeometrie. Insbesondere besteht in dieser Situation kein Erfordernis, den Lenkhebel 42 durch den Schrittmotor 55 relativ zum Meißelkörper 3 zu drehen.
Wenn ein gekrümmtes Bohrloch zu bohren ist, wird die Pilotmeißelachse 32 so eingestellt, daß sie von der Meißelkörperachse 8 abweicht, indem der Hebelpunkt 47 von der Meißelkörperachse 8 weg bewegt wird. Zu diesem Zweck steuert das Lenkungskon trollpaket den Positionshebel 52 entsprechend, so daß der Lenkhebel 42 im Raum die erwünschte Orientierung hat (Abweichungswinkel und azimutale Orientierung). Der Abweichungswinkel zwischen der Meißelkörperachse und der Pilotmeißelachse kann beispielsweise zwischen 1 und 5 Grad eingestellt werden, doch sind kleinere oder größere Werte ebenso möglich.
Das Bohrdrehmoment wird auf den Meißelkörper 3 und über die kugelförmige Verbindungseinrichtung 30 gleichzeitig auf den Pilotmeißel 20 aufgebracht, so daß der Pilotmeißel, geführt durch den Lenkhebel, in die Formation eindringt. Der Schrittmotor 55 wird betätigt, um der Drehung des Meißelkörpers entgegenzuwirken, indem der Positionshebel 52 gedreht wird, so daß der Lenkhebel 42 im wesentlichen während zumindest einer Drehung des Meißelkörpers 3 geostationär bleibt. Der Pilotmeißel 20 bildet einen Pilotbohrlochabschnitt, der von der Meißelkörperachse 8 abweicht, und der Meißelkörper 3 wird dementsprechend gegen die Richtung des Pilotbohrlochabschnittes durch Aufbringen einer Führungskraft durch den Pilotmeißel über die kugelförmige Verbindungseinrichtung abgewinkelt. Die Meßfläche 29 des Pilotmeißels 20, die Abriebkräften aus dem Kontakt mit der Formation in dem Pilotbohrlochabschnitt unterworfen ist, ist zweckmäßig so ausgebildet, daß ihr Abrieb ein Minimum bleibt. Die Meßfläche 29 kann beispielsweise aus einem Diamant hergestellt werden oder PDC-Schutzelemente aufweisen.
Die tatsächliche Gesamtrichtung des Bohrens wird durch das Richtungssensorpaket 58 überwacht. Die von dem Richtungssensorpaket erhaltenen Daten und/oder Befehle, die von der Oberfläche über das Oberflächenkommunikationspaket 60 erhalten werden, werden von dem Lenkungskontrollpaket 62 verarbeitet. Das Lenkungskontrollpaket steuert dann den Lenkhebel, um die erwünschte und tatsächliche Bohrrichtung einzuhalten.
Die Bohrrichtung kann durch Verändern der Orientierung des Pilotmeißels (Lenkhebel) im Raum (Größe des Abweichungswinkels und der azimutalen Orientierung) gesteuert werden, zweckmäßig auf einer Zeitskala, die länger als eine Umdrehung des Meißelkörpers ist. Die Lenkungseinrichtung kann so ausgebildet sein, daß sie die Größe stufenlos einstellt oder zwischen einem vorbestimmten Abweichungswinkel ungleich Null und einem Abweichungswinkel Null schaltet. Der vorbestimmte Abweichungswinkel kann ein maximaler Abweichungswinkel der Verbindungseinrichtung sein.

Claims

Drehbohrmeißel (2), der sich zum Richtungsbohren eines Bohrloches in einer Untergrundformation eignet, wobei der Bohrmeißel umfaßt: einen Meißelkörper (3), der sich entlang einer zentralen Längsachse (8) des Meißelkörpers erstreckt, wobei der Meißelkörper an seinem vorderen Ende eine Meißelkörperfläche (10) hat und an seinem gegenüberliegenden Ende am Bohrstrang (5) befestigbar ist, wobei ein ringförmiger Teil der Meißelkörperfläche (10) mit einem oder mehreren spanerzeugenden Elementen (12) versehen ist; einen Pilotmeißel (20), der sich entlang einer zentralen Längsachse (32) des Pilotmeißels erstreckt, wobei der Pilotmeißel teilweise innerhalb des Meißelkörpers (3) angeordnet ist und aus dem zentralen Teil (14) der Meißelkörperfläche (10) vorragt, wobei der Pilotmeißel (20) an seinem vorderen Ende eine Pilotmeißelfläche (25) aufweist, die mit einem oder mehreren spanerzeugenden Elementen (27) versehen ist; dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrmeißel (2) ferner eine Verbindungseinrichtung (30) aufweist, mit welcher der Pilotmeißel (20) mit dem Meißelkörper (3) schwenkbar verbunden ist, so daß die Meißelkörperachse (8) und die Pilotmeißelachse (32) einen variablen Abweichungswinkel bilden können.
Drehbohrmeißel (2) nach Anspruch 1, bei welchem die Verbindungseinrichtung eine kugelförmige Verbindungseinrichtung (30) ist.
Drehbohrmeißel (2) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Verbindungseinrichtung ferner so ausgebildet ist, daß sie den Pilotmeißel (20) an dem Meißelkörper (3) drehmomentverriegelt.
Drehbohrmeißel (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Meißelkörper mit einem Durchgang (16) versehen ist, der eine Fluidverbindung zwischen dem Inneren eines angeschlossenen Bohrstranges (5) und dem Äußeren des Meißelkörpers (3) in dem Bohrloch herstellt, und mit einem entfernbaren Verschlußelement (18, 20, 30), das so ausgebildet ist, daß es den Durchgang selektiv verschließt, wobei das Verschlußelement den Pilotbohrmeißel (20) umfaßt.
Drehbohrmeißel (2) nach einem der Ansprüche 1–4, der Teil eines Drehbohrmeißelanordnung (1) bildet, die sich zum Richtungsbohren eines Bohrloches in einer Untergrundformation eignet, wobei die Bohrmeißelanordnung (1) ferner aufweist: eine Lenkungseinrichtung (40), die so ausgebildet ist, daß sie den Pilotmeißel (20) während des Normalbetriebes schwenkt, um in die Bohrrichtung zu steuern.
Drehbohrmeißel (2) nach Anspruch 5, bei welchem die Lenkungseinrichtung (40) zum Bohren mit einem konstanten Abweichungswinkel ungleich Null so ausgebildet ist, daß sie den Pilotmeißel (20) relativ zum Meißelkörper (3) derart schwenkt, daß die Orientierung der Pilotmeißelachse (32) im Raum während zumindest einer Umdrehung des Meißelkörpers (3) um die Meißelkörperachse (8) im wesentlichen konstant bleibt.
Drehbohrmeißel (2) nach Anspruch 6, bei welchem die Lenkungseinrichtung (40) einen Lenkhebel (42) aufweist, der sich im wesentlichen entlang der Pilotmeißelachse (32) von einer Kontaktanordnung (45) mit der Verbindungseinrichtung (30) zu einem Hebelpunkt (47) im Inneren des Meißelkörpers (3) erstreckt, und wobei der Pilotmeißel (20) geschwenkt werden kann, indem die Position des Hebelpunktes (47) bezüglich des Meißelkörpers (3) verändert wird.
Drehbohrmeißel (2) nach Anspruch 7, bei welchem die Lenkungseinrichtung (40) ferner ein Drehmittel (55) aufweist, das mit dem Meißelkörper (3) verbunden ist, und wobei der Hebelpunkt (47) so eingestellt ist, daß er im wesentlichen an seinem Punkt im Raum durch die Drehmittel (55) bleibt, die so ausgebildet sind, daß sie den Hebelpunkt (47) relativ zum Meißelkörper (3) um die Meißelkörperachse (8) drehen, mit einer konstanten Versetzung von der Meißelkörperachse (8), in entgegengesetzter Richtung und mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie der Drehbohrmeißelkörper (3).
Drehbohrmeißel (2) nach einem der Ansprüche 7–8, bei welchem die Kontaktanordnung (45) mit der Verbindungseinrichtung (30) ein Lager aufweist, das so ausgebildet ist, daß es eine Drehung der Verbindungseinrichtung (30) um die Pilotmeißelachse (32) relativ zu dem Lenkhebel (42) gestattet.
Drehbohrmeißel nach einem der Ansprüche 5–9, bei welchem die Lenkungseinrichtung (40) ferner eine Lenkungskontrolleinrichtung (62) aufweist, die so ausgebildet ist, daß sie die Richtung des Lenkhebels (42) während des Normalbetriebes steuern.
Drehbohrmeißel nach Anspruch 10, bei welchem die Lenkungskontrolleinrichtung (62) eines oder mehrere der folgenden Elemente aufweist: ein Richtungssensorpaket (58), ein Oberflächenkommunikationspaket (60), ein Drehmittel zum Drehen des Hebelpunktes (47) um die Meißelkörperachse (8).
Verfahren zum Richtungsbohren eines Bohrloches in einer Untergrunderdformation, mit den Schritten: – Vorsehen eines Drehbohrmeißels (2), der am unteren Ende eines Bohrstranges (5) befestigt ist, wobei der Drehbohrmeißel (2) einen Meißelkörper (3) aufweist, der sich entlang einer Meißelkörperachse (8) koaxial mit dem unteren Teil des Bohrstranges (5) erstreckt, und mit einer Meißelkörperfläche (10) an seinem vorderen Ende, wobei ein ringförmiger Teil der Meißelkörperfläche (10) mit einem oder mehreren spanerzeugenden Elementen (16) versehen ist, und einen Pilotmeißel (20), der sich entlang einer Pilotmeißelachse (32) erstreckt und aus dem zentralen Teil (14) der Meißelkörperfläche (10) vorragt, wobei der Pilotmeißel (20) eine Pilotmeißelfläche (25) an seinem vorderen Ende hat, die mit einem oder mehreren spanerzeugenden Elementen (27) versehen ist; – gleichzeitiges Aufbringen eines Bohrdrehmomentes um die Pilotmeißelachse auf den Pilotmeißel (20) und eines Drehmomentes auf den Meißelkörper (3) um die Meißelkörperachse (8), dadurch gekennzeichnet, daß der Pilotmeißel (20) bezüglich des Meißelkörpers (3) schwenkbar angeordnet ist, derart, daß die Meißelkörperachse (8) und die