DE60207559T2 - Richtbohrwerkzeug - Google Patents

Richtbohrwerkzeug Download PDF

Info

Publication number
DE60207559T2
DE60207559T2 DE60207559T DE60207559T DE60207559T2 DE 60207559 T2 DE60207559 T2 DE 60207559T2 DE 60207559 T DE60207559 T DE 60207559T DE 60207559 T DE60207559 T DE 60207559T DE 60207559 T2 DE60207559 T2 DE 60207559T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
casing
housing
drive wheel
rotation
sleeve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60207559T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60207559D1 (de
Inventor
John Stephen Nr. Selby MCLOUGHLIN
B. Jeffrey LASATER
P. Jack CHANCE
B. George SUTHERLAND
M. Feroze VARIAVA
Emerson Marcellus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rst (bvi) Inc
R S T BVI Inc
Rst (bvi) Inc Road Town
Original Assignee
Rst (bvi) Inc
R S T BVI Inc
Rst (bvi) Inc Road Town
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rst (bvi) Inc, R S T BVI Inc, Rst (bvi) Inc Road Town filed Critical Rst (bvi) Inc
Publication of DE60207559D1 publication Critical patent/DE60207559D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60207559T2 publication Critical patent/DE60207559T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00Survey of boreholes or wells
    • E21B47/02Determining slope or direction
    • E21B47/024Determining slope or direction of devices in the borehole
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04Directional drilling
    • E21B7/06Deflecting the direction of boreholes
    • E21B7/062Deflecting the direction of boreholes the tool shaft rotating inside a non-rotating guide travelling with the shaft

Landscapes

  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Drilling And Boring (AREA)
  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Öl- und Gasbohrung. Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren für das Auswählen oder Steuern der Richtung von der Erdoberfläche aus, in der ein Bohrloch verläuft.
  • Ein Bohrarbeiter möchte oftmals ein Bohrloch ablenken oder seine Richtung zu einer bestimmten Stelle innerhalb einer produzierenden Formation steuern. Dieser Vorgang ist als Richtbohren bekannt. Ein Beispiel dafür betrifft ein Wassereinspritzbohrloch in einem Erdölfeld, das im Allgemeinen an den Rändern des Feldes und an einer niedrigen Stelle in jenem Feld (oder der Formation) positioniert ist.
  • Zusätzlich zum Steuern der erforderlichen Bohrrichtung übt die Formation, durch die ein Bohrloch gebohrt wird, eine veränderliche Kraft auf das Bohrgestänge zu allen Zeiten aus. Das kann zusammen mit der speziellen Konfiguration des Bohrwerkzeuges bewirken, dass der Bohrmeißel nach oben, unten, rechts oder links abweicht. Der industrielle Begriff, der diesem Effekt gegeben wird, ist „Bohrlochabweichung", und viele Verfahren, um die „Bohrlochabweichung" zu steuern oder umzulenken, wurden in der Industrie ausprobiert. Der Effekt der Bohrlochabweichung in einem vertikalen Loch kann durch Verändern des Drehmomentes und des Gewichtes auf den Meißel während des Bohrens eines vertikalen Loches gesteuert werden. Bei einem stark geneigten oder horizontalen Bohrloch wird die Bohrlochabweichung jedoch zu einem Hauptproblem.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Um ein Loch nach links oder rechts abzulenken, kann der Bohrarbeiter gegenwärtig unter einer Reihe von speziellen Bohrwerkzeugen auswählen, wie beispielsweise Bohrmotoren, sogenannten „Neigungsübergängen" und in jüngster Zeit einem steuerbaren Motor.
  • Ein Neigungsübergang ist ein kurzes Rohr, das eine geringfügige Biegung nach einer Seite aufweist, am Rohrgestänge befestigt ist, gefolgt von einem Messgerät, von dem ein MWD-Werkzeug (Messung während des Bohrens, was die Bohrlochrichtungsinformation zur Erdoberfläche bringt) ein allgemeiner Typ ist, gefolgt von einem Bohrmotor, der am Bohrmeißel befestigt ist. Das Bohrgestänge wird in das Bohrloch abgesenkt und gedreht, bis das MWD-Werkzeug zeigt, dass die Anschnittsschneide des Bohrmeißels in der gewünschten Richtung liegt. Ein Gewicht wird auf den Meißel mittels der Schwerstangen aufgebracht, und während Bohrflüssigkeit durch das Bohrgestänge gepumpt wird, dreht der Bohrmotor den Meißel.
  • Das US 3561549 betrifft eine Vorrichtung, die eine ausreichende Steuerung gewährt, um ein geneigtes Loch von einer vertikalen Bohrung aus abzulenken und zu beginnen, oder um die Bohrlochabweichung in einem vertikalen Bohrloch zu steuern. Das Bohrwerkzeug weist eine sich nicht drehende Hülse auf, wobei eine Vielzahl von Rippen (oder Keilen) auf einer Seite unmittelbar unterhalb eines Bohrmotors angeordnet ist, der wiederum an einem Meißel befestigt ist.
  • Das US 4220213 betrifft eine Vorrichtung, die ein beschwertes Futterrohr aufweist. Das Werkzeug ist so konstruiert, dass es einen Vorteil aus der Schwerkraft zieht, weil die schwere Seite des Futterrohres die tiefe Seite des Loches suchen wird. Die tiefe Seite des Bohrloches ist dabei die Seite, die am weitesten von der Vertikalen weg ist.
  • Das US 4638873 betrifft ein Werkzeug, das einen federbelasteten Schub und eine beschwerte schwere Seite aufweist, die einen Messgeräteeinsatz aufnehmen kann, der mittels einer Halteschraube an Ort und Stelle gehalten wird.
  • Das US 5220963 offenbart eine Vorrichtung mit einem inneren sich drehenden Futterrohr, das in drei sich nicht drehenden Elementen untergebracht ist.
  • Auf diese Weise ist bekannt, wie eine Bohrlochabweichung in einem Bohrloch korrigiert wird. Wenn jedoch Veränderungen bei den Kräften, die eine Bohrlochabweichung hervorrufen, während des Bohrens auftreten, müssen alle Werkzeuge nach dem bisherigen Stand der Technik zurückgezogen werden, um die Richtung des Bohrloches zu korrigieren. Die absolute Forderung für das Zurückziehen des Werkzeuges bedeutet, dass ein Roundtrip durchgeführt werden muss. Das führt zu einem Kompromiss von Sicherheit und einem hohen Aufwand an Zeit und Geld.
  • Die eigene vorherige Patentanmeldung WO 96/31679 des Anmelders und das U.S. Patent US 5979570 sprechen teilweise das Problem der Bohrlochabweichung in einem geneigten Bohrloch an. Die in dieser Patentanmeldung und dem Patent beschriebene Vorrichtung weist exzentrisch gebohrte innere und äußere Hülsen auf. Da die äußere Hülse frei beweglich ist, so dass sie nach der tiefen Seite des Bohrloches suchen kann, kann die beschwerte Seite der inneren exzentrischen Hülse entweder auf der rechten Seite oder der linken Seite des beschwerten Abschnittes der äußeren exzentrischen Hülse positioniert werden, um in einer binären Weise die Bohrlochabweichung zu korrigieren.
  • Der Anmelder entwickelte jetzt ein verbessertes Bohrwerkzeug, das die Bohrlochabweichung in einem stark geneigten Bohrloch korrigieren kann, und das in der Lage ist, sowohl die Neigung als auch die Bohrlochrichtungswinkelebene des Bohrloches zu steuern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung für das selektive Steuern der Richtung eines Bohrloches bereit, wobei die Vorrichtung aufweist:
    ein Futterrohr, das um eine Rotationsachse drehbar ist; eine Richtungssteuereinrichtung, die mindestens zwei Elemente aufweist, die längs des Futterrohres beabstandet sind, und die so ausgebildet (konfiguriert) sind, dass sie eine Kraft auf das Futterrohr mit einer Komponente senkrecht zur Rotationsachse anwenden;
    ein Gehäuse mit einer exzentrischen Längsbohrung, die eine beschwerte Seite bildet und ausgebildet ist, um sich ungehindert unter der Schwerkraft zu drehen; und
    ein Antriebsteil für das selektive Verändern des Winkels der Kraft relativ zur beschwerten Seite des Gehäuses um die Rotationsachse, wobei das Antriebsteil in der Lage ist, die zwei Teile unabhängig voneinander zu bewegen.
  • Die Bereitstellung einer zweiteiligen Richtungssteuereinrichtung gestattet eine stärkere Kontrolle über die Bohrrichtung, um in einer erforderlichen Richtung zu bohren, und um die Bohrlochabweichung auszugleichen. Außerdem gestattet die Bereitstellung einer zweiteiligen Richtungssteuereinrichtung, dass eine Kraft von Null auf das Futterrohr durch Vorrücken der Richtungssteuereinrichtung um das Futterrohr angewandt wird.
  • Die zwei Teile der Richtungssteuereinrichtung können in einer Anzahl von unterschiedlichen Weisen ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die zwei Teile auf unterschiedlichen Seiten der mittleren Ebene angeordnet. Eine speziell bevorzugbare Anordnung wird bewirkt, wenn beide der zwei Teile in der Lage sind, eine unabhängige Kraft auf das Futterrohr anzuwenden. Beispielsweise können die zwei Teile auf beiden Seiten der mittleren Ebene des Gehäuses angeordnet werden. Beispielsweise können beide Teile exzentrisch gebohrte Hülsen aufweisen.
  • Bei einer alternativen Konfiguration ist nur ein Teil in der Lage, eine radiale Kraft auf das Futterrohr anzuwenden, wobei das andere Teil nur in der Lage ist, eine symmetrische Kraft um das Futterrohr anzuwenden. Beispielsweise kann ein Teil eine exzentrisch gebohrte Hülse sein, und das andere kann eine konzentrisch gebohrte Hülse sein. Wenn die Anordnung in Betracht gezogen wird, wo eine konzentrisch gebohrte Hülse auf einer Seite der mittleren Ebene und eine exzentrisch gebohrte Hülse auf der anderen angeordnet ist, dann ist es möglich, eine sogenannte „Point-the-bit"-Anordnung zu bilden. Die exzentrisch gebohrte Hülse kann entweder über oder unter der mittleren Ebene des Gehäuses angeordnet werden. Zwei exzentrisch gebohrte Hülsen, die unter 180° zueinander um das Futterrohr ausgerichtet sind, können ebenfalls diesen Effekt bewirken.
  • Die Hinweise erfolgten auf das mindestens eine Teil, das exzentrisch gebohrt ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass der gleiche Effekt mit einer Hülse erreicht werden kann, die räumlich symmetrisch um die Rotationsachse verläuft, die aber ein dichteres Material oder ein Gewicht aufweist, das auf einer Seite der Hülse angeordnet ist.
  • Außerdem besteht keine Forderung, dass die Richtungssteuereinrichtung eine Hülse ist. Ein Nocken oder sogar ein lineares Betätigungselement könnte mit der gleichen Wirkung wie eine exzentrische Hülse verwendet werden.
  • Das Antriebsteil ist ausgebildet, um die zwei Teile der Richtungssteuereinrichtung unabhängig voneinander zu bewegen. Das ist ungeachtet der Beschaffenheit der Richtungssteuereinrichtung anwendbar, beispielsweise, wenn die Richtungssteuereinrichtung eine Hülse, einen Nocken, ein lineares Betätigungselement oder ein anderes Bauteil aufweist, die das gleiche Ergebnis bewirken können.
  • Wo die Richtungssteuereinrichtung ein lineares Betätigungselement aufweist, kann das Betätigungselement so montiert werden, dass sich jenes um den Umfang des Futterrohres bewegen kann, um eine Kraft auf das Futterrohr in der erforderlichen Position anzuwenden. Vorzugsweise wird eine Vielzahl von linearen Betätigungselementen um den Umfang des Futterrohres angeordnet. Mehr bevorzugt werden mindestens drei Betätigungselemente mit gleichen Winkeln in einer Ebene um das Futterrohr verwendet. Dabei sind die drei Betätigungselemente sind in der Lage, eine Kraft auf das Futterrohr in einer Richtung in einer Ebene um seine Achse anzuwenden.
  • Vorzugsweise ist das Antriebsteil ausgebildet, um die Richtung der Kraft innerhalb einer Toleranz von höchstens 10°, mehr bevorzugt höchstens 5°, noch mehr bevorzugt höchstens 1° zu verändern.
  • Eine mögliche Konfiguration des Antriebsteils und der Richtungssteuereinrichtung können mittels einer Antriebsrad- und Laufbahnanordnung bewirkt werden.
  • Die Laufbahn und das Antriebsrad weisen vorzugsweise eine Vielzahl von ineinandergreifenden Zähnen auf, um eine Bewegung dazwischen zu bewirken. Auf eine derartige Anordnung bezieht man sich im Allgemeinen als eine Ritzel- und Antriebsradanordnung. Diese Anordnung wird besonders bevorzugt, da, wenn sie stationär ist, das Antriebsrad gegen die Laufbahn sperrt, was dazu dient, die innere Hülse in Position relativ zum Gehäuse zu sichern. Die Laufbahn- und Antriebsradanordnung könnte ebenfalls durch ein Antriebsrad mit einem Umfang bereitgestellt werden, der einen hohen Reibungskoeffizienten mit der Laufbahn aufweist.
  • Das Antriebsrad kann auf einem Teil der Richtungssteuereinrichtung anordnet werden, und das Gehäuse kann mit einer Laufbahn auf seiner inneren Fläche versehen werden, so dass die Bewegung des Antriebsrades eine Bewegung des Teils der Richtungssteuereinrichtung mit Bezugnahme auf das Gehäuse bewirkt. Alternativ kann das Antriebsrad im äußeren Gehäuse angeordnet werden, und ein Teil der Richtungssteuereinrichtung kann mit einer Laufbahn versehen werden, so dass die Bewegung des Antriebsrades eine relative Bewegung zwischen dem Teil der Richtungssteuereinrichtung und dem Gehäuse beeinflusst. Diese Anordnung wird bevorzugt, da sie gestattet, dass eine Energiequelle das Antriebsrad antreibt, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
  • Die vorangehend angeführte Antriebseinrichtung wurde in Beziehung zur Bewegung eines einzelnen Teils der Richtungssteuereinrichtung beschrieben. Ein einzelnes Antriebsrad könnte jedoch verwendet werden, um die zwei Teile der Richtungssteuereinrichtung zu bewegen. Zwei derartige Antriebseinrichtungen können verwendet werden, um jeweils die zwei Teile der Richtungssteuereinrichtung anzutreiben.
  • Das Antriebsteil kann einen Hydraulik- oder Elektromotor oder dergleichen aufweisen. Außerdem kann die Antriebseinrichtung batteriebetrieben sein oder durch die Drehung des sich drehenden Futterrohres angetrieben werden.
  • Beim Betrieb muss das Antriebsteil die Richtung der Kraft mit Bezugnahme auf das äußere Gehäuse bewegen. Typischerweise sind bestimmte Einrichtungen erforderlich, um das Antriebsteil zu instruieren, die Position der Richtung der Anwendung der Kraft auf das Futterrohr zu bewegen.
  • Daher weist die Vorrichtung außerdem vorzugsweise eine Logikeinrichtung für das Ermitteln auf, wann die Richtung der Kraft bewegt werden sollte, die durch die Richtungssteuereinrichtung angewandt wird. Die Logikeinrichtung kann in der Bohrgarnitur angeordnet werden, oder sie kann auf der Erdoberfläche mit einer Einrichtung für eine Verbindung mit der Bohrgarnitur angeordnet werden. Wenn die Logikeinrichtung innerhalb der Bohrgarnitur angeordnet wird, kann sie so ausgebildet sein, dass sie eine Information zur/von der Erdoberfläche sendet und/oder empfängt, um zu ermitteln, wann die Richtung der Kraft bewegt werden sollte.
  • Wenn die Logikeinrichtung in der Bohrlochbaugruppe angeordnet wird und so ausgebildet ist, dass sie eine Information von der Erdoberfläche empfängt, wird vorzugsweise eine Information zur Logikeinrichtung bei Benutzung eines der Parameter gesendet, die während des Bohrens leicht verfügbar sind. Beispielsweise das Gewicht auf den Bohrmeißel und der Pumpzyklus.
  • Die Logikeinrichtung kann einen Sensor für das Ermitteln der Bohrlochflüssigkeitsimpulse und das Dekodieren der Impulse aufweisen, um zu ermitteln, wann die Richtung der Kraft verändert werden sollte. Eine Reihe von Flüssigkeitsimpulsen kann nach unten zum Bohrgestänge gesendet werden. Die Bohrgestängeimpulse können benutzt werden, um die Daten zu kodieren, um sie zur Bohrgarnitur zu senden.
  • Der Flüssigkeitsdruck könnte ebenfalls benutzt werden, um die Position der Kraft der Richtungssteuereinrichtung zu ermitteln. Beispielsweise könnten Flüssigkeitsdurchgänge bereitgestellt werden, die sich im Allgemeinen radial durch das Futterrohr erstrecken, wobei die Richtungssteuereinrichtung und das Gehäuse derart sind, dass, wenn die Richtungssteuereinrichtung, die beispielsweise eine Hülse, ein Nocken, usw. sein kann, in einer ersten Position ist, sich die Reihe der Bohrflüssigkeitsdurchgänge miteinander so ausrichtet, dass die Bohrflüssigkeit leicht aus dem Inneren des Futterrohres zur Außenseite des Gehäuses strömen kann, begleitet von einem relativ geringen Druckabfall, und, wenn die Hülse nicht in der ersten Position ist, die Bohrflüssigkeitsdurchgänge versetzt sind, um so den Bohrflüssigkeitsstrom aus dem Inneren des Futterrohres zur Außenseite des Gehäuses zu beschränken, begleitet von einem relativ hohen Druckabfall. Das gestattet die Ermittlung der Position der Richtungssteuereinrichtung.
  • Bei einer bevorzugten Anordnung wird das Vorangehende durch die Bereitstellung einer Bohrmeißeldüsen- und Öffnungskombination erreicht, die innerhalb des im Allgemeinen radialen Durchganges im Futterrohr benachbart der Richtungssteuereinrichtung positioniert ist.
  • Außerdem kann die Logikeinrichtung einen Detektor für das Nachweisen der Drehung des Bohrgestänges aufweisen. Die Bohrgestängedrehung könnte durch Anwendung von Magnetfeldern beispielsweise in der Weise nachgewiesen werden, die im GB 2356207 beschrieben wird. Die Logikeinrichtung kann ausgebildet sein, um die Frequenz der Drehung des Bohrgestänges nachzuweisen. Das gestattet eine Größe eines Skalarenparameters, wie beispielsweise eines Winkels, über den die durch die Richtungssteuereinrichtung angewandte Kraft bewegt wird. Die Logikeinrichtung kann ausgebildet sein, um eine Zeitdauer zwischen der Drehung und der Nichtdrehung des Bohrgestänges zu ermitteln, wobei die Zeitdauer bestimmt, wann der Winkel der Kraft mit Bezugnahme auf die beschwerte Seite des Gehäuses oder die radiale Position des Gehäuses verändert werden sollte.
  • Die Logikeinrichtung und das Antriebsteil können innerhalb des Gehäuses aufgenommen werden. Alternativ kann die Logikeinrichtung innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses angeordnet werden, das mit mindestens einem der Futterrohre, Richtungssteuereinrichtung und Gehäuse verbunden ist. Die Vorrichtung kann außerdem eine Energiequelle für das Zuführen von Energie zum Antriebsteil und/oder der Logikeinrichtung aufweisen.
  • Vorzugsweise endet das sich drehende Futterrohr an beiden Enden in dem geeigneten Standardgestängeverbinder, der in der Bohrindustrie für eine leichte Befestigung an Verlängerungsstücken, dem Meißel, anderen Bohrwerkzeugen oder dem Bohrrohr verwendet wird.
  • Das sich drehende Futterrohr wird benutzt, um die Rotationsbewegung des Bohrrohres auf den Bohrmeißel zu übertragen und wirkt als Verlängerungsleitung des Bohrrohres für alle Bohrflüssigkeiten, die nach unten im Bohrrohr und auf den Bohrmeißel gelangen.
  • Die vorangehende Beschreibung hat hauptsächlich das Senden einer Information von der Erdoberfläche zur Bohrgarnitur betrachtet, um die Position der Kraft auf das Futterrohr zu verändern. Während des Bohrens wird die Bohrgarnitur jedoch tatsächlich innerhalb des Bohrloches angeordnet; daher ist die Bohrgaritur selbst in einer weit besseren Position, um Daten zu ermitteln, die Schichten betreffen, als jegliche auf der Erdoberfläche basierende Analyseeinrichtung.
  • Daher ist die Bohrgaritur mit einem Sensor für das Ermitteln einer geologischen Information über die zu bohrende Formation versehen.
  • Die Sensoreinrichtung weist vorzugsweise einen Sensor und eine Analyseeinrichtung für das Analysieren der vom Sensor gesammelten Daten auf. Wenn die Analyse von der Bohrgarnitur durchgeführt wird, dann wird keine Zeit damit vergeudet, die Daten zur Erdoberfläche zu senden. Eine weitere Stufe würde außerdem gestatten, dass sich das Werkzeug selbst auf der Basis der Daten steuert, die von seinen Sensoren ermittelt werden.
  • Vorzugsweise ist der Sensor ausgebildet, um Gammastrahlen nachzuweisen.
  • Die Vorrichtung kann außerdem eine Vielzahl von Stabilisierungsschuhen aufweisen. Diese Stabilisierungsschuhe können peripher um ein vorgegebenes Maß in Beziehung zum Gewicht des Gehäuses versetzt sein. Mehr bevorzugt weist die Vorrichtung zwei Stabilisierungsschuhe auf. Die Stabilisierungsschuhe, die Rippen, Keile, usw. sein können, erstrecken sich radial nach außen und seitlich längs des Umfanges auf beiden Seiten der äußeren exzentrischen Hülse.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird jetzt mit Bezugnahme auf die folgenden bevorzugten nicht einschränkenden Ausführungen beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine elementare aufgeschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung entsprechend einer Ausführung der Erfindung in einem etwas geneigten Bohrloch, das seine tiefe Seite links aufweist,
  • 2 eine elementare Seitenansicht des Werkzeuges aus 1, das eine beschwerte Seite links aufweist und die Position der Stabilisierungsschuhe veranschaulicht;
  • 3 eine elementare Seitenansicht des Werkzeuges aus 1, um neunzig Grad gedreht;
  • 4 eine elementare Schnittdarstellung des Werkzeuges aus 3 längs A-A' und 4A eine elementare Schnittdarstellung des Werkzeuges aus 3 längs der Linie B-B';
  • 5A eine elementare Draufsicht des Werkzeuges aus 1, das in einem Bohrloch eingesetzt wird, wobei seine Verwendung veranschaulicht wird, indem eine Rechtsdrehung vorgenommen wird;
  • 5B eine elementare Draufsicht des Werkzeuges aus 1, das in einem Bohrloch eingesetzt wird, wobei seine Verwendung veranschaulicht wird, indem eine rechte Bohrlochabweichung korrigiert wird, oder wobei alternativ seine Verwendung veranschaulicht wird, indem eine Linksdrehung vorgenommen wird;
  • 6 ein Werkzeug entsprechend einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 7A einen Antrieb, der mit dem inneren Futterrohr gekuppelt ist, durch eine Motoreinrichtung betätigt;
  • 7B einen Antrieb, der mit dem äußeren Gehäuse gekuppelt ist, durch eine Motoreinrichtung betätigt;
  • 8 eine elementare Schnittdarstellung, die die Flüssigkeitsdruck-Signalisierungseinrichtung für die Position der inneren exzentrischen Hülse veranschaulicht;
  • 9 eine elementare Schnittdarstellung der Vorrichtung, die die Signalisierungseinrichtung zeigt, längs A-A in 8; und
  • 10 eine elementare Schnittdarstellung der Vorrichtung, die eine Signalisierungseinrichtung bei Anwendung von Magnetfeldern veranschaulicht;
  • 11 eine Bohrgarnitur, die ein Werkzeug entsprechend der Erfindung, einen Meißel, ein MWD-Werkzeug, Schwerstangen, usw. umfasst, die nur für die Links/Rechts-Bohrlochkorrektur verwendet werden;
  • 12A eine zeichnerische Veranschaulichung für die vorgeschlagene Bohrgarnitur aus 11, die die Vorrichtung, den Meißel und Stabilisierungseinrichtungen zeigt, die nur für die Links/Rechts-Bohrlochkorrektur verwendet werden;
  • 12B eine vorgeschlagene zeichnerische Bohrgarnitur, die die Vorrichtung, den Meißel und die Stabilisierungseinrichtungen umfasst, die nur für die Aufwärts/Abwärts-Bohrlochkorrektur verwendet werden;
  • 12C eine vorgeschlagene zeichnerische Bohrgarnitur, die für die Aufwärts/Abwärts- und Links/Rechts-Korrektur verwendet wird;
  • 13 eine elementare Schnittdarstellung einer Vorrichtung in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführung, wo die Richtungssteuereinrichtung eine Vielzahl von linearen Betätigungselementen aufweist; und
  • 14 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung entsprechend einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, und die einen Sensor aufweist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Bevor die Vorrichtung beschrieben wird, wird die Erscheinung der „Bohrlochabweichung" detaillierter diskutiert.
  • Die Formation, durch die ein Bohrloch gebohrt wird, übt eine veränderliche Kraft auf das Bohrgestänge zu allen Zeiten aus. Diese veränderliche Kraft ist im Wesentlichen auf die Rotationsbewegung des Meißels in Uhrzeigerrichtung, das auf den Bohrmeißel angewandte Gewicht und die Schichten der Formation zurückzuführen. Die Formation ist ein allgemeiner Begriff, der verwendet wird, um das Material zu definieren, nämlich Gestein, Sand, Schiefer, Ton, usw. – durch das das Bohrloch hindurchgehen wird, um einen Weg oder einen Kanal zu einer produzierenden Formation zu öffnen. Diese veränderliche Kraft wird zu einer variablen Änderung der Richtung des Bohrloches führen.
  • Die Formation wird im Allgemeinen durch die Wirkung der Natur über Millionen von Jahren schichtartig gebildet und ist nicht zwangsläufig eben. Die Formation wird Einsattelungen aufweisen, die als eine Veränderung der Richtung der Schichten der Formation definiert werden, die sich entweder nach oben oder nach unten erstrecken können. Während sich der Bohrmeißel in eine Einsattelung oder von einer An von Formation zu einer anderen bewegt, wird sich die Kraft auf den Bohrmeißel verändern und bewirken, dass der Bohrmeißel nach oben, unten, rechts oder links abweicht. Dieses Abweichen ist das natürliche Ergebnis der Reaktion der Formation auf das Drehmoment in Uhrzeigerrichtung und die Vorwärtsbohrkraft, die vom Bohrmeißel auf die Formation ausgeübt wird. Mathematisch kann das Ergebnis als ein einfaches Vektorkreuzprodukt zwischen der Drehmomentkraft und der Bohrkraft oder dem Gewicht auf den Meißel betrachtet werden. Das Kreuzprodukt führt zu einer Kraftkomponente nach rechts von der Bohrkraft. Der industrielle Begriff, der diesem Effekt gegeben wird, ist „Bohrlochabweichung", und viele Verfahren, um die „Bohrlochabweichung" zu steuern oder umzulenken, wurden in der Industrie ausprobiert.
  • Die Bohrlochabweichung ist vorhersagbar, aber die Größe und häufig die Richtung der Bohrlochabweichung sind im Allgemeinen nicht vorhersagbar. Betrachtet man das Vektorkreuzproduktmodell, so kann man sehen, dass, während die Bohrkraft oder das Gewicht auf den Meißel variiert wird, das Kreuzprodukt variiert. Oder, wenn die U/min. des Bohrgestänges variiert werden, variiert das Kreuzprodukt. Oder, wenn sich die Formation verändert, verändert sich das Kreuzprodukt. Beim Bohren eines Bohrloches variieren alle diese Kräfte konstant; daher verändert sich die Größe der Bohrlochabweichung konstant. Die Industrie hat gelernt, die Auswirkungen der Bohrlochabweichung in einem vertikalen Loch zu steuern, indem das Drehmoment und das Gewicht auf den Meißel variiert werden, während ein vertikales Loch gebohrt wird. In einem geneigten (nicht vertikalen) Loch ist die Bohrlochabweichung jedoch problematischer.
  • Mittels der Definition in der Industrie, sobald ein geneigtes Loch hergestellt wird, wird die Seite des Bohrloches, die der echten Horizontalen am nächsten ist, als die „tiefe Seite" des Loches bezeichnet. Auf die entgegengesetzte Seite des Loches bezieht man sich als die „hohe Seite", und sie wird als ein Bezugspunkt durchgängig beim Bohrvorgang des Bohrloches verwendet. Die Bohrkraft folgt der Längsausdehnung des Bohrloches; daher ist die Bohrkraft parallel zur und beabstandet von der tiefen Seite des Loches. Da die Bohrlochabweichung das Ergebnis des angewandten Drehmomentes und der Bohrkraft ist, kann dann erwartet werden, dass die normale Bohrlochabweichung nach rechts von der tiefen Seite des Loches erfolgen wird. Diese Definition betrifft alle Bohrlöcher.
  • In einem vertikalen Loch oder einem etwas geneigten Loch kann die Bohrlochabweichung dadurch gesteuert werden, dass so viel Steifigkeit wie möglich im unteren Abschnitt des Bohrgestänges in der Nähe des Bohrmeißels entfaltet wird. Das kann und wird im Allgemeinen durch Verwendung von Bohrgestängebauteilen von hoher Steifigkeit und Gewicht (Schwerstangen oder schweres Bohrrohr) und Stabilisierungseinrichtungen bewirkt werden. Eine Stabilisierungseinrichtung, die in der Industrie gut bekannt ist, ist ein rohrartiges Element mit einer Kombination von radialen Rippen oder Keilen (worauf man sich im Allgemeinen als Stabilisierungsschuhe oder -rippen bezieht), die oftmals eine schraubenförmige Konfiguration aufweisen, peripher um das Rohr angeordnet sind und sich über den Außendurchmesser des Rohres hinaus erstrecken. Die Verlängerung der Stabilisierungsrippen ist auf den Durchmesser des Bohrmeißels begrenzt. Daher wird die Stabilisierungseinrichtung in einem stabilen Loch funktionieren. Wenn sich das Bohrloch jedoch auswäscht (der Durchmesser infolge der Formation oder anderer mechanischer oder hydraulischer Bohrlocheffekte größer wird), oder wo die durch die Rippen ausgeübte seitliche Kraft geringer ist als die Drehmomentwirkung des Bohrmeißels, dann verliert die Stabilisierungseinrichtung ihre Wirksamkeit, und es wird zur Bohrlochabweichung kommen. Daher wird in einem stark geneigten oder horizontalen Bohrloch die Bohrlochabweichung zu einem Hauptproblem.
  • Sehr oft möchte der Bohrarbeiter das Bohrloch ablenken oder seine Richtung zu einer vorgegebenen Stelle innerhalb einer produzierenden Formation steuern. Dieser Vorgang ist als Richtbohren bekannt. Beispielsweise wird ein Wassereinspritzbohrloch in einem Erdölfeld im Allgemeinen an den Rändern des Feldes und an einer niedrigen Stelle in jenem Feld (oder Formation) positioniert. Ein vertikales Bohrloch wird hergestellt, und das Bohrloch wird von der Vertikalen so „abgelenkt", dass sich ein geneigtes (oder sogar horizontales) Bohrloch ergibt. Es ist jetzt erforderlich, den Bohrmeißel und das Gestänge zur erforderlichen Stelle in der relevanten Formation selektiv zu führen. Um dieses Ziel zu erreichen, ist eine Steuerung des Bohrloches in sowohl der vertikalen Ebene (d.h., nach oben und nach unten) als auch in der horizontalen Richtung (d.h., nach links und nach rechts) erforderlich.
  • 1 ist eine Seitenansicht, die eine aufgeschnittene Ansicht einer Bohrvorrichtung 10 zeigt. Die Vorrichtung wird in einem geneigten Bohrloch, gezeigt. 1 vergrößert die tiefe Seite 2a des Loches 2, das die Industrie als die Seite des Loches definiert, die der Erdmitte am nächsten ist. Die tiefe Seite 2a des Loches befindet sich auf der linken Seite des gesamten Bohrloches 2.
  • Die Vorrichtung 10 wird an einem oberen Zwischenverlängerungsstück 4 befestigt gezeigt, das wiederum an einem Bohrgestänge (nicht gezeigt) befestigt würde. Das Zwischenverlängerungsstück befindet sich am oberen Ende der Vorrichtung 10, d.h., dem Ende der Vorrichtung 10, das der Öffnung des Bohrloches 2 am nächsten ist. Das Zwischenverlängerungsstück ist an einem inneren drehbaren Futterrohr 11 befestigt. Für die Zwecke dieser Beschreibung werden die relativen Begriffe obere und untere mit Bezugnahme auf das Bohrloch definiert, wobei das obere Ende des Bohrloches das offene Ende ist, wobei das untere Ende die Bohrfläche ist.
  • Das Zwischenverlängerungsstück dient dazu, das Bohrgestänge mit dem inneren drehbaren Futterrohr 11 zu verbinden. Das Zwischenverlängerungsstück 4 kann jedoch nicht erforderlich sein, wenn die Bohrstrangrohrgewindegänge zu den Gewindegängen der Vorrichtung 10 passen.
  • Das Futterrohr 11 weist einen länglichen mittleren Teil 11a auf, der sich fast über die gesamte Länge des Werkzeuges 10 erstreckt. An beiden Enden ist der mittlere Teil 11a des Futterrohres mit einem oberen Futterrohrabschnitt 11b und einem unteren Futterrohrabschnitt 11c verbunden.
  • Der obere Teil 11b des Futterrohres 11 ist am oberen Zwischenverlängerungsstück 4 befestigt.
  • Der untere Teil 11c des inneren sich drehenden Futterrohres 11 ist direkt an einem Bohrmeißel 7 befestigt. In der Praxis kann ein unteres Zwischenverlängerungsstück zwischen dem Futterrohr und dem Bohrmeißel 7 angeordnet werden, wenn die Gewindegänge zwischen dem Futterrohr 11 und dem Bohrmeißel 7 abweichen.
  • Ein innere exzentrische Hülse 12 ist um mindestens einen Teil des Futterrohres angeordnet. Das Futterrohr 11 kann sich ungehindert innerhalb der inneren exzentrischen Hülse 12 drehen. In der Praxis werden Lagerflächen zwischen dem inneren sich drehenden Futterrohr 11 und der inneren exzentrischen Hülse 12 vorhanden sein, um eine Drehung des Futterrohres 11 zu gestatten. Das Futterrohr 11 muss zu einer andauernden Drehung innerhalb der inneren Hülse 12 in der Lage sein. Die Lagerflächen werden detaillierter nachfolgend in der Beschreibung diskutiert.
  • Die innere Hülse 12 des Beispiels weist zwei Teile auf, einen oberen Teil 12a und einen unteren Teil 12b. In der Vorrichtung 10 aus 1 weisen sowohl das obere Teil 12a als auch das untere Teil 12b eine exzentrische Bohrung für das Aufnehmen des Futterrohres 11 auf. Der obere Teil 12a ist nahe des oberen Endes der Vorrichtung 10 angeordnet, und der untere Teil 12b ist in Richtung des unteren Teils der Vorrichtung 10 angeordnet. Der obere und untere Teil der inneren Hülse sind voneinander entlang der Länge des Futterrohres 11 beabstandet.
  • Ein im Wesentlichen rohrförmiges Gehäuse, worauf man sich als Außengehäuse 13 bezieht, vervollständigt die Vorrichtung 10, wie sie im Beispiel in 1 gezeigt wird. Im Beispiel in 1 nimmt das Außengehäuse 13 den mittleren Teil 11a des Futterrohres 11 auf. Der obere 12a und untere Teil 12b der inneren Hülse sind jeweils am oberen und unteren Ende des Gehäuses 13 angeordnet, so dass das Gehäuse 13 nur einen Abschnitt eines jeden des oberen und unteren Teils der inneren Hülse 12a, 12b bedeckt.
  • Die innere exzentrische Hülse 12 kann ungehindert innerhalb eines Bogens mittels einer Antriebseinrichtung (nicht gezeigt) innerhalb eines exzentrischen Außengehäuses 13 oder Futterrohres gedreht werden. Die Lagerflächen zwischen dem inneren und äußeren Futterrohr sind nicht kritisch, da sie sich nicht in einer konstanten gegenseitigen Drehung befinden. Sie müssen jedoch in der Lage sein, in der Bohrumgebung sauber zu bleiben. Abgedichtete Lagersysteme wären geeignet.
  • Das Außengehäuse ist auf seiner Außenseite exzentrisch. Auf diese schwerere Seite des Gehäuses 13 bezieht man sich als den „schweren Abschnitt" 20.
  • Der schwere Abschnitt 20 des Außengehäuses bildet die schwere Seite des Außengehäuses und wird als ein Teil der äußeren Hülse hergestellt. Das Außengehäuse 13 ist unter der Schwerkraft frei drehbar, so dass der schwere Abschnitt 20 immer die tiefe Seite des Bohrloches suchen wird. Beim Betrieb wird die Position der inneren Hülsen mit Bezugnahme auf die Position des schweren Abschnittes 20 des Außengehäuses eingestellt. Daher ist die innere Hülse 12 mit Bezugnahme auf das Außengehäuse beweglich.
  • 2 und 3 sind Außenansichten der Vorrichtung 10. Die Vorrichtung wird ohne das obere Zwischenverlängerungsstück 4 oder den Bohrmeißel 7 gezeigt. Der obere und untere Teil 11b und 11c des Futterrohres sind jeweils oben und unten bezüglich der Vorrichtung 10 angeordnet. Benachbart dem oberen und unteren Teil 11b und 11c des Futterrohres 11 sind der obere und untere Teil 12a und 12b der inneren Hülse angeordnet. Von außen betrachtet ist das Außengehäuse 13 zwischen dem oberen 12a und unteren Teil 12b der inneren Hülse angeordnet. Wie mit Bezugnahme auf 1 erklärt wird, sind der obere und untere Teil der inneren Hülse 12 teilweise innerhalb des Gehäuses 13 angeordnet. Die Position des schweren Abschnittes 20 des Gehäuses 13 wird im Umriss gezeigt.
  • Stabilisierungsschuhe 21 sind auf der Außenseite des Gehäuses 13 angeordnet. Bei diesem speziellen Beispiel sind drei Stabilisierungsschuhe um den Umfang des Gehäuses 13 angeordnet. Die Schuhe sind länglich und parallel zur Rotationsachse der Vorrichtung 10 ausgerichtet. Die Schuhe 21 sind in 90° Intervallen voneinander positioniert. Da nur drei Schuhe vorhanden sind, erstrecken sie sich nicht um den gesamten Umfang des Außengehäuses. Die Schuhe 21 sind so angeordnet, dass ein erster Schuh 180° weg vom beschwerten Abschnitt vorhanden ist, wobei zwei Schuhe auf beiden Seiten des ersten Schuhs positioniert sind. Die Schuhe 21 dienen dazu, jeglicher gegenwirkender Drehung seitens des Außengehäuses entgegenzuwirken, die durch eine Lagerreibung zwischen dem sich drehenden Futterrohr 11 und der inneren exzentrischen Hülse 12 hervorgerufen wird, und das Gehäuse 13 innerhalb des Bohrloches 2 zu zentrieren.
  • Die Stabilisierungsschuhe sind normalerweise entfernbar und so bemessen, dass sie dem Bohrlochdurchmesser entsprechen. Tatsächlich würden die gleichen Verfahrensweisen, die angewandt werden, um eine Standardstabilisierungseinrichtung zu bemessen, beim Auswählen der Größe der Stabilisierungsschuhe angewandt. Alternativ könnten die Schuhe 21 zusammenhängend mit dem Außengehäuse 13 gebildet werden.
  • Weitere Konstruktionen, die Antidrehungsmerkmale enthalten, können ebenfalls verwendet werden. Beispielsweise kann mindestens ein Teil der Außenfläche des Gehäuses mit zahnartigen Vorsprüngen versehen werden, die mit der Seite des Bohrloches in Eingriff kommen können. Kupplungsmechanismen können ebenfalls verwendet werden, um das Außengehäuse zu stabilisieren.
  • 3 zeigt die Vorrichtung aus 2, um 90° gedreht. Drei sekundäre Schuhe 14 sind um den unteren Teil 11e des Futterrohres 11 angeordnet. Diese Stabilisierungsschuhe 14 sind symmetrisch um den Umfang des Futterrohres mit 120° zwischen einem jeden Schuh 14 angeordnet.
  • 2 und 3 zeigen die Hauptachse des Bohrloches 2 als C/LW und die Rotationsachse des Meißels (oder Bohrgestänges) als C/LD. Die Rotationsachse des Bohrgestänges und die Hauptachse des Bohrloches werden nicht immer parallel zueinander sein. Beispielsweise wenn die Richtung der Steuereinrichtung eine Veränderung in der gewünschten Bohrrichtung bewirkt. Die Rotationsachse und die Hauptachse sind durch die Exzentrizität der inneren Hülse in 3 versetzt und in den Ansichten in 2 und 4 zusammen angeordnet.
  • Wenn das Werkzeug durch die Achse betrachtet wird, die durch das schwere Gehäuse hindurchgeht, sind die Längsachsen versetzt; andererseits, wenn durch die Achse betrachet wird, die durch die zwei Stabilisierungsschuhe 21 verläuft, sind die zwei Längsachsen zusammen angeordnet.
  • Vorangehend wurde die Forderung von Lagerflächen zwischen der Innenfläche der inneren Hülse und der Außenfläche des sich drehenden Futterrohres erwähnt.
  • Die Lager zwischen dem inneren drehbaren Futterrohr und der inneren exzentrischen Hülse werfen eine Anzahl von interessanten Problemen auf. Wenn das Werkzeug beim konventionellen Bohren verwendet wird, muss sich das innere Futterrohr mit Drehzahlen von bis zu 250 U/min. innerhalb der inneren exzentrischen Hülse drehen. Wenn das Werkzeug bei Bohrmotoren verwendet wird, wird die Lagerdrehzahl von der Position des Bohrmotors mit Bezugnahme auf das Werkzeug abhängig sein, kann aber im Wesentlichen höher als die 250 U/min. sein, die beim normalen Bohren angewandt werden. Der Bohrmotor kann an beiden Enden des Werkzeuges angeordnet werden. Wenn der Motor nächst dem Meißel angeordnet wird, dann wird die Lagerdrehzahl Null betragen. Wenn das Werkzeug zwischen dem Bohrmotor und dem Meißel angeordnet wird, wird die Drehzahl die gleiche sein wie die der Abtriebswelle des Bohrmotors. Diese Drehzahl kann höher als 250 U/min. sein, die normalerweise als die maximalen U/min. betrachtet werden, denen man beim konventionellen Rotarybohren begegnet.
  • Die innere Futterrohr-zu-innere-Hülse-Hochleistungslager müssen geschmiert werden, und das Schmierfluid wird die Bohrflüssigkeit sein, die durch das System zirkuliert. Das bedeutet, dass das Lager in der Lage sein muss, mit einigen Feststoffen zu funktionieren, die eine potentielle scheuernde Beschaffenheit aufweisen, die im Strom vorhanden sind. Lager dieser Beschaffenheit werden in der Industrie gut verstanden und werden ein geringes Problem hervorrufen. Es muss erwartet werden, dass das Drucklager zwischen den zwei Elementen, siehe Stelle 28 in 9, eine Abnutzung zeigt und so ausgelegt ist, dass es in vernünftigen Wartungsintervallen ausgewechselt werden kann, ohne dass man zu komplizierten Wartungsmöglichkeiten Zuflucht nimmt. Im Grunde genommen ist die Drucklagerfläche ein Opferlager, und es sollten Pläne erstellt werden, um dieses Lager bei jedem Meißelwechsel auszuwechseln. (Zumindestens sollte das Lager jedes mal dann geprüft werden, wenn das Werkzeug an die Erdoberfläche kommt.) Eine Einrichtung kann ebenfalls bereitgestellt werden, um die Lagerabnutzung auf der Erdoberfläche ohne Zeitverlust zu messen.
  • Die Drehung zwischen dem Außengehäuse 13 und der inneren exzentrischen Hülse 12 wird von der Erdoberfläche aus gesteuert und tritt „bei Bedarf" auf. Daher müssen diese Lagerflächen nicht hohe kontinuierliche Drehzahlen aufnehmen, und normale abgedichtete Lager können verwendet werden.
  • 4 zeigt eine Schnittdarstellung des Werkzeuges 10 durch die Linie A-A' in 3. In 4 ordnet sich der schwere Abschnitt 20 des Außengehäuses 13 selbst auf der tiefen Seite des Bohrloches 2 an. Die Stabilisierungsschuhe 21, die sich auf dem Umfang des Außengehäuses befinden, sind so angeordnet, dass der mittlere Schuh an der hohen Seite des Bohrloches 2 angeordnet wird, wobei die anderen zwei Schuhe auf der rechten und linken Seite des Bohrloches 2 angeordnet werden. Die innere Hülse 12 befindet sich innerhalb der Bohrung des Gehäuses 13. Vorangehend wurde die innere Hülse 12 in Form von zwei Teilen beschrieben, einem oberen 12a und einem unteren Teil 12b. 4 zeigt eben den oberen Teil 12a der Hülse. Es wird jedoch von jenen Fachleuten erkannt werden, dass der untere Teil 12b der Hülse 12 ebenfalls in dieser Schnittdarstellung verwendet werden könnte. Die innere Hülse 12 ist exzentrisch gebohrt. Das Futterrohr 11 oder, genauer, der mittlere Teil 11a des Futterrohres ist innerhalb der Bohrung der inneren Hülse 12 angeordnet. Die innere Hülse 12 kann mit Bezugnahme auf den schweren Teil 20 des Außengehäuses 13 gedreht werden, wodurch sich die Kraft auf das Futterrohr 11 verändert.
  • 4A zeigt eine Schnittdarstellung durch die Linie B-B' in 3. In diesem Teil des Werkzeuges ist kein Außengehäuse 13 oder innere Hülse 12 vorhanden. Die Fig. zeigt eben das Futterrohr 11 mit seiner konzentrischen Bohrung. Drei sekundäre Stabilisierungsschuhe 14 sind symmetrisch um das Futterrohr 11 angeordnet.
  • Die Funktion der Vorrichtung wird jetzt mit Bezugnahme auf 5A und 5B beschrieben. 5A und 5B zeigen Außenansichten des Werkzeuges 10 gleich der, die in 2 und 3 gezeigt wird. Um eine unnötige Wiederholung zu vermeiden, werden daher gleiche Bezugszahlen verwendet, um gleiche charakteristische Merkmale zu kennzeichnen. Die Beschreibung derartiger charakteristischer Merkmale wird nicht wiederholt. Ein Bohrmeißel 7 ist am unteren Ende des Werkzeuges 10 in der Weise angeordnet, die mit Bezugnahme auf 1 beschrieben wird. Außerdem ist ein Zwischenverlängerungsstück 4 am oberen Teil des Futterrohres 11 angeordnet, wie es ebenfalls mit Bezugnahme auf 1 beschrieben wird.
  • Sowohl 5A als auch 5B zeigen eine „Draufsicht" der Vorrichtung, d.h., die Vorrichtung 10 wird von der hohen Seite des Bohrloches betrachtet, und der schwere Abschnitt 20 ist auf der unteren Seite des Bohrloches unterhalb der Vorrichtung 10 angeordnet. In 5A wird die Versetzung der oberen und unteren Hülse 12 nach weit rechts vom Bohrloch eingestellt. Das bedeutet, dass die dickere Seite der inneren Hülse 12 in Richtung der rechten Seite des Bohrloches angeordnet ist. Das bewirkt, dass das Außengehäuse einen Druck gegen die rechte Seite des Bohrloches 2 ausübt. Der Drehpunkteffekt gegen die rechte Seite des Bohrloches erzeugt eine Kraft gegen die rechte Seite des sich drehenden Futterrohres, die den Bohrmeißel, der daran befestigt ist, zwingt, ein Loch mit einer Linksneigung zu bilden.
  • Die innere Hülse 12 weist einen oberen Abschnitt 12a und einen unteren Abschnitt 12b auf. Bei diesem spezifischen Beispiel werden beide Abschnitte zusammen bewegt. Beide Abschnitte werden mit einer geneigten Linie gezeichnet, die die Position der schweren Seite der inneren Hülse 12 zeigt. Diese Linie ist ein Ergebnis der inneren Nockenform der inneren Hülse. Der Nocken weist notwendigerweise eine breitere Seite und eine schmalere Seite auf.
  • Der Verdeutlichung halber, wann auch immer die radiale Anordnung des breiteren Teils des Nockens in einer bestimmten Lage mit Bezugnahme auf das Bohrloch ist, werden die durch den Nockenabschnitt erzeugten Kräfte das Bohrloch in einem Vektor von 180 Grad zur Position des breiteren Abschnittes ablenken.
  • Der breiteste Teil des Nockens, der zum Außengehäuse 13 am nächsten ist (wie es gezeichnet wird), definiert die Position der Neigung der inneren Hülse.
  • 5B zeigt die umgekehrte Situation zu 5A. Hierbei wird der breitere Neigungsabschnitt der inneren Hülse in Richtung der linken Wand des Bohrloches 2 gelenkt. Das bewirkt, dass das Außengehäuse 13 einen Druck gegen die linke Seite des Bohrloches ausübt. Daher bewirkt in diesem Fall der Drehpunkteffekt gegen die linke Seite des Bohrloches, dass der Meißel ein Loch mit einer Rechtsneigung bildet.
  • Der vorangehend angeführte Arbeitsgang, wobei die breitere Seite der inneren Hülse entweder zur rechten Seite oder zur linken Seite des schweren Abschnittes 20 des Gehäuses verschoben werden kann, ist eine vereinfachte Arbeitsweise. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist jedoch zu weit komplizierteren Arbeitsgängen in der Lage. Bei der bevorzugten Ausführung kann die Position der Hülse auf innerhalb einer Toleranz von 10° oder weniger in bestimmten Fällen gesteuert werden.
  • Die breitere Seite der inneren Hülse 12 kann sogar 180° vom schweren Abschnitt 20 weg ausgerichtet werden. Diese Anordnung legt die Drehpunktkraft an zwei Stellen der Baugruppe am Boden des Außengehäuses und ebenfalls am Meißel selbst an. Das bewirkt, dass sich der Meißel nach unten bewegt, aber die Art und Weise des Unterschneidens des Außengehäuses. In einer gleichen Weise könnte der Meißel ebenfalls nach oben getrieben werden, indem der breitere Teil der inneren Hülse längs einer Achse ausgerichtet wird, die parallel zum schweren Gehäuse verläuft. Das würde bewirken, dass der Meißel nach oben getrieben wird. Daher könnte jegliche Kombination von Richtungssteuerung des Meißels nach oben/unten/links/rechts bewirkt werden.
  • 6 zeigt eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung. Um eine unnötige Wiederholung zu vermeiden, wurden die gleichen Bezugszahlen wie bei 1 verwendet. Die Konstruktion des Futterrohres 11 und des Außengehäuses 13 sind mit jenen identisch, die für 1 beschrieben wurden. Der obere Teil der inneren Hülse weicht jedoch von dem, der in 1 gezeigt wird, darin ab, dass der obere Teil der inneren Hülse 12a konzentrisch gebohrt ist. Diese Kombination einer konzentrischen oberen Hülse und einer exzentrischen unteren Hülse 12b gestattet eine stärkere Kontrolle über die Bohrrichtung und weist eine solide Anordnung mit Bezugnahme auf die Bohrmechanik auf. Außerdem ist diese relativ einfache Anordnung, bei der nur die Bewegung der oberen Hülse erforderlich ist, besonders vorteilhaft. Diese sogenannte „Point-the-bit"-Anordnung kann ebenfalls bewirkt werden, wenn die untere Hülse 12b konzentrisch und die obere Hülse 12a exzentrisch ist.
  • Die Kräfte, die bei einem „Point-the-bit"-Ablauf erzeugt werden, können von jenen abweichen, die genutzt werden, wenn zwei exzentrische Nocken vorhanden sind. In einer Konfiguration, die einen exzentrischen Nocken und einen konzentrischen inneren Hülsenabschnitt aufweist, ist die wesentliche Wirkung das Neigen des Meißels weg von der Achse und bewirkt daher einen gewissen Neigungsgrad betreffs des Meißelschneidaufbaus. Eine derartige Anordnung würde beträchtliche Vorteile bringen, wenn das Bohrloch gebohrt wird, und kann zu einem saubereren Profil beim Bohrloch führen, ein wünschenswerter Zustand, insbesondere, wenn das Bohren ausgeweitet wird, um Bohrlochprofile zu erreichen.
  • Wenn der konzentrische Hülsenabschnitt näher am Meißel als der Nockenabschnitt angeordnet wird, wird die wesentliche Wirkung des Nockenabschnittes geringer sein als die, wo der Nockenabschnitt näher am Meißel als der konzentrischen Hülse angeordnet wird. Um den gleichen Grad der Bohrlochkrümmung von beiden Konfigurationen zu erreichen, wäre daher ein stärker versetzter Nocken erforderlich, wenn sich der Nocken am oberen Ende des Werkzeuges befindet.
  • Der schwere Abschnitt 20 des Außengehäuses 13 stellt einen Bezugspunkt oder „Erdungspunkt" bereit, auf den sich die Meißelneigung bezieht. Die tatsächlichen Neigungskräfte werden auf die geeignete Seite des Bohrloches durch einen der Stabilisierungsschuhe 21 angewandt. Bei Benutzung würde sich das Futterrohr des Werkzeuges drehen. Es ist wichtig, dass die Drehung des Futterrohres 11 nicht die Drehung des Außengehäuses 13 bewirkt. Daher ist es wichtig, dass das Drehmoment, das auf die äußere Hülse vom sich drehenden Futterrohr 11 übertragen wird, nicht die selbstaufrichtende Drehmomentmasse des Außengehäuses 13 infolge der Schwerkraft übersteigt. Wenn sich das Außengehäuse 13 vom Bezugspunkt auf der tiefen Seite des Loches wegdreht, wird die Meißelneigung nicht korrigiert, und die Richtungsqualitäten der Vorrichtung werden versagen. Daher kann es erforderlich sein, unterschiedliche Drehzahlen für das Drehen des Futterrohres 11 anzuwenden, um die Massendrehmomentbeschränkungen des Außengehäuses 13 zu überwinden.
  • Paradoxerweise wird die Masse des Gehäuses 13 wirksamer, während der Neigungswinkel (die Bohrlochabweichung von der Vertikalen) größer wird. Höhere Drehzahlen können daher in dieser Situation angewandt werden. Glücklicherweise stimmt diese Fähigkeit der Anwendung von höheren Drehzahlen bei größeren Neigungswinkeln mit der Forderung nach einer schnellen Werkzeugreaktion bei einem steilwinkeligen „fast horizontalen oder horizontalen" Bohrloch überein. Die Bedienperson wird die Bohrlochleistung des Werkzeuges überwachen müssen, um zu ermitteln, ob sich das Werkzeug vom Bezugspunkt auf der tiefen Seite wegdreht. Standardbohrlochmessvorrichtungen können diese Information liefern. Regulierungen der Drehzahl des Futterrohres können auf der Erdoberfläche variiert werden, um jegliches Manko der Masse-Drehmoment-Leistung des Außengehäuses auszugleichen. Wie es vorangehend diskutiert wird, ist zusätzlich zum Wunsch der Bedienperson, in einer spezifischen Richtung zu bohren, ebenfalls eine veränderliche Kraft vorhanden, die versucht, den Meißel von der gewünschten Bahn wegzutreiben.
  • Die Abweichungskorrektur nach dem bisherigen Stand der Technik, die eine Wendung in der Richtung des Bohrloches erforderte, um das Abweichen nach links/rechts (Bohrlochrichtungswinkel) oder nach oben/unten (Neigung) vom erforderlichen Bohrlochweg zu korrigieren. Im Wesentlichen würden ein Neigungsübergang und Bohrmotor (oder steuerbarer Motor) im Bohrloch angeordnet und in der erforderlichen Richtung ausgerichtet, um die berechnete Richtungsabweichung zu korrigieren. Diese Werkzeuge würden einen Bohrlochknick (eine relativ scharfe Wendung im Bohrloch, verglichen mit dem gesamten Bohrloch) an der Korrekturstelle anordnen. Sobald das Bohrloch in der richtigen Richtung hergestellt ist, werden die normalen Bohrverfahren wieder aufgenommen, bis die nächste Messung eine nicht akzeptable Abweichung zeigt. Daher ist ein Bohrloch nicht geradlinig oder gleichmäßig – es sieht wie ein Korkenzieher aus. Die augenblickliche Vorrichtung wird eine relativ gleichmäßige Korrektur gestatten; daher wird das Bohrloch nicht wie ein Korkenzieher aussehen, und es wird leichter sein, während der gesamten Bohr-, Verrohrungs- und Produktionsarbeitsgänge hineinzukommen und auszutreten. Das heißt, die „Qualität" des Bohrloches wird in bedeutendem Maß gegenüber dem gewärtigen Stand der Technik verbessert.
  • Es sollte beachtet werden, dass die innere exzentrische Hülse mit sich verändernden Graden der Exzentrizität oder Versetzung von der Mittelachse des Bohrloches hergestellt werden kann. Die erforderliche Exzentrizität würde von der Formation, dem Durchmesser des Bohrloches, der Geschwindigkeit des Bohrens, der Art des Bohrens, der maximalen projektierten Kursänderung des Bohrloches und dergleichen abhängig sein. Die Vektorwechselwirkung des Schuhs mit der Bohrlochwand wird selektiv durch die Drehung der inneren Hülse gesteuert; daher wird die Größe der Versetzungskraft durch das Verhältnis der Exzentrizität der inneren Hülse bestimmt. Ein kleineres Verhältnis gleicht dabei einer kleineren Vektorkraft, und ein größeres Verhältnis gleicht dabei einer größeren Vektorkraft. Die Versetzung kann von Zehnteln eines Zolls (Millimeter) bis zu Zoll (Zentimetern) variieren und sollte idealerweise auf dem Feld austauschbar und regulierbar sein. Je größer die Versetzung ist, desto plötzlicher ist die Veränderung der Bohrlochrichtung und desto höher ist die Belastung auf die Innenlager. Beim Bohren eines geradlinigen Bohrloches sollte die Versetzung der Exzentrizität kleiner als etwa ½ Zoll (1,27 cm) sein.
  • Es sollte ebenfalls daran erinnert werden, dass die innere exzentrische Versetzung und die effektive Dicke des Werkzeuges (wobei die effektive Dicke als der Werkzeugdurchmesser zwischen den Außenflächen der Schuhe oder dem Gehäuseberührungspunkt und dem Innendurchmesser des Bohrloches definiert wird) miteinander in Wechselbeziehung stehen. Daher ist es wichtig, dass die effektive Dicke des Werkzeuges leicht auf dem Feld regulierbar ist, um sich an die Bohrlochnennweite (die gleiche wie die effektive Dicke des Werkzeuges) anzupassen, oder um eine gewisse unerwartete Wechselwirkung mit dem Werkzeug zu berücksichtigen. Beispielsweise kann es bekannt sein, dass die Formation das Werkzeug weiter nach rechts treibt als erforderlich; daher könnte der rechte Schuh in seiner Dicke vergrößert werden, während der linke Schuh in seiner Dicke verkleinert werden könnte, um diese Tendenz auszugleichen. Die gesamte effektive Dicke des Werkzeuges würde die gleiche bleiben, aber die Seitenbohrlochkraft auf der rechten Seite des Bohrloches würde wirksam erhöht. Die tatsächlichen Werte und dergleichen müssten auf dem Feld ermittelt werden, da viele Parameter in der Bohrindustrie vorhanden sind. Daher sind die Schuhe auf dem Feld austauschbar und werden durch Stifte oder irgendeinen ähnlichen wirksamen Haltemechanismus an Ort und Stelle gehalten.
  • Die Wahl der inneren Hülse und der resultierenden Versetzung und der effektiven Dicke des Werkzeuges kann an der Stelle der Bohranlage vorgenommen werden. Die Bohringenieure würden die Formationseigenschaften, das Bohrprogramm und andere gute bekannte Parameter betrachten, um eine anfängliche Versetzung und Nennweite zu ermitteln. Wenn das Werkzeug übermäßig oder zu wenig korrigiert, dann würde die innere Hülse (oder die Schuhe) bei einer geeigneten Gelegenheit (wie beispielsweise einem „Meißelspiel") verändert, und das Werkzeug würde zum Bohrloch zurückgeführt.
  • Vorangehend hat sich die Spezifikation auf die Antriebseinrichtung für das Positionieren der inneren Hülse 12 mit Bezugnahme auf das Gehäuse 13 bezogen. 7A und 7B zeigen potentielle Anordnungen für das Positionieren der inneren Hülse 12 mit Bezugnahme auf das Außengehäuse.
  • In 7A ist das Antriebsteil innerhalb des schweren Abschnittes 20 des Gehäuses angeordnet. Ein Hohlraum 27 ist innerhalb des schweren Abschnittes 20 angeordnet. Innerhalb dieses Hohlraumes ist ein Antriebsrad 25 angeordnet. Der äußere Umfang der inneren Hülse 12 ist mit einem Ritzel versehen. Die Zähne auf dem Ritzel 25 sind in der Lage, mit den Zähnen auf der Zahnstange 26 in Eingriff zu kommen, so dass die Bewegung des Ritzels 25 eine Bewegung der Hülse 12 mit Bezugnahme auf das Außengehäuse 13 bewirkt. Außerdem wird typischerweise die Einrichtung für das Antreiben des Ritzels 25, die einen Elektro-, Hydraulikmotor oder eine andere Einrichtung aufweisen kann, innerhalb des schweren Abschnittes 20 des Gehäuses 13 angeordnet. Die Stromversorgung kann durch eine Batterie bereitgestellt werden, die ebenfalls innerhalb des schweren Gehäuses angeordnet ist, oder die Drehung des Futterrohres 11 kann benutzt werden, um das Ritzel 25 zu drehen.
  • 7B zeigt eine Veränderung bei der Anordnung aus 8A. Hierbei ist eine Zahnstange um den inneren Umfang des Außengehäuses 13 vorhanden. Die beschwerte Seite der inneren Hülse ist mit einem Ritzel 25 versehen. Die Bewegung des Ritzels 25 bewirkt eine Bewegung des Außengehäuses 13 in einer gleichen Weise wie der, die mit Bezugnahme auf 7A beschrieben wurde.
  • Während die Zähne der Zahnstange 26 und des Ritzels 25 in Wechselwirkung stehen, werden die innere Hülse 12 und das Außengehäuse in Position mit Bezugnahme zueinander verriegelt, sobald das Ritzel 25 stationär wird.
  • Um die Richtung des Werkzeuges zu verändern, oder um eine Bohrlochabweichung zu korrigieren, muss die Antriebseinrichtung betätigt werden und ihr mitgeteilt werden, um wieviel die innere Hülse zu bewegen ist. Eine derartige Information könnte von der Erdoberfläche signalisiert werden. Außerdem bevorzugt man, wenn es dort ein bestimmtes Verfahren zum Signalisieren an die Erdoberfläche gibt, die Position der inneren Hülse 12 zu bestätigen.
  • Es soll möglich sein, Messwerkzeuge zu verwenden und die Richtung des Bohrloches zu verfolgen, und, wann auch immer die Richtung nicht richtig ist, kann die Vorrichtung 10 von der Erdoberfläche mit Signalen versehen werden, um die erforderliche Veränderung vorzunehmen. Beispielsweise, um das Lagerteil der inneren Hülse von links nach rechts oder umgekehrt oder von oben nach unten oder umgekehrt mit einem Drehungsgrad der inneren Hülse 12 oder von Teilen der Hülse mit Bezugnahme zum Außengehäuse an der Erdoberfläche zu drehen, und danach der Bohrvorrichtung mitzuteilen, um die erforderliche Drehung der inneren Hülse zu bewirken.
  • Der Grad der Drehung der inneren Hülse während der Einstellung der Vorrichtung ist bei der anfänglichen Position der Hülse und der geforderten resultierenden Richtung des Bohrloches möglich.
  • Die bevorzugte Verfahrensweise wird für die Bewegung eines einzelnen Teils der inneren Hülse beschrieben, was in 8 und 9 veranschaulicht wird. Ein Durchgang 17 ist in das sich drehende Futterrohr gebohrt, was gestattet, dass einige Bohrflüssigkeit aus der Bohrung über weitere versetzte Durchgänge austritt, die in der inneren Hülse, 16, und im Außengehäuse, 15, gebohrt sind. Der Durchgang 17 im drehbaren Futterrohr endet in einer Meißel-Düse/Austrittsöffnungs-Kombination 19. Die Meißel-Düse ist in der Lage, den Druckabfall ohne Beschädigung aufzunehmen. Eine Nut 18 ist in die Außenfläche der inneren exzentrischen Hülse 12 eingeschnitten, die gestattet, dass die Bohrflüssigkeit aus der Bohrung austritt, selbst wenn die Durchgänge 15, 16 nicht ausgerichtet sind. Wenn die Durchgänge 15, 16 ausgerichtet sind, ist die Geschwindigkeit der Bohrflüssigkeit, die die Bohrung verlässt, höher als die Geschwindigkeit, wenn die Durchgänge nicht ausgerichtet sind. Daher würde ein Druckdifferenzsignal an der Erdoberfläche ankommen, wann auch immer die innere Hülse von einer Position zur anderen umgeschaltet oder geschaltet wird.
  • In der äußersten rechten Position verlässt mehr Flüssigkeit die Bohrung. In der äußersten linken Position verlässt weniger Flüssigkeit die Bohrung. Eine Druckveränderung wird an der Bodenfläche auftreten, weil mehr oder weniger Flüssigkeit am Meißel vorbeiströmt. Druckveränderungen werden leicht in der Industrie gemessen. Wenn sich der Druck von hoch nach niedrig verändert, dann ist der Exzenter in der äußersten rechten Position. Wenn sich der Druck von niedrig nach hoch verändert, dann ist der Exzenter in der äußersten linken Position. Die Konstruktion der Labyrinthdurchgänge, basierend auf den vorangehenden prinzipiellen Details, kann die Fähigkeit des Werkzeuges verbessern und gestatten, dass mehrere Hülsenpositionen auf der Erdoberfläche angezeigt werden.
  • Andere Verfahrensweisen könnten angewandt werden, um den Zustand der inneren Hülse zu signalisieren, und derartige Verfahrensweisen liegen nicht außerhalb des Bereiches dieser Offenbarung. Beispielsweise könnte eine Kodierung bei Verwendung einer Reihe von kodierten Impulsen angewandt werden. Derartige Impulse würden zur Erdoberfläche während der Bewegung der inneren Hülse gesendet werden, die bei Anwendung von standardisierten industriellen Verfahrensweisen dekodiert werden können, um die Ruheposition der Hülse 12 zu offenbaren. Es kann möglich sein, ein elektrisches oder akustisches oder ein bestimmtes anderes Signal zu einem sekundären Werkzeug oder zur Messgeräteausrüstung innerhalb der Bohrgarnitur zu übermitteln und zu veranlassen, dass das Werkzeug die erforderliche Information zur Erdoberfläche übermittelt. Das Übermitteln der kodierten Information zur Erdoberfläche als eine Reihe von Spülungsimpulsen oder anderen Telemetrievorrichtungen wird in der Industrie völlig akzeptiert und zur Anwendung gebracht.
  • In einer gleichen Weise kann das Übermitteln von Druckimpulsen von der Erdoberfläche zum Werkzeug angewandt werden, um der Logik zu signalisieren, den Zustand der inneren Hülse 12 umzuschalten. Beispielsweise ist das einfachste und bevorzugte Umschaltverfahren das Unterbrechen des Bohrens über eine Zeitdauer, die die Zeitdauer übersteigt, um ein Gestängerohr hinzuzufügen. Während dieser Zeitdauer würde der Spülungsdruck abnehmen, und die Logik „sieht" das Ereignis. Die Logik startet einen Zeitschalter, und nach der angemessenen Zeitdauer wird der inneren Hülse mitgeteilt, ihren Zustand umzuschalten. In Abhängigkeit von der Motoreinrichtung würde die Hülse umschalten oder warten, bis der Flüssigkeitsstrom wieder aufgenommen wird, um eine Antriebskraft zu erhalten. Diese Verfahrensweise kann ausgedehnt werden, um einer Schrittmotor-Antriebseinrichtung zu signalisieren, sich in eine bestimmte Position zu bewegen, oder um individuell einer Bohrgarnitur zu signalisieren, die sowohl Aufwärts/Abwärts- als auch Links/Rechts-Werkzeuge enthält. Auf diese Weise könnten irgendwelche standardisierten Spülungssignalisierungsverfahrensweisen angewandt werden.
  • Die in Verbindung mit dem Werkzeug der Erfindung verwendete Logik kann ein zusammenhängender Teil des Werkzeuges sein oder vollständig separat davon angeordnet werden. Außerdem kann eine Energiequelle oder ein Stromversorgungsteil für das Versorgen der Logikschaltungen innerhalb des Werkzeuges als ein Anbauteil angeordnet werden, das sich in einem separaten Verlängerungsstück befindet oder vollständig davon entfernt ist.
  • Eine Verbindung zwischen der Erdoberfläche und der augenblicklichen Vorrichtung kann ebenfalls durch Anwendung der Drehung des Bohrgestänges hergestellt werden. Die Logikeinrichtung kann eine Einrichtung für das Nachweisen der Bohrgestängedrehung einschließen, wobei die Bohrgestängedrehung eine kodierte Information enthält, die von den Bohrmechanismen oder der Messgeräteausstattung verstanden und entschlüsselt wird, die die radiale Position der inneren Hülse der Vorrichtung bestimmen.
  • Ebenfalls kann die Logikeinrichtung eine Einrichtung für das Nachweisen der Bohrgestängedrehung und das Messen einer Zeitdauer zwischen der Drehung und der Nichtdrehung des Bohrgestänges umfassen. Die gemessene Zeitdauer kann benutzt werden, um zu ermitteln, wann die innere exzentrische Hülse mit Bezugnahme auf das Außengehäuse gedreht werden sollte. Daher kann die Vorrichtung eine Zeitsteuervorrichtung umfassen.
  • Außerdem kann die Logikeinrichtung ein Verfahren und eine Vorrichtung umfassen, um die augenblickliche Vorrichtung in die Lage zu versetzen, die Drehung des Bohrgestänges nachzuweisen und die Drehzahl des Bohrgestänges in einer derartigen Weise zu quantifizieren, dass die Drehzahl genau quantifiziert werden kann, um einen Zahlenwert zu ermitteln, der bei der Ermittlung der Hülsenposition verwendet werden kann.
  • Eine derartige Anordnung wird in 10 gezeigt. Die Vorrichtung 10 weist ein Außengehäuse 13 mit einer exzentrischen Bohrung auf. Eine innere Hülse 12 befindet sich innerhalb der Bohrung, so dass das Außengehäuse 13 drehbar um die innere Hülse 12 gekuppelt wird. Die innere Hülse 12 weist ebenfalls eine exzentrische Bohrung auf, die so ausgebildet ist, dass sie ein sich drehendes Futterrohr 11 aufnimmt, so dass sich die innere Hülse 12 relativ zu sowohl dem Außengehäuse 13 als auch dem Futterrohr 11 drehen kann.
  • Eine Verbindungsvorrichtung, die einen Magneten 4 aufweist, ist am sich drehenden Element 11 befestigt. Der Magnet ist in einer Vertiefung am sich drehenden Element 11 angeordnet. Diese spezifische Ausführung benutzt den Magneten als einen Emitter. Von jenen Fachleuten wird jedoch erkannt werden, dass der Magnet durch irgendeinen Typ eines emittierenden Sensors ersetzt werden könnte.
  • Das Außengehäuse 13 enthält Instrumentenzylinder 6. Die Instrumentenzylinder 6 sind mit Messeinrichtungen versehen. Während des Bohrens des Bohrloches 2 sucht der schwere Abschnitt des Außengehäuses die tiefe Seite des Bohrloches, und die Position des Außengehäuses bleibt mit Bezugnahme auf das Bohrloch relativ stationär. Das Futterrohr 11 und der Magnet 4 drehen sich relativ zum Außengehäuse 13. Flusslinien 5 werden vom Magneten 4 mit einer ausreichenden Größe ausgestrahlt, um das Umgebungsfeld der Erde zu überwinden. Die Flusslinien 5 erstrecken sich radial über den Instrumentenzylinder 6 hinaus, so dass Sensoren innerhalb des Instrumentenzylinders 6 die Intensität des emittierten Magnetfeldes nachweisen können.
  • Wenn der Magnet 4 gedreht wird, so dass er den Sensoren im Instrumentenzylinder 6 am nächsten ist, weisen die Sensoren eine maximale Amplitude im Magnetfeld nach. In einer gleichen Weise, wenn der Magnet 4 vom Instrumentenzylinder 6 am entferntesten ist, wird ein Minimum bei der Amplitude des Magnetfeldes nachgewiesen. Das von den Sensoren nachgewiesene Feld kann sinusförmig sein, wenn es möglich ist, das abgestrahlte Magnetfeld zu allen Zeiten zu messen, wenn sich das Futterrohr 11 dreht. Um das zustande zu bringen, wird mindestens ein Teil und möglicherweise das gesamte Bohrgestängefutterrohr aus austenitischen Materialien oder Materialien mit gleichen nichtmagnetischen Eigenschaften konstruiert werden müssen.
  • Da es jedoch nur erforderlich ist, die Frequenz der Drehung des Futterrohres 11 zu messen, ist es angemessen, wenn der Sensor so ausgebildet ist, dass er ein Maximum im Feld nachweist, wenn sich der Magnet am nächsten zum Sensor befindet. Mit anderen Worten, der Sensor muss eben eine Reihe von Impulsen nachweisen, wo jeder Impuls einer jeden Drehung des Futterrohres 11 äquivalent ist.
  • Grenzwerte können ebenfalls festgelegt werden, die die Wirkung des Magnetfeldes der Erde ausschalten und die als Grenzschalter dienen. Diese Grenzschalter können als ein Mittel der Logiksteuerung innerhalb der Sensoranordnung oder innerhalb einer Logiksteuerunterbaugruppe verwendet werden.
  • Ein zweiter Instrumentenzylinder 6a wird ebenfalls gezeigt. Dieser kann ebenfalls Magnetsensoren enthalten. Die Bereitstellung von zwei Magnetsensoren gestattet, dass Fehler leichter nachgewiesen werden.
  • Der Sensor, der innerhalb des Instrumentenzylinders isoliert ist, befindet sich vorzugsweise in einem aus nichtrostendem Stahl bestehenden oder anderem magnetisch durchlässigen Druckbehälter, so dass die Instrumentenausstattung vom Bohrlochdruck isoliert ist. Der Instrumentenzylinder kann ein Magnetometer oder eine Hall-Effekt-Vorrichtung oder dergleichen für das Nachweisen des Magnetfeldes aufweisen.
  • Unvermeidlich wird Material zwischen dem Magnetsensor im Instrumentenzylinder 6 und dem Magneten 4 vorhanden sein, der am sich drehenden Element angeordnet ist. Dieses dazwischenkommende Material sollte, so weit wie möglich, magnetisch durchlässig sein. Mit anderen Worten, das Magnetfeld sollte durch dieses Material hindurchgehen, ohne dass es abgelenkt oder verzerrt wird. Materialien, die diese Eigenschaften zeigen, umfassen austenitische nichtrostende Stähle und anderes Nichteisenmaterial.
  • 11 zeigt eine Ausführung der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 ist das Bohrwerkzeug mit einem Bohrmeißel und einem Zwischenverlängerungsstück 4 verbunden. In 11 ist der untere Teil des Futterrohres 11 mit dem Bohrmeißel 7 mittels des Zwischenverlängerungsstückes 6 verbunden.
  • Das obere Zwischenverlängerungsstück 4 gestattet, dass das Werkzeug 10 mit Messwerkzeugen 5 und Schwerstangen 8 verbunden wird. Die Schwerstangen sind am Bohrgestänge 9 befestigt. Zusätzliche Stabilisierungseinrichtungen (nicht gezeigt) werden gemäß den standardisierten Bohrverfahren hinzugefügt.
  • 12A bis 12B zeigen eine zeichnerische Veranschaulichung einer Anordnung von Stabilisierungseinrichtungen, die bei einem Bohrarbeitsgang verwendet werden, ohne dass die erforderlichen Schwerstangen, Messwerkzeuge und Verlängerungsstücke gezeigt werden.
  • 12A ist eine zeichnerische Veranschaulichung einer Anordnung von Stabilisierungseinrichtungen, die bei einem Bohrarbeitsgang verwendet werden, ohne dass die erforderlichen Schwerstangen, Messwerkzeuge und Verlängerungsstücke gezeigt werden. Der augenblicklichen Vorrichtung 10 folgt eine zweite Strangstabilisierungseinrichtung 23 und weitere Stabilisierungseinrichtungen 22, die das Bohrprogramm erfordern kann.
  • Wie es vorangehend erklärt wird, kann das Werkzeug eine Richtungssteuerung sowohl nach oben und unten als auch nach links bis rechts bewirken. Für die Steuerung nach oben/unten wird die von mindestens einem der Teile der Richtungssteuereinrichtung bewirkte Versetzung entweder neben der beschwerten Seite des Gehäuses oder entgegengesetzt der Position der beschwerten Seite des Gehäuses bereitgestellt. 12B ist eine zeichnerische Darstellung einer Vorrichtung, die verwendet wird, um nur nach oben/unten zu steuern. Hierbei folgt dem Meißel 7 eine nahe gelegene Meißelstabilisierungseinrichtung 24, wobei das Aufwärts/Abwärts-Werkzeug 10M mit einem Abstand „1" vom Meißel angeordnet wird. Dieser Abstand würde sich zwischen 15 ft. (4,57 m) und 30 ft. (9,14 m) bewegen. (Die Verwendung des Britischen Einheitssystems ist der Standard in der Bohrindustrie; daher benutzt diese Beschreibung den Industriestandard.)
  • Die vorangehende Beschreibung hat sich in großem Umfang auf eine Vorrichtung konzentriert, wo die Richtungssteuereinrichtung durch exzentrische Hülsen oder Nocken bereitgestellt wird. Die vorliegende Erfindung kann jedoch ebenfalls realisiert werden, indem lineare Betätigungselemente als Teil der Richtungssteuereinrichtung verwendet werden. Derartige lineare Betätigungselemente können bereitgestellt werden, um so das Futterrohr in der gleichen Weise zu neigen wie die vorangehend erwähnten Hülsen oder Nocken.
  • 13 zeigt eine Schnittdarstellung der Vorrichtung, die mit linearen Betätigungselementen ausgebildet ist.
  • Um eine unnötige Wiederholung zu vermeiden, wo es angemessen ist, werden gleiche Bezugszahlen verwendet, um gleiche charakteristische Merkmale zu kennzeichnen. Vergleicht man 13 mit den Schnittdarstellungen in 7A und 7B, so kann man sehen, dass ein beschwertes Gehäuse 13 vorhanden ist, das das Futterrohr 11 umgibt. Das Futterrohr 11 ist innerhalb der Hülse 12 angeordnet. Das Futterrohr 11 kann sich frei innerhalb der Hülse 12 bewegen. Die Hülse 12 ist mit dem Gehäuse 13 mittels drei linearer Betätigungselemente 31, 33 und 35 verbunden. Die drei linearen Betätigungselemente 31, 33 und 35 sind in einer Ebene um das Futterrohr angeordnet und voneinander um 120° versetzt. Ein jedes der linearen Betätigungselemente ist so ausgebildet, dass es sich ausziehen oder zusammenziehen kann, wie es gefordert wird.
  • In 13 wird das lineare Betätigungselement 35 vollständig ausgezogen, das lineare Betätigungselement 33 wird vollständig zusammengezogen, und das lineare Betätigungselement 31 wird teilweise ausgezogen. Bei dieser Anordnung wird das Futterrohr in Richtung nach oben links in der Fig. in der gleichen Weise wie das Futterrohr aus 7A geneigt. Die gestrichelten Linien zeigen eine abweichende Position, wo das lineare Betätigungselement 35 zusammengezogen und das Betätigungselement 33 ausgezogen wird, um die Futterrohrposition in Richtung der rechten Seite des Gehäuses 13 zu neigen.
  • Daher können die linearen Betätigungselemente benutzt werden, um das Futterrohr mit Bezugnahme auf das beschwerte Gehäuse 13 zu neigen, wie es erforderlich ist, um die Bohrrichtung zu verändern.
  • 14 ist eine schematische Darstellung, die eine bevorzugte Ausführung einer Vorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung veranschaulicht, wo die Vorrichtung außerdem einen Sensor aufweist.
  • Um eine unnötige Wiederholung zu vermeiden, werden die gleichen Bezugszahlen wie jene in 1 verwendet. Außerdem ist ein Sensor 37 am unteren Futterrohr 11c angeordnet. Der Sensor kann an anderen Positionen an der Vorrichtung angeordnet werden.
  • Der Sensor kann ein Gammastrahlensensor und so ausgebildet sein, dass er eine Information zur Erdoberfläche sendet, so dass das Werkzeug von der Erdoberfläche gesteuert werden kann, oder er kann so ausgebildet sein, dass er die Signale analysiert, die er erfasst, so dass die Vorrichtung diese Information benutzen kann, um ihre eigene bevorzugte Bohrrichtung auszuwählen.

Claims (47)

  1. Vorrichtung für das selektive Steuern der Richtung eines Bohrloches, die aufweist: ein Futterrohr (11), das um eine Rotationsachse drehbar ist; eine Richtungssteuereinrichtung (12), die mindestens zwei Teile (12a, 12b) aufweist, die so ausgebildet sind, dass sie eine Kraft auf das Futterrohr (11) mit einer Komponente senkrecht zur Rotationsachse anwenden; ein Gehäuse (13) mit einer exzentrischen Längsbohrung, die eine beschwerte Seite (20) bildet und ausgebildet ist, um sich ungehindert unter der Schwerkraft zu drehen; und ein Antriebsteil (26, 27) für das selektive Verändern des Winkels der Kraft relativ zur beschwerten Seite des Gehäuses (13) um die Rotationsachse, wobei das Antriebsteil (26, 27) ausgebildet ist, um die zwei Teile unabhängig voneinander zu bewegen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Richtungssteuereinrichtung (12) so ausgebildet ist, dass sie eine Kraft auf das Futterrohr (11) an einer Stelle entweder über oder unter einer Mittellinie des Gehäuses (13) liefert und die Mittellinie auf halbem Weg entlang der Länge des Gehäuses (13) in der Richtung der Rotationsachse liegt.
  3. Vorrichtung nach entweder Anspruch 1 oder 2, bei der die mindestens zwei Teile (12a, 12b) so ausgebildet sind, um eine Nullkraft auf das Futterrohr anzuwenden.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Richtungssteuereinrichtung (12) eine Hülse (12) mit einer exzentrischen Bohrung aufweist, um das Futterrohr (11) aufzunehmen, wobei das Antriebsteil ausgebildet ist, um selektiv die Hülse (12) um die Rotationsachse relativ zum Gehäuse (13) zu drehen.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Hülse ein erstes Teil, das eine Hülse (12a) mit einer exzentrischen Bohrung aufweist, und ein zweites Teil aufweist, das eine Hülse (12b) mit einer exzentrischen Bohrung aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Hülse (12) ein erstes Teil, das eine exzentrische Bohrung (12a) aufweist, und ein zweites Teil aufweist, das eine konzentrische Bohrung (12b) aufweist, wobei das erste und das zweite Teil auf entgegengesetzten Seiten der Mittellinie des Gehäuses (13) angeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach entweder Anspruch 5 oder 6, bei der die Antriebseinrichtung (25, 26) ausgebildet ist, um die mindestens zwei Teile (12a, 12b) der Hülse unabhängig voneinander zu bewegen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die zwei Teile (12a, 12b) so ausgebildet werden können, dass sie eine Nullkraft am Futterrohr bereitstellen.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei der die Hülse (12) mindestens teilweise innerhalb der exzentrischen Bohrung des Gehäuses (13) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Richtungssteuereinrichtung (12) eine Vielzahl von Nocken aufweist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der ein erster Teil der Richtungssteuereinrichtung (12) einen ersten Nocken und ein zweiter Teil der Richtungssteuereinrichtung einen zweiten Nocken aufweist, wobei das Antriebsteil (25, 26) ausgebildet ist, um den ersten und zweiten Nocken unabhängig relativ zueinander zu bewegen.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Nocken so ausgebildet werden können, dass die Richtungssteuereinrichtung (12) eine Nullkraft am Futterrohr (11) bereitstellt.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der ein erster Teil der Richtungssteuereinrichtung (12) einen Nocken und ein zweiter Teil der Richtungssteuereinrichtung eine Hülse mit einer konzentrischen Bohrung aufweist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Richtungssteuereinrichtung (12) mindestens ein lineares Betätigungselement (31, 33, 35) für das Anwenden einer Kraft mit einer Komponente senkrecht zur Rotationsachse des Futterrohres (11) aufweist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der ein erster Teil der Richtungssteuereinrichtung (12) ein erstes lineares Betätigungselement (31, 33, 35) und ein zweiter Teil der Richtungssteuereinrichtung ein zweites lineares Betätigungselement (31, 33, 35) aufweist, wobei das erste und das zweite lineare Betätigungselement unabhängig beweglich sind.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die linearen Betätigungselemente (31, 33, 35) ausgebildet werden können, um eine Nullkraft am Futterrohr (11) bereitzustellen.
  17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem eine Vielzahl von Stabilisierungsschuhen (21) aufweist, die auf der Außenseite des Gehäuses (13) vorhanden sind.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Vielzahl der Stabilisierungsschuhe (21) peripher um ein vorgegebenes Maß mit Bezugnahme auf das Gewicht des Gehäuses (13) versetzt ist.
  19. Vorrichtung nach entweder Anspruch 17 oder 18, die zwei Stabilisierungsschuhe (21) aufweist.
  20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Antriebsteil (25, 26) ausgebildet ist, um die Richtung innerhalb einer Toleranz von höchstens 5°, mehr bevorzugt höchstens 1°, zu verändern.
  21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Antriebsteil (25, 26) einen Hydraulik- oder Elektromotor oder dergleichen aufweist.
  22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem eine Logikeinrichtung für das Ermitteln aufweist, wann die Richtung der durch die Richtungssteuereinrichtung (12) angewandten Kraft bewegt werden sollte.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 22, bei der die Logikeinrichtung einen Sensor für das Ermitteln der Bohrparameter und das Dekodieren derartiger Parameter aufweist, um zu ermitteln, wann die Richtung der durch die Richtungssteuereinrichtung (12) angewandten Kraft verändert werden sollte.
  24. Vorrichtung nach entweder Anspruch 22 oder 23, bei der die Logikeinrichtung einen Sensor für das Ermitteln der Bohrlochflüssigkeitsstromimpulse und das Dekodieren der Impulse aufweist, um zu ermitteln, wann die Richtung der durch die Richtungssteuereinrichtung (12) angewandten Kraft verändert werden sollte.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei der die Logikeinrichtung außerdem eine Einrichtung für das Dekodieren und Befehlen des Antriebsteils (25, 26) aufweist, um die Richtung der Kraft relativ zum Gehäuse zu verändern.
  26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, bei der das Antriebsteil (25, 26) und die Logikeinrichtung mit dem Gehäuse ausgestattet werden.
  27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, bei der die Logikeinrichtung innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses angeordnet ist, verbunden mindestens mit einem von Futterrohr (11), Richtungssteuereinrichtung (12) oder Gehäuse (13).
  28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 27, die außerdem eine Energiequelle für das Zuführen von Strom zum Antriebsteil (25, 26) und/oder der Logikeinrichtung aufweist.
  29. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Futterrohr (11) eine Längsbohrung aufweist und durch die Bohrung Bohrlochflüssigkeiten gelangen können.
  30. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem eine Signalisierungseinrichtung für das Signalisieren der Richtung der Kraft relativ zur schweren Seite (20) des Gehäuses (13) aufweist.
  31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 oder 24 bis 30, wenn sie vom Anspruch 23 abhängig sind, bei der das Futterrohr (11) mit einem Bohrgestänge verbunden ist, wobei die Bohrparameter die Bohrgestängedrehung umfassen und die Logikeinrichtung eine Einrichtung für das Nachweisen der Bohrgestängedrehung (4, 6) umfasst, wobei die Bohrgestängedrehung festlegt, wann die Richtung der Kraft mit Bezugnahme auf das Außengehäuse verändert wird.
  32. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder einem der Ansprüche 24 bis 30, wenn sie vom Anspruch 23 abhängig sind, bei der das Futterrohr (11) mit einem Bohrgestänge verbunden ist, wobei die Bohrparameter die Bohrgestängedrehung umfassen und die Logikeinrichtung eine Einrichtung (4, 6) für das Nachweisen der Bohrrohrdrehung umfasst, wobei die Bohrgestängedrehung die radiale Position der Vorrichtung bestimmt.
  33. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder einem der Ansprüche 24 bis 30, wenn sie vom Anspruch 23 abhängig sind, bei der das Futterrohr (11) mit einem Bohrgestänge verbunden ist, wobei die Bohrparameter die Bohrrohrdrehung umfassen und die Logikeinrichtung eine Einrichtung für das Nachweisen der Bohrgestängedrehung und Ermitteln einer Zeitdauer zwischen der Drehung und der Nichtdrehung des Bohrgestänges umfasst, wobei die Zeitdauer festlegt, wann der Winkel der Kraft mit Bezugnahme auf die beschwerte Seite des Gehäuses (13) verändert werden sollte.
  34. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder einem der Ansprüche 24 bis 30, wenn sie vom Anspruch 23 abhängig sind, bei der das Futterrohr (11) mit einem Bohrgestänge verbunden ist, wobei die Bohrparameter die Bohrgestängedrehung umfassen und die Logikeinrichtung eine Einrichtung für das Nachweisen der Bohrrohrdrehung (4, 6) und das Ermitteln einer Zeitdauer zwischen der Drehung und Nichtdrehung des Bohrgestänges umfasst, wobei die Zeitdauer die radiale Position festlegt.
  35. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der das Futterrohr (11) eine Innenseite, das Gehäuse eine Außenseite und die Hülse (12) eine erste axiale Position und eine zweite axiale Position mit Bezugnahme auf das Gehäuse aufweist, und bei der die Signalisierungseinrichtung eine Reihe von Bohrflüssigkeitsdurchgängen (15, 16, 17) aufweist, die sich im Allgemeinen radial durch das Futterrohr (11), die Hülse (12) und das Gehäuse (13) so erstrecken, dass, wenn sich die Hülse (12) in der ersten Position befindet, die Reihe von Bohrflüssigkeitsdurchgängen (15, 16, 17) miteinander so ausrichtet, dass gestattet wird, dass die Bohrflüssigkeit leicht von der Innenseite des Futterrohres (11) zur Außenseite des Gehäuses (13) strömt, begleitet von einem relativ niedrigen Druckabfall, und wenn sich die Hülse (12) in der zweiten Position befindet, die Bohrflüssigkeitsdurchgänge (15, 16, 17) so versetzt sind, dass sie den Bohrflüssigkeitsstrom von der Innenseite des Futterrohres (11) zur Außenseite des Gehäuses (13) beschränken, begleitet von einem relativ hohen Druckabfall.
  36. Vorrichtung nach Anspruch 35, bei der eine Bohrmeißeldüsen- und Öffnungskombination innerhalb des im Allgemeinen radialen Durchganges (15) im Futterrohr (11) angrenzend an die Hülse (12) positioniert ist.
  37. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem eine Sensorbaugruppe (37) für das Ermitteln einer Information über die geologischen Schichten aufweist, die gebohrt werden.
  38. Vorrichtung nach Anspruch 37, bei der die Sensorbaugruppe einen Sensor (37) für das Ermitteln der Information und einen Analysator für das Analysieren der Daten vom Messfühler aufweist, wobei der Analysator an der Futterrohr(11)-, Gehäuse(13)- und Richtungssteuereinrichtung(12)-Kombination angeordnet ist.
  39. Vorrichtung nach Anspruch 38, bei der der Sensor (37) ausgebildet ist, um Gammastrahlen zu messen.
  40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 39, bei der das Antriebsteil (25, 26) den Winkel der Richtung der Kraft auf der Basis der ermittelten geologischen Daten steuert.
  41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 40, bei der das Antriebsteil ein Antriebsrad (25) und eine Laufbahn (26) aufweist, wobei das Antriebsrad (25) ausgebildet ist, damit es mit der Laufbahn (26) in Eingriff kommen kann, so dass die Bewegung des Antriebsrades (25) eine Bewegung der Laufbahn (26) relativ zum Antriebsrad (25) hervorruft, und das Antriebsrad (25), wenn es stationär ist, ausgebildet ist, um eine Bewegung zwischen der Laufbahn (26) und dem Antriebsrad (25) zu verhindern, wobei die Laufbahn (26) auf einer Fläche des Gehäuses (13) angeordnet und das Antriebsrad (25) mechanisch mit der Richtungssteuereinrichtung (12) verbunden ist.
  42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 40, bei der das Antriebsteil ein Antriebsrad (25) und eine Laufbahn (26) aufweist, wobei das Antriebsrad (25) ausgebildet ist, damit es mit der Laufbahn (26) in Eingriff kommen kann, so dass die Bewegung des Antriebsrades (25) eine Bewegung der Laufbahn (26) relativ zum Antriebsrad (25) hervorruft, und das Antriebsrad (25), wenn es stationär ist, ausgebildet ist, um eine Bewegung zwischen der Laufbahn (26) und dem Antriebsrad (25) zu verhindern, wobei das Antriebsrad (25) und die Laufbahn (26) so angeordnet sind, dass die Bewegung des Antriebsrades (25) eine relative Bewegung zwischen der durch die Richtungssteuereinrichtung angewandten Kraft und der beschwerten Seite des Gehäuses (13) bewirkt.
  43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 40, bei der das Antriebsteil ein Antriebsrad (25) und eine Laufbahn (26) aufweist, wobei das Antriebsrad (25) ausgebildet ist, damit es mit der Laufbahn (26) in Eingriff kommen kann, so dass die Bewegung des Antriebsrades (25) eine Bewegung der Laufbahn (26) relativ zum Antriebsrad (25) hervorruft, und das Antriebsrad (25), wenn es stationär ist, ausgebildet ist, um eine Bewegung zwischen der Laufbahn (26) und dem Antriebsrad (25) zu verhindern, wobei die Laufbahn (26) auf einer Innenfläche des Gehäuses (13) angeordnet ist.
  44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 40, bei der das Antriebsteil ein Antriebsrad (25) und eine Laufbahn (26) aufweist, wobei das Antriebsrad (25) ausgebildet ist, damit es mit der Laufbahn (26) in Eingriff kommen kann, so dass die Bewegung des Antriebsrades (25) eine Bewegung der Laufbahn (26) relativ zum Antriebsrad (25) hervorruft, und das Antriebsrad (25), wenn es stationär ist, ausgebildet ist, um eine Bewegung zwischen der Laufbahn (26) und dem Antriebsrad (25) zu verhindern, wobei die Laufbahn (26) auf einer Fläche der Richtungssteuereinrichtung (12) angeordnet und das Antriebsrad (25) mechanisch mit dem Gehäuse (13) verbunden ist.
  45. Vorrichtung nach Anspruch 44, bei der die Laufbahn (26) auf einer Außenfläche der Richtungssteuereinrichtung (12) angeordnet ist.
  46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 41 bis 45, bei der das Antriebsrad (25) eine Vielzahl von Zähnen um seinen Rand aufweist und die Laufbahn (26) eine Vielzahl von Zähnen aufweist, die ausgebildet sind, um mit den Zähnen des Antriebsrades (25) in Eingriff zu kommen, um eine relative Bewegung dazwischen zu bewirken.
  47. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 41 bis 45, bei der die Richtung der Kraft um einen vorgegebenen Winkel als Reaktion auf die Drehung des Antriebsrades (25) um einen vorgegebenen Drehungswinkel verändert wird.
DE60207559T 2001-06-11 2002-06-07 Richtbohrwerkzeug Expired - Lifetime DE60207559T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US878715 2001-06-11
US09/878,715 US6808027B2 (en) 2001-06-11 2001-06-11 Wellbore directional steering tool
PCT/GB2002/002784 WO2002101193A1 (en) 2001-06-11 2002-06-07 A wellbore directional steering tool

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60207559D1 DE60207559D1 (de) 2005-12-29
DE60207559T2 true DE60207559T2 (de) 2006-10-26

Family

ID=25372659

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60207559T Expired - Lifetime DE60207559T2 (de) 2001-06-11 2002-06-07 Richtbohrwerkzeug

Country Status (5)

Country Link
US (1) US6808027B2 (de)
EP (1) EP1402144B1 (de)
AT (1) ATE310892T1 (de)
DE (1) DE60207559T2 (de)
WO (1) WO2002101193A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3103957A2 (de) 2013-03-12 2016-12-14 Weatherford Technology Holdings, LLC Steuerbares drehsystem zum vertikalen bohren
WO2017137025A1 (de) 2016-02-08 2017-08-17 VON DEN DRIESCH, Stefan Richtbohrgerät und verfahren zum kalibrieren desselben

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AR030606A1 (es) * 2000-09-08 2003-08-27 Shell Int Research Broca de barrena
GB0101633D0 (en) * 2001-01-23 2001-03-07 Andergauge Ltd Drilling apparatus
US6585061B2 (en) * 2001-10-15 2003-07-01 Precision Drilling Technology Services Group, Inc. Calculating directional drilling tool face offsets
CA2554147C (en) * 2004-01-28 2009-12-22 Halliburton Energy Services, Inc. Rotary vector gear for use in rotary steerable tools
WO2007014111A2 (en) * 2005-07-22 2007-02-01 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole tool position sensing system
GB0601674D0 (en) * 2006-01-27 2006-03-08 Smart Stabilizer Systems Ltd Steering assembly
FR2898935B1 (fr) * 2006-03-27 2008-07-04 Francois Guy Jacques Re Millet Dispositif d'orientation d'outils de forage
US7336199B2 (en) * 2006-04-28 2008-02-26 Halliburton Energy Services, Inc Inductive coupling system
US7540337B2 (en) * 2006-07-03 2009-06-02 Mcloughlin Stephen John Adaptive apparatus, system and method for communicating with a downhole device
CA2712580C (en) * 2008-02-15 2013-10-08 National Oilwell Varco, L.P. Method and system of monitoring rotational time of rotatable equipment
US8360172B2 (en) * 2008-04-16 2013-01-29 Baker Hughes Incorporated Steering device for downhole tools
CA2680894C (en) 2008-10-09 2015-11-17 Andergauge Limited Drilling method
GB2468271B (en) * 2008-11-28 2013-06-19 Intelligent Drilling Tools Ltd Disconnect device for downhole assembly
US8386181B2 (en) * 2010-08-20 2013-02-26 National Oilwell Varco, L.P. System and method for bent motor cutting structure analysis
GB2486898A (en) 2010-12-29 2012-07-04 Nov Downhole Eurasia Ltd A downhole tool with at least one extendable offset cutting member for reaming a bore
EP2668362B1 (de) * 2011-01-28 2020-01-01 Baker Hughes, a GE company, LLC Nichtmagnetisches bohrstrangelement mit nichtmagnetischen hartschichten und herstellungsverfahren dafür
NO335294B1 (no) * 2011-05-12 2014-11-03 2TD Drilling AS Innretning for retningsboring
US20130112484A1 (en) * 2011-11-04 2013-05-09 Shilin Chen Eccentric sleeve for directional drilling systems
US9500031B2 (en) 2012-11-12 2016-11-22 Aps Technology, Inc. Rotary steerable drilling apparatus
US9523244B2 (en) * 2012-11-21 2016-12-20 Scientific Drilling International, Inc. Drill bit for a drilling apparatus
US9366087B2 (en) 2013-01-29 2016-06-14 Schlumberger Technology Corporation High dogleg steerable tool
US9932820B2 (en) 2013-07-26 2018-04-03 Schlumberger Technology Corporation Dynamic calibration of axial accelerometers and magnetometers
WO2015018969A1 (en) 2013-08-05 2015-02-12 Geonex Oy Method for steering a direction of a drilling device drilling a hole into the ground
MX2016006255A (es) * 2013-12-16 2016-11-07 Halliburton Energy Services Inc Metodos y herramientas de orientacion de tuberia de revestimiento en funcion de la gravedad.
WO2015117151A2 (en) 2014-02-03 2015-08-06 Aps Technology, Inc. System, apparatus and method for guiding a drill bit based on forces applied to a drill bit
US10294725B2 (en) 2014-03-12 2019-05-21 Halliburton Energy Services, Inc. Steerable rotary drilling devices incorporating a tilted drive shaft
US9109402B1 (en) * 2014-10-09 2015-08-18 Tercel Ip Ltd. Steering assembly for directional drilling of a wellbore
CN105625968B (zh) * 2014-11-06 2018-04-13 通用电气公司 导向系统及导向方法
US10113363B2 (en) 2014-11-07 2018-10-30 Aps Technology, Inc. System and related methods for control of a directional drilling operation
CA2966193C (en) * 2014-12-29 2019-10-22 Halliburton Energy Services, Inc. Variable stiffness fixed bend housing for directional drilling
DE102015001969A1 (de) * 2015-02-19 2016-08-25 TRACTO-TECHNlK GmbH & Co. KG Doppelrohrgestängeabschnitt, Doppelrohrgestängeschuss und Verfahren zum Ausbilden einer elektrisch leitfähigen Verbindung in einem Doppelrohrgestängeabschnitt
US9605482B2 (en) * 2015-03-05 2017-03-28 Halliburton Energy Services, Inc. Directional drilling with adjustable bent housings
US10233700B2 (en) 2015-03-31 2019-03-19 Aps Technology, Inc. Downhole drilling motor with an adjustment assembly
CN106593331B (zh) * 2016-12-27 2024-06-18 中国石油化工股份有限公司 一种油水井偏心归正传液装置
CN112796764A (zh) * 2020-12-30 2021-05-14 龚伦 一种控制隧道超挖的周边孔弧形钻孔工法
CN113530444B (zh) * 2021-08-09 2022-07-19 大庆嘉景石油工程技术有限公司 一种超短半径水平井钻、完井工艺

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3561549A (en) 1968-06-07 1971-02-09 Smith Ind International Inc Slant drilling tools for oil wells
US3626482A (en) * 1968-10-30 1971-12-07 Aquitaine Petrole Method and apparatus for measuring lithological characteristics of rocks
US4220213A (en) 1978-12-07 1980-09-02 Hamilton Jack E Method and apparatus for self orienting a drill string while drilling a well bore
US4394881A (en) 1980-06-12 1983-07-26 Shirley Kirk R Drill steering apparatus
US4638873A (en) 1984-05-23 1987-01-27 Welborn Austin E Direction and angle maintenance tool and method for adjusting and maintaining the angle of deviation of a directionally drilled borehole
US4697650A (en) * 1984-09-24 1987-10-06 Nl Industries, Inc. Method for estimating formation characteristics of the exposed bottomhole formation
US5220963A (en) 1989-12-22 1993-06-22 Patton Consulting, Inc. System for controlled drilling of boreholes along planned profile
US5358059A (en) * 1993-09-27 1994-10-25 Ho Hwa Shan Apparatus and method for the dynamic measurement of a drill string employed in drilling
US5490569A (en) 1994-03-22 1996-02-13 The Charles Machine Works, Inc. Directional boring head with deflection shoe and method of boring
US5484029A (en) 1994-08-05 1996-01-16 Schlumberger Technology Corporation Steerable drilling tool and system
GB9507008D0 (en) 1995-04-05 1995-05-31 Mcloughlin Stephen J A downhole adjustable device for trajectory control in the drilling of deviated wells
GB9612524D0 (en) 1996-06-14 1996-08-14 Anderson Charles A Drilling apparatus
GB2356207A (en) 1999-11-09 2001-05-16 Stephen John Mcloughlin Apparatus and method for transmitting information to, and communicating with, a downhole device.
USRE42426E1 (en) 1999-04-27 2011-06-07 Halliburton Energy Services, Inc. Apparatus and method for transmitting information to and communicating with a downhole device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3103957A2 (de) 2013-03-12 2016-12-14 Weatherford Technology Holdings, LLC Steuerbares drehsystem zum vertikalen bohren
WO2017137025A1 (de) 2016-02-08 2017-08-17 VON DEN DRIESCH, Stefan Richtbohrgerät und verfahren zum kalibrieren desselben
DE102016001780A1 (de) 2016-02-08 2017-08-24 Stefan von den Driesch Kostengünstiges Verfahren zum Kalibrieren von Magnetfeldsensoren in einem hoch präzise arbeitenden Richtbohrgerät zur frühzeitigen, zuverlässigen und zeitnahen Bestimmung des Bohrlochs und ein hoch präzise arbeitendes Richtbohrgerät zum kostengünstigen Tiefrichtbohren

Also Published As

Publication number Publication date
ATE310892T1 (de) 2005-12-15
EP1402144B1 (de) 2005-11-23
DE60207559D1 (de) 2005-12-29
US20020185315A1 (en) 2002-12-12
WO2002101193A1 (en) 2002-12-19
EP1402144A1 (de) 2004-03-31
US6808027B2 (en) 2004-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60207559T2 (de) Richtbohrwerkzeug
DE69310668T2 (de) Automatisches Bohrsystem zur Verwendung im Bohrloch
DE69219250T2 (de) Regelbare Ablenkeinheiten für richtungssteuerbare Bohrsysteme
EP0459008B1 (de) Bohrwerkzeug zum Richtbohren
EP3081737B1 (de) Bohrgerät zum erstellen einer verrohrten bohrung und verfahren zum betreiben eines bohrgerätes
DE3911467C2 (de)
DE60307007T3 (de) Automatisches bohrsystem mit elektronik ausserhalb einer nicht-rotierenden hülse
DE60304320T2 (de) Energieerzeuger betrieben durch doppelwandige rohrverbindung
DE60210463T2 (de) Bohrrichtungssteuerungsvorrichtung
WO1988010355A1 (en) Device for guiding a drilling tool and/or pipe string
DE69630518T2 (de) Unterirdische Vorrichtung zum Richtbohren ohne Materialaustrag
DE3122552A1 (de) Steuerwerkzeug fuer drehbohrstraenge
DE60018402T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur informationsübertragung und kommunikation mit einem bohrlochwerkzeug
DE2233324B2 (de) Vorrichtung zur Bohrlochmessung während der Bohrung
DE3650026T2 (de) Schlagwerkzeug zum Bohren von Löchern in den Boden.
DE60006276T2 (de) Bohrkopf mit exzentrischem körper
DE69119402T2 (de) Im bohrloch zu gebrauchendes bohrwerkzeug zum bohren vor einer verrohrung
DE3939538C2 (de)
EP3287588B1 (de) Arbeitsmaschine und verfahren zum bearbeiten eines bodens
DE102016003749B4 (de) Bohranlage zum Einbringen von Bohrungen in Gestein und/oder Felsen
DE60115741T2 (de) Aushubgerät für die Herstellung von Ortbetonpfählen
DE4104992C2 (de) Vorrichtung zur zielgenauen Steuerung von Überlagerungsbohrungen
DE4211059C1 (de)
DE4432408A1 (de) Bohrgerät und -verfahren
DE3417743C1 (de) Vorrichtung zum wahlweisen Geradeaus- oder Richtungsbohren in unterirdische Gesteinsformationen

Legal Events

Date Code Title Description
8332 No legal effect for de
8370 Indication related to discontinuation of the patent is to be deleted
8364 No opposition during term of opposition