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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
offen gelegten Prinzipien betreffen ein verbessertes Sondengehäuse und
ein Herstellungsverfahren. Insbesondere betrifft diese Offenlegung ein
Sondengehäuse,
das für
die Verwendung in verschiedenen Anwendungen eingerichtet ist, und
ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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US
A-3 746 106 beschreibt eine Bohrmeißel-Feststellvorrichtung für ein Bohrrohr,
das drehbar in eine horizontale Bohrung unter der Erdoberfläche getrieben
wird. Die Bohrmeißel-Feststellvorrichtung umfasst
einen Flüssigkeitsdurchlass
und zwei zylindrische Räume,
wobei jeder der Räume
in Verbindung mit dem Flüssigkeitsdurchlass
ist. Der zylindrische Raum weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner
ist als der Außendurchmesser
der Gewindebohrung, die sich an jedem Ende des Bohrkopfes befindet.
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Das
Bohren in horizontaler Richtung ist ein Verfahren, das im Allgemeinen
eingesetzt wird, um Bohrlöcher
für die
Installation von unterirdischen Einrichtungen zu erzeugen. Das Verfahren
umfasst eine Bohrmaschine, einen Bohrstrang und einen Bohrkopf.
Der Bohrstrang setzt sich normalerweise aus einzelnen Abschnitten
einer hohlen Bohrstange zusammen und ist überirdisch zwischen der Bohrmaschine
und dem Bohrkopf befestigt. Die Bohrmaschine ist normalerweise in
der Lage, den Bohrstrang zu drehen und in Längsrichtung vorwärts zu treiben
und zu schieben, während
sie gleichzeitig eine Flüssigkeit
durch den Bohrstrang pumpt. Der Bohrkopf setzt sich normalerweise
aus einer Adapterbaugruppe und einem Bohrmeißel zusammen. Es gibt viele
Arten von Adapterbaugruppen, einschließlich statischer und dynamischer,
wobei sich jede normalerweise an einem Ende mit dem Bohrstrang und
an dem anderen Ende mit dem Bohrmeißel verbindet. Es gibt unterschiedliche
Bohrmeißel,
die jeweils für
die Verwendung in Verbindung mit einer speziellen Adapterart entwickelt
wurden.
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Das
Verfahren beginnt mit dem überirdischen
Montieren des Bohrkopfes an einer einzelnen Bohrstange. Die Bohrstange
wird dann an dem gegenüberliegenden
Ende mit einer Bohrmaschine verbunden. Die Bohrmaschine dreht und
schiebt dann die Bohrstange und den Bohrkopf in den Boden. Gleichzeitig
wird eine Flüssigkeit
durch die Bohrstange gepumpt und normalerweise auf die Schnittfläche des
Bohrmeißels
gerichtet, um das Schneiden des Bodenmaterials zu unterstützen.
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Die
gepumpte Flüssigkeit
hat verschiedene Aufgaben. Eine Hauptaufgabe besteht in der Entfernung
von Material, um das Bohrloch zu erzeugen. In dieser Anwendung transportiert
die Flüssigkeit
Abschnitte, die durch den Bohrmeißel erzeugt werden, entlang
des gebohrten Lochs zurück
und zu der Bodenfläche
heraus. Bei den meisten Anordnungen ist ein spezieller Bohrmeißel eingerichtet,
ein Loch zu schneiden, das größer ist
als der Durchmesser der Bohrstange, indem er die Erdformation mit
seiner Drehung zerstört.
Beispiele solcher Meißel
finden sich in der US-Patentschrift
5,799,740 und der US-Patentschrift 5,899,283. Gleichzeitig wird
eine auf Wasser basierende Flüssigkeit
durch den Bohrstrang und durch den Meißel gepumpt, um sich gut mit
der zerstörten
Erde zu vermischen, wodurch eine Aufschlämmung erzeugt wird. Die Aufschwemmung folgt
dann dem Weg des geringsten Widerstands, der normalerweise zurück entlang
dem Bohrstrang führt, und
tritt an dem Punkt aus, an dem der Bohrstrang in den Boden eindringt.
In dieser Anwendung ist die Adapterbaugruppe statisch, wobei sie
sich einfach von der Gewindeverbindung der Bohrstange, die einen kleineren
Durchmesser aufweist, zu dem Bohrmeißel, dessen Durchmesser größer ist,
anpasst, um das größere Loch
zu schneiden, das für
die richtige Übertragung
der Abschnitte erforderlich ist.
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In
einigen anderen Anwendungen besteht kein Bedarf an der Beförderung
der Abschnitte und der Boden wird einfach verdichtet, wodurch ein
Bohrloch ohne Materialentfernung ausgebildet wird. Stoß- oder
Hämmerbelastung
auf den Bohrmeißel
erhöhen die
Bohrproduktivität.
Für diese
Art der Anwendung umfasst die Adapterbaugruppe eine dynamische Komponente,
normalerweise einen pneumatischen Hammer, zusätzlich zu einem statischen
Anpasselement. (Ein Beispiel ist in der US-Patentschrift 4,858,704
offen gelegt.) Die Flüssigkeit,
die in den Bohrstrang gepumpt wird, ist komprimierte Luft, die Energie überträgt, um den
pneumatischen Hammer zu betreiben. Der Weg des Flüssigkeitsflusses
umfasst den Bohrstrang, die statische Komponente der Adapterbaugruppe
und den Hammer.
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In
noch anderen Anwendungen, normalerweise bei hoch komprimierten Böden und/oder
Gestein, kann eine ähnliche
Anordnung, die einen Imlochhammer einsetzt, in Verbindung mit einem
anderen Bohrmeißel
verwendet werden, um Abschnitte zum Transport zu erzeugen. Die Hämmer können pneumatische
Hämmer
oder Wasserhämmer
sein. Die Bohrmeißel
sind vor allem entwickelt, die Boden- oder Gesteinsformation durch
die Stoßbelastung,
die von dem Hammer empfangen wird, zu brechen. Sobald die Formation
gebrochen ist, müssen
die Abschnitte von der Schnittfläche
fort transportiert werden.
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Der
Transport der Abschnitte wird durch Rotation des Bohrmeißels und
des Bohrstrangs zusammen mit dem daraus resultierenden Fluss der
Flüssigkeit
unterstützt.
Die Flüssigkeit
ist normalerweise Luft oder eine Mischung aus Luft und einer wasserbasierten
Flüssigkeit
oder ein anderes Aufschlämmungsmaterial,
dessen Aufgabe es ist, die Fähigkeit der
Luft, die Abschnitte zu transportieren, zu unterstützen. Bei
dieser Art der Anwendung wird die Flüssigkeit zum Übertragen
von Energie eingesetzt, um einen Hammer zum Transport von Abschnitten
zu betreiben. Der Weg des Flüssigkeitsflusses
umfasst den Bohrstrang, die Adapterbaugruppe und den Bohrmeißel.
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In
noch einer weiteren Anordnung, die das Schneiden von hoch komprimierten
Böden oder
Gesteinen einschließt,
ist der Bohrmeißel
eingerichtet, sich zu drehen. Ein solcher Aufbau umfasst die Verwendung
eines Schlammmotors, der Flüssigkeitskraft
(von der gepumpten Flüssigkeit)
in Rotationskraft umwandeln kann, um den Bohrmeißel zu rotieren. Bei dieser
Art der Anwendung umfasst die Adapterbaugruppe eine dynamische Komponente,
den Schlammmotor, zusammen mit dem zuvor beschriebenen statischen
Element. Die Flüssigkeit
basiert normalerweise auf Wasser. Der Weg des Flüssigkeitsflusses umfasst den
Bohrstrang, die Adapterbaugruppe und den Bohrmeißel.
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Bei
all diesen Anwendungen unterstützt
die Übertragung
von Flüssigkeit
das effiziente Funktionieren des Bohrmeißels und/oder den Transport
der Abschnitte; es können
relativ große
Fließgeschwindigkeiten
erforderlich sein. Der Weg des Flüssigkeitsflusses führt in allen
Fällen
durch den Adapter. Somit besteht eine Haupteigenschaft des Adapters
in der Fähigkeit
der Flüssigkeitsübertragung.
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Ein
anderer Aspekt des Bohrens in horizontaler Richtung ist das Erkennen
des Ortes und der Position des Bohrkopfes. Diese Informationen werden
benötigt,
um den Bohrprozess derart richtig zu steuern, dass das gebohrte
Loch richtig positioniert ist. Dies wird normalerweise durch Anbringen
von Verfolgungselektronik in dem Bohrkopf, normalerweise in Form
einer Sonde, erzielt. Gegenwärtig
sind Sonden in verschiedenen Größen von
unterschiedlichen Herstellern verfügbar und umfassen 2 Grundarten:
eine batteriebetriebene Art und eine über ein Kabel betriebene Art,
das durch den Bohrstrang zu einer überirdischen Stromquelle gewunden
ist.
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Ein
Beispiel einer batteriebetriebenen Sonde und ihr Montageaufbau innerhalb
eines Bohrkopfes ist in der US-Patentschrift 5,633,589 beschrieben. 4 von '589 stellt einen
Bohrkopf dar, dessen Adapterbaugruppe an einem Ende mit dem Bohrstrang und
an dem anderen Ende mit dem Bohrmeißel verbunden ist. Dies ist
eine schematische Darstellung, die vor allem die Elektronik zeigt.
Diese Anordnung stellt dar, dass die Adapterbaugruppe derart konfiguriert
ist, die Sonde oder den Sender zu halten, die oder der im Allgemeinen
zylindrisch ist und deren oder dessen Durchmesser in Bezug auf den
Durchmesser die Bohrstange signifikant ist. Dieser statische Abschnitt
der Adapterbaugruppe ist als Sondengehäuse bekannt.
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Andere
Beispiele von Sondengehäusen
finden sich in der US-Patentschrift 5,799,740 (nachfolgend '740), der U.S. Patentschrift
5,253,721 (nachfolgend '721)
und der US-Patentschrift 6,260,634 (nachfolgend '634). 11 von '740 veranschaulicht den
Aufbau von typischen Sondengehäusen
deutlicher. Das Gehäuse
ist konfiguriert, eine Sonde aufzunehmen, sich mit einem Bohrmeißel zu verbinden, sich
mit dem Bohrstrang zu verbinden und einen Durchgang für Flüssigkeit
bereitzustellen. Der mechanische Aufbau ist derart, dass ein Hohlraum
für die
Sonde außerhalb
der Mitte positioniert ist und sich so nah wie möglich am Rand des Adapters
befindet, eingeschränkt
durch minimale Materialdicke. Dies stellt einen maximalen Querschnittsbereich
der Flüssigkeitsdurchlässe bereit,
ebenfalls eingeschränkt
durch minimale Materialdicke, die den Durchgang umgibt. Der Ort
der Flüssigkeitsdurchlässe ist
somit nahe dem Außendurchmesser
des Sondengehäuses.
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Zum
Herstellen typischer Sondengehäusedurchgänge ist
das Sondengehäuse
aus zwei Teilen hergestellt. Der zylindrische Hauptabschnitt, der
als 11 in '740
dargestellt ist, umfasst einen Gewindeabschnitt mit einem Innendurchmesser,
der ausreichend groß ist,
das Herstellen der Flüssigkeitsdurchlässe mit
normalem Bohren zu erlauben. Dieses Gewinde ist viel größer als
die Gewinde, die an der Bohrstange verwendet werden. Somit wird
ein zweites Teil, das in 10 dargestellt
ist, an einem Ende in diese großen
Gewinde geschraubt und passt sich an dem anderen Ende in die Gewinde
des Bohrstrangs ein. Auf diese Art und Weise ist das Sondengehäuse aus
mehreren Teilen aufgebaut, die miteinander verschraubt sind. Die
Sonde ist in dem Sondengehäuse
durch Trennen der zwei Teile an dieser Gewindeverbindung angebracht.
Diese Art des Sondengehäuses
wird als ein Endladesondengehäuse bezeichnet,
da die Sonde von einem Ende des Sondengehäuses eingeführt wird.
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Das
zylindrische Sondengehäuse,
das in dem Patent '634
dargestellt ist, verwendet ebenfalls einen zweiteiligen Aufbau. 2 stellt
einen ähnlichen
Hauptabschnitt dar, der eingerichtet ist, eine Sonde aufzunehmen,
an einem Ende auf einen Bohrmeißel
und an dem gegenüberliegenden
Ende auf einen zweiten Adapter angepasst ist. Anstatt eine Gewindeverbindung
zwischen dem Hauptabschnitt und dem Adapter zu verwenden, setzt
dieses Sondengehäuse
eine verzahnte Verbindung ein. Ein solcher Adapter ist in 22 der US-Patentschrift 6,148,935 (nachfolgend '935) dargestellt
und hierin vollständig als
Referenz eingefügt.
Hier ist der Innendurchmesser der verzahnten Verbindung wieder derart,
dass die Flüssigkeitsübertragungslöcher mit
normalen Bohrtechniken gebohrt werden können. Das Sondengehäuse, das
in dem Patent '634 dargestellt
ist, wird im Allgemeinen als ein Seitenladegehäuse bezeichnet, da das Sondengehäuse eine
Tür umfasst,
die den Sondenhohlraum montiert an der Seite des Sondengehäuses abdeckt,
und die Sonde ist von der Seite zugänglich.
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1 von '935 und 3 von '721 stellen die Schwierigkeit
der Herstellung eines einteiligen Sondengehäuses dar. In '935 befinden sich
die Flüssigkeitsübertragungslöcher in
einem Winkel, wodurch für
die Baugruppe Kosten und Komplexität entstehen. In '721 erfordern die
Flüssigkeitsübertragungslöcher 4 separate,
sich überschneidend
gebohrte Löcher,
die 90-Grad-Winkel in dem Flüssigkeitsweg
bilden. Dieser Aufbau führt
zu einer signifikanten Beschränkung
des Flüssigkeitsflusses.
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Zusätzlich zur
Bereitstellung eines Flüssigkeitsdurchgangs
dient das Sondengehäuse
auch zum Befestigen und Positionieren der Sonde. Die US-Patentschrift
6,260,634 und die US-Patentschrift 6,148,935 stellen die Verwendung
einer verzahnten Verbindung zwischen dem Sondengehäuse und
dem Bohrmeißel
dar, die lediglich in einer Rotationsausrichtung zusammengebaut
werden kann. Dies koordiniert, zusammen mit der Rotationsausrichtungssteuerung
der Sonde, die Ausrichtung zwischen der Sonde und dem Bohrmeißel. Diese
Anordnung ist abhängig
von der verzahnten Verbindung, die zu einer Beschränkung der
Vielfalt der Bohrmeißel
führt,
die mit dem Gehäuse
verwendet werden können,
da nicht alle Meißel
derartige Verzahnungen aufweisen.
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Andere
Montageanforderungen für
Sonden umfassen Vibrationsisolierung, besonders wenn die Adapterbaugruppe
einen Hammer umfasst, und/oder Vorkehrung für einen Kabeldurchgang für die Verwendung
mit einer Kabelleitungssonde. Das Sondengehäuse, das sich in der Nähe des Bohrmeißels befindet,
unterliegt starken Belastungsbedingungen. Die mechanische Stabilität und die
Baugruppeneigenschaften beeinflussen die Beständigkeit des Sondengehäuses. Die
Anforderung an die Beständigkeit wird
durch das Bestehen von Industrienormen für bestimmte Arten von Bohrkomponenten
veranschaulicht. So hat beispielsweise das American Petroleum Institute
einen speziellen Gewindeaufbau für
die Verwendung mit Bohrkomponenten angenommen, der eine zusätzliche
physikalische Beschränkung
auferlegt, die den mechanischen Aufbau des Sondengehäuses beeinflusst.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein verbessertes Sondengehäuse für die Verwendung
im Bereich des Bohrens in horizontaler Richtung. Ein anderer Aspekt
der vorliegenden Erfindung betrifft das Verfahren der Herstellung
des verbesserten Sondengehäuses.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
einer Bohrkopfbaugruppe gemäß der vorliegenden
Erfindung, die in einer ersten Anordnung mit einem Meißel, der
zum Bohren in weichem Gestein eingerichtet ist, auf einen Bohrstrang
montiert ist;
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2 ist
eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Bohrkopfbaugruppe
gemäß der vorliegenden
Erfindung, die in einer zweiten Anordnung mit einem Meißel, der
zum Bohren in Böden eingerichtet
ist, auf einen Bohrstrang montiert ist;
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3 ist
eine Seitenansicht noch einer anderen Ausführungsform einer Bohrkopfbaugruppe gemäß der vorliegenden
Erfindung, die in einer dritten Anordnung mit einem Hammer und einem
Meißel,
die zum Bohren in hartem Gestein eingerichtet sind, auf einen Bohrstrang
montiert ist;
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4 ist
eine Einzelbilddarstellung einer Sondengehäusebaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
eine Endansicht eines Sondengehäuses
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6 ist
ein Querschnitt des Sondengehäuses
der 5 entlang der Linie 6-6;
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7A ist
eine Einzelbildseitenansicht eines Sondengehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung vor
dem Zusammenbau zum Schweißen;
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7B ist
eine zusammengebaute Draufsicht des Sondengehäuses der 7A;
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8 ist
ein vergrößerter Querschnitt
des Haltebolzenabschnitts der Sondentür, der in 6 gezeigt
wird;
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9 ist
eine isometrische Ansicht des Sondenmontageblocks gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
10 ist
eine Querschnittsansicht der Sondenmontagebaugruppe gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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11 ist
eine isometrische Ansicht einer typischen Sonde;
-
12 ist
eine Einzelbilddarstellung einer alternativen Sondengehäusebaugruppe
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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13 ist
eine Querschnittsansicht der Kabelleitungsführung für ein Kabelleitungs-Sub gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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14 ist
eine isometrische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Sonden-Rotationsausrichtungssteuerung
einschließlich
eines Zapfens an der Tür,
der in ein Zahnrad an der Sonde eingreift;
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15A ist eine längslaufende
Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform einer Sonden-Rotationsausrichtungssteuerung,
einschließlich eines
Zapfens an der Tür,
der in einen Stopfen eingreift;
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15B ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts
der Rotationsausrichtungssteuerung der 15A;
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16A ist eine längslaufende
Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform einer Sonden-Rotationsausrichtungssteuerung,
einschließlich eines
Zapfens an der Tür,
der in einen O-Ring eingreift, der in Kontakt mit der Sonde ist;
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16B ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts
der Rotationsausrichtungssteuerung der 16A;
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17A ist eine längslaufende
Querschnittsansicht einer fünften
Ausführungsform
einer Sonden-Rotationsausrichtungssteuerung, einschließlich eines
Zapfens an der Tür,
der in einen O-Ring eingreift, der in Kontakt mit einem Stopfen
ist, der in die Sonde eingreift;
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17B ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts
der Rotationsausrichtungssteuerung der 17B;
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18 ist
eine radiale Querschnittsansicht, die die Sondentür und den
Stopfen in dem Gehäuse der 15B darstellt, entlang der Linie 18-18; und
-
19A–19E sind schematische Darstellungen der Herstellungsstufen
für ein
alternatives Verfahren der Herstellung eines Sondengehäuses der
vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Unter
Bezugnahme auf die verschiedenen Figuren, in denen identische Elemente
durchgehend identisch nummeriert sind, wird nun eine Beschreibung
verschiedener beispielhafter Aspekte der vorliegenden Erfindung
bereitgestellt. Die bevorzugten Ausführungsformen werden in den
Zeichnungen gezeigt und mit dem Verständnis beschrieben, dass die vorliegende
Offenlegung als eine Verdeutlichung der Erfindung zu betrachten
ist und dass es nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf die offen
gelegten Ausführungsformen
zu beschränken.
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Bezug
nehmend auf die Zeichnungen stellt 1 eine Ausführungsform
einer Bohrkopfanordnung dar, die eine Sondengehäusebaugruppe 50 gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist. Der Bohrstrang 10 endet an einem ersten
Ende einer Bohrkopfbaugruppe 14 und verbindet sich an einem
gegenüberliegenden
Ende mit einer Bohrmaschine (nicht dargestellt), die Rotation und
Längskraft
bereitstellen kann. Der Bohrstrang 10 ist typischerweise aus
einer hohlen Verrohrung aufgebaut und kann unter Druck stehende
Flüssigkeit übertragen.
In dem in 1 gezeigten Aufbau verbindet
sich ein Bohrmeißel 12 mit
einem gegenüberliegenden
Ende der Bohrkopfbaugruppe 14.
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Die
Bohrkopfbaugruppe 14 besteht aus einem hinteren Übergangs-Sub 16,
einem hinteren Adapter-Sub 18, einem vorderen Adapter-Sub 20 und der Sondengehäusebaugruppe 50 (auch
als „Gehäusekörper 50" bezeichnet). In
diesem Aufbau ist der hintere Adapter-Sub 18 eingerichtet,
sich mit dem hinteren Übergangs-Sub 16 zu
verbinden, um einen Anschluss 24 zu verwenden. Ein beispielhafter
Anschluss, der in dieser Art des Aufbaus verwendet wird, ist in
der US-Patentschrift 6,148,935 beschrieben, die hierin als Referenz
in ihrer Gesamtheit eingefügt
ist. Der Anschluss 24 ermöglicht eine bequeme Trennung
zwischen dem Bohrstrang 10 und dem Rest des Bohrkopfes,
insbesondere bleibt der hintere Übergangs-Sub 16 mit
dem Bohrstrang 10 verbunden, während der verbleibende Abschnitt
der Bohrkopfbaugruppe 14 und der Bohrmeißel 12 entfernt sind.
Bei Verwendung erfordert dieser Aufbau weniger Werkzeuge, um den
Abschnitt der Bohrkopfbaugruppe und den Bohrmeißel nach dem Bohren einer Vorbohrung
zu entfernen und einen Fräser
zu befestigen, der einen ähnlichen Übergangs-Sub
aufweist. In der Ausführungsform
der 1 würde
das Aufweiten ohne die Sondengehäusebaugruppe 50 beendet.
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2 stellt
eine alternative Ausführungsform einer
Bohrkopfanordnung dar, die eine Sondengehäusebaugruppe 50 gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist. In dieser Darstellung weist die Bohrkopfbaugruppe 14' keinen hinteren Übergangs-Sub wie
bei 16 der 1 auf, weist jedoch einen vorderen Übergangs-Sub 22 auf,
der mit einem Anschluss 24' und
einem vorderen Adapter-Sub 20' konfiguriert ist. Dieser Aufbau
erlaubt das Entfernen eines Bohrmeißels 12' und eines vorderen Übergangs-Subs 22 mit nur
wenigen Werkzeugen. Ein Fräser
(nicht dargestellt), der mit einem verzahnten Übergangs-Sub konfiguriert ist,
der sich mit dem Anschluss 24' ähnlich dem, der an dem Übergangs-Sub 22 zu
finden ist, verbindet, kann dann verbunden werden. In der Ausführungsform
der 2 bleibt die Sondengehäusebaugruppe 50 während des
Aufweitens installiert.
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3 stellt
noch eine weitere Ausführungsform
einer Bohrkopfanordnung dar, die eine Sondengehäusebaugruppe 50 gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweist. Ein beispielhafter Anschluss, der in dieser
Art des Aufbaus verwendet wird, ist in der US-Patentschrift 6,148,935
beschrieben, die hierin als Referenz in ihrer Gesamtheit eingefügt ist.
Die Bohrkopfbaugruppe 14'' weist einen
hinteren Adapter-Sub 18'', eine Sondengehäusebaugruppe 50,
einen vorderen Adapter-Sub 20'' und
einen Hammer 26 auf. Der Hammer weist eine vordere Welle 28 auf, die
einen Meißel 12'' aufnehmen kann.
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Aus
diesen drei Ausführungsbeispielen
geht hervor, dass es zahlreiche Anordnungen gibt, die jeweils möglicherweise
den Aufbau der Sondengehäusebaugruppe 50 beeinflussen.
Diese drei sind lediglich typische Beispiele und viele andere Anordnungen
und Ausführungsformen
sind möglich.
Resultierend aus den vielen verschiedenen Anwendungen und Anforderungen
sind momentan eine Reihe spezieller Anordnungen von Sondengehäusen verfügbar. Es
ist wünschenswert,
ein universelles Sondengehäuse
bereitzustellen, das in einer breiten Vielzahl von Bohrkopfanordnungen
verwendet werden kann und außerdem
minimale Flussbeschränkung,
maximale mechanische Stabilität,
Flexibilität
bei der Montage von Anordnungen für unterschiedliche Sonden und
Flexibilität
bei der Aufnahme von Adaptern zwischen dem Gehäuse und den Bohrmeißeln oder
dem Bohrstrang bereitstellt. Zusätzlich
ist die Verwendung von Sonden während
dem Aufweiten möglich
und ein Sondengehäuse,
das relativ große
Fließgeschwindigkeiten
bewältigen
kann und Flexibilität
bei der Aufnahme von Adaptern zeigt, ist eine Verbesserung.
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4 stellt
die Komponenten dar, die sich gemäß den offen gelegten Prinzipien
in der Sondengehäusebaugruppe 50 finden.
Die Hauptkomponente ist das Hauptgehäuse 100 (auch als „Hauptkörper 100" bezeichnet). Ein
Hohlraum 102 ist durch Entfernen einer Sondentür 52 zugänglich.
Die Sondentür 52 wird
an einem Ende durch einen Zapfen 58, der in einen Schlitz 104 (siehe 6)
des Hauptgehäuses 100 einrastet,
gehalten. Das andere Ende wird von einem Türriegelbolzen 54,
der in das Loch 106 eingelegt ist, gehalten. Eine Fläche 120,
die am besten in 6 gezeigt wird, stützt die
Sondentür 52.
Der Türriegelbolzen 54 wird
dann in dem Hauptgehäuse 100 durch
einen Haltebolzen 56 gehalten, der in eine Durchgangsbohrung 108 getrieben
wird, die das Loch 106, wie in 6 und 8 dargestellt,
schneidet. Zum Entfernen der Sondentür wird der Haltebolzen 56 mit
standardmäßigen Werkzeugen,
die einen Hammer und Stanzer umfassen, einfach entfernt. Der Türriegelbolzen 54 ist
dann frei, um durch Anheben der Sondentür 52 in einer Winkelbewegung,
die sich um ihren Zapfen 58 dreht, bis die Sondentür und der
Riegelbolzen den Sondenhohlraum freilegen, entfernt zu werden.
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Die
Sonde 60 passt in den Hohlraum 102. Der Hohlraum 102 wird
durch eine Tiefe 112, wie in 6 dargestellt,
und eine Breite 110, wie in 7B dargestellt,
festgelegt. Die Sonde 60 wird durch Befestigungsblöcke 64A & 64B,
einer an jedem Ende, gehalten. Wie in 9 dargestellt
umfassen die Befestigungsblöcke 64A und 64B einen
Hohlraum 65 mit einem Innendurchmesser, der relativ zu
dem Außendurchmesser
der Sonde 60 ausgewählt
ist, um die Sonde 60 zu positionieren und zu halten. Der Hohlraum 65 kann
eine Nut umfassen, die hergestellt ist, einen O-Ring 151 aufzunehmen,
um die Sonde 60 zu halten und zu zentrieren.
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Die
Befestigungsblöcke 64A und 64B werden
innerhalb des Hohlraums 102 gehalten. Der Hohlraum 102 ist
durch das Hauptgehäuse 100 und die
Sondentür 52 festgelegt.
Die Blöcke 64A und 64B sind
derart aufgebaut, dass ihre Breite 111 leicht geringer
ist als die Hohlraumbreite 110. In dieser dargestellten
Ausführungsform
weist die Sondentür 52 einen
Schlitz mit der Tiefe 154, wie in 10 dargestellt
auf, der mit dem Hohlraum 102 zusammenarbeitet, um die
Blöcke 64A und 64B zu
halten. Die Höhe 113 der
Blöcke 64A und 64B ist
jeweils leicht geringer als die Summe der Hohlraumtiefe 112 und der
Schlitzhöhe 154.
Auf diese Art und Weise sind die Blöcke derart befestigt, dass
sie frei sind, sich zu bewegen, insbesondere in Längsrichtung
relativ zu dem Sondengehäuse 100 und
der Sondentür 52 zu
gleiten, jedoch sicher gehalten werden, wenn die Sondentür 52 angebracht
ist.
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Die
Befestigungsblöcke 64A und 64B sind aus
einem beliebigen Material geschalten, das die richtige Halterung
der Sonde 60 unterstützt.
Das bevorzugte Material ist eine Art Kunststoff, so dass der Hohlraum 65 eine
Größe aufweisen
kann, um die Sonde 60 relativ fest einzupassen, ohne Beschädigung an
der Sonde 60 zu verursachen. Es können verschiedene Anordnungen
der Befestigungsblöcke 64A und 64B zur
Verfügung
gestellt werden, von denen jeder einen Hohlraum 65 aufweist,
der für
eine spezielle Sondenart spezifisch ist, jedoch mit denselben äußeren Abmessungen
(das heißt
Breite 111 und Höhe 113).
Auf diese Art und Weise bleibt das Hauptgehäuse 100 unverändert, während die
Baugruppe in der Lage ist, Sonden 60 mit unterschiedlichem Durchmesser
und/oder unterschiedlichem Aufbau aufzunehmen.
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Die
Unterfläche 114 des
Hohlraums 102 und die Unterfläche der Sondentür 52 halten
die Befestigungsblöcke 64A und 64B entlang
der Radialachse. Sie werden entlang der Achse senkrecht zu der Radialachse
und der Längsachse
durch die Seitenflächen 118 des
Hohlraums 102 gehalten.
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Entlang
der Längsachse
werden die Befestigungsblöcke 64A und 64B durch
axiale Vibrationsisolatoren 66 gehalten, die durch Endflächen 120 gehalten
werden, die auf Grund der eingebauten Aussparungen bei der Blockmontage
wirksam sind. Die Baugruppe ist in 10 dargestellt.
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Die
axialen Vibrationsisolatoren 66 können aus unterschiedlichen
Materialien aufgebaut sein, die nach den dynamischen Komprimierungseigenschaften
ausgewählt
sind, um zur Reduzierung der durch die Sonde 60 übertragenen
Vibrationsladung beizutragen. Das ist bei Anwendungen hilfreich,
die einen Schlaghammer einschließen, wobei der Schlaghammer überwiegend
Vibrationen in Längsrichtung
erzeugt. Isolation in den zwei anderen Achsen kann durch Aufbauen
der Befestigungsblöcke 64A und 64B aus
Material mit geeigneten Komprimierungseigenschaften oder Umsetzen
nicht axialer Vibrationsisolatoren zwischen den Befestigungsblöcken 64A und 64B und
den Flächen 118 und 114 bereitgestellt werden.
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Eine
mögliche
Ausführungsform
solcher Isolatoren ist in 9 und 10 dargestellt.
Externe O-Ringe 152 sind aufgebaut, in Nuten zu passen,
die an den äußeren Flächen der
Blöcke 64A und 64B eingearbeitet
sind. Passende Aussparungen zwischen den Blockabmessungen 111 und 113 und
den Hohlraumabmessungen 110 und (112 + 154)
müssen bestimmt
werden, damit die Vibrationsisolation wirksam ist.
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Zusätzlich dazu,
dass sie entlang der Längsachse
gehalten wird, ist die Längsachse
der Sonde 60 Idealerweise zu der Längsachse der Sondengehäusebaugruppe 50 ausgerichtet.
Das ist in bestimmten Anwendungen nützlich, die eine präzise Steuerung
des Grades der Bohrung erfordern, wie beispielsweise die Installation
von Trennkanalisationen. Üblicherweise
weisen herkömmliche
Sonden Neigungssensoren auf, die die Neigung der Längsachse
messen können,
wenn das Sondengehäuse zum
Beispiel waagerecht ist, dann ist die gemessene Neigung null. Es
gibt jedoch inhärente
Herstellungstoleranzen und Aufschichtungsprobleme der Befestigungskomponente,
die einen Winkelstellungsfehler herbeiführen können. Somit ist es wünschenswert, den
Prozess des Bohrens mit Sonden zu verbessern, indem eine mechanische
Einstellung bereitgestellt wird, die zur Kompensation für den der
Sonde inhärenten
Fehler verwendet werden kann. Außerdem sind Sondengehäuse im Allgemeinen
aufgebaut, die Längsachse
der Sonde annähernd
mit der Längsachse
des Sondengehäuses
auszurichten. Doch die Präzision
der Ausrichtung der Sondenbefestigung in dem Sondengehäuse kann
auch ungewollte Ausrichtungsfehler herbeiführen. Zum Korrigieren solcher Fehler
kann eine Einstellbaugruppe 171, wie in 12 gezeigt,
eingesetzt werden, um die Ausrichtung zu korrigieren.
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Beim
Einsatz einer Einstellbaugruppe 171 wird der Block 64B durch
die in 12 gezeigte Baugruppe 171 ersetzt.
Die Einstellbaugruppe weist eine Einstellschraube 170 auf,
die die Mittellinie einer Haltekappe 174 in einer ersten
Richtung relativ zu einer äußeren Fläche 178 einer
unteren Basis 176 bewegen kann. Die Einstellschraube 170 fädelt sich
in die obere Basis 184 ein und sitzt derart gegen die obere Fläche 186 der
unteren Basis 176, dass sich die obere Basis 184,
wenn die Schraube 170 in die obere Basis 184 geschraubt
wird, von der unteren Basis 176 weg bewegt. Die Haltekappe 174 rastet
in die obere Basis 184 ein und wird somit bewegt. Schrauben 182 werden
verwendet, um die obere Basis 184 an der unteren Basis 176 festzustellen,
sobald die richtige Einstellung erreicht ist. Die untere Basis 176 sitzt
in dem Hohlraum 102 und wird durch die Fläche 114 gehalten.
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Beim
Zusammenbau der Komponenten ist die Sonde an einem Ende in dem Halteblock 64 und an
dem anderen in der Einstellbaugruppe 171 (zum Beispiel
einem Hohlraum mit ähnlicher
Größe innerhalb
der Haltekappe 174 (nicht dargestellt) wie die des Halteblockhohlraums 65)
positioniert. Diese Baugruppe wird dann in den Hohlraum 102 eingeführt, wo
sie die Sonde hält.
Die Sondengehäusebaugruppe
ist bei einer bekannten Neigung positioniert, normalerweise waagerecht.
Die Ablesung von der Sonde wird geprüft. Die Schrauben 182 und 170 können dann
verstellt werden, bis die Ablesung der Sondenneigung korrekt ist.
Wenn sie korrekt ist, wird ein Isolierblock 180 auf den
Schrauben 182 und der oberen Basis 184 angebracht.
Wenn die Sondentür 52 angebracht
ist, ist diese Baugruppe leicht komprimiert, um sicherzustellen,
dass die untere Basis 176 richtig gegen die Fläche 114 des
Sondengehäuses 100 positioniert
bleibt.
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Schrauben 172 sind
außerdem
bereitgestellt, um die Haltekappe 174 in Bezug auf die
obere Basis 184 zu positionieren, um Einstellung in der
anderen Ebene bereitzustellen.
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Bezug
nehmend auf 10 und 13 bestimmen
ein zylindrischer Stopfen 62, ein Ausrichtungszapfen 68 und
eine Schraube 70 die Rotationsausrichtung der Sonde innerhalb
der Baugruppe. Die Befestigungsblöcke 64A und 64B sind
im Querschnitt rechteckig und passen in den Hohlraum 102, der
gleichfalls einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Somit sind
die Befestigungsblöcke 64A und 64B relativ
zu dem Hauptgehäuse 100 fixiert.
Der Stopfen 62 ist zylindrisch und passt in den zylindrischen
Hohlraum 65 in dem Befestigungsblock 64A. Die
Sonde 60, normalerweise zylindrisch, passt ebenfalls in
den zylindrischen Hohlraum 65 des Befestigungsblocks 64A.
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In
einer Ausführungsform
weist die Sonde 60, wie in 11 gezeigt,
einen Schlitz 61 auf, der die Festlegung ihrer Rotationsausrichtung
unterstützt.
Nach dem Anbringen des Stopfens 62, der Befestigungsblöcke 64A & 64B,
des Ausrichtungszapfens 68, der Sonde 60 und der
Isolatoren 66 in dem Hohlraum 102 kann die Sonde 60 in
dem Hohlraum 65 der Befestigungsblöcke 64A und 64B rotiert
werden. Wenn die Sonde 60 rotiert wird, rotiert der Stopfen 62 ebenfalls
relativ zu den Befestigungsblöcken 64A und 64B.
Sobald die Sonde 60 in der richtigen Rotationsausrichtung
positioniert ist, wird eine Schraube 70 durch den Befestigungsblock 64A und in
den Stopfen 62 angebracht, wodurch der Stopfen in Position
festgestellt wird und wodurch die Rotationsausrichtung der Sonde 60 relativ
zu den Befestigungsblöcken 64A und 64B und
letztendlich relativ zu dem Hauptgehäuse 100 festgelegt
wird. Diese Ausführungsform
erfordert die Bereitstellung einer einfachen Durchgangsbohrung in
dem Befestigungsblock 64A, durch die die Schraube hindurch
geht. In einer alternativen Ausführungsform,
die nicht dargestellt ist, könnte
der Befestigungsblock 64A eine Gewindebohrung aufweisen.
Ein Gewindestift könnte diese
Gewinde verbinden und dann einfach den Stopfen kontaktieren, ohne
sich in den Stopfen zu erstrecken, um den Stopfen in Position festzustellen.
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Noch
eine weitere alternative Ausführungsform,
die eine Sonde rotationsausrichtet, ist in 14 dargestellt.
In dieser Ausführungsform umfasst
die Sondentür 52 eine
Rippe 158, die sich nach unten erstreckt, um in einem Zahnrad 156 einzurasten.
Das Zahnrad 156 ist an der Sonde 60 gesichert.
In diesem Aufbau wird die Rotationsausrichtung der Sonde 60 nach
dem Anbringen der Sondentür
eingestellt oder festgestellt. Zusätzliche Ausführungsformen
sind in 15A–B, 16A–B und 17A–B
dargestellt, wobei die Rippe Folgendes in Eingriff nimmt: den Stopfen 62,
wie in 15A–B gezeigt; einen O-Ring 153,
der in Kontakt mit der Sonde 60 ist, wie in 16A–B
gezeigt; oder einen O-Ring 155, der an dem Stopfen 62 angebracht
ist, wie in 17A–B gezeigt. In all diesen Ausführungsformen
schränkt
die Rippe die Rotation der Sonde immer dann ein, wenn die Tür 52 angebracht
ist.
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Die
Rotationsausrichtung der Sonde muss letztendlich relativ zu einem
Richtungssteuerelement eines Bohrkopfes festgelegt werden. Bei dem
Bohrprozess in horizontaler Richtung ist die Fähigkeit der Richtungssteuerung
der Bohrung ein Ergebnis einiger physikalischer Eigenschaften des
Bohrmeißels oder
einiger anderer physikalischer Eigenschaften des Bohrkopfes. Es
sind verschiedene Ausführungen verfügbar, die
Richtungssteuerung bereitstellen, wobei jede ihre eigenen Vorteile
in Verbindung mit unterschiedlichen Böden oder Einrichtungen aufweist.
Die Bediener wissen normalerweise, wie die Einrichtungen im Boden
steuern, und sind somit in der Lage, den zusammengebauten Bohrkopf
in einer Rotationsposition zu positionieren, um in eine bestimmte Richtung
zu steuern. Von einem Bediener wird beispielsweise erwartet, dass
er in der Lage ist, einen Bohrkopf zusammenzubauen und den Bohrkopf
derart in eine Rotationsposition zu rollen, dass der Bohrkopf nach
oben steuert. Das ist normalerweise als Steuern bei 12:00 bekannt.
Gleichfalls wird von dem Bediener erwartet, dass er in der Lage
ist, den Bohrkopf in der Rotationsposition zu positionieren, um nach
rechts, 03:00, nach unten, 06:00, oder nach links, 09:00, zu steuern.
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Das
Verfahren des Einstellens der Rotationsausrichtung einer Sonde in
einem Bohrkopf gemäß den Grundsätzen dieser
Offenlegung ist folgendermaßen:
- 1) der Bediener baut den Bohrkopf vollständig zusammen,
einschließlich
dem Bohrmeißel,
außer dem
Anbringen der Sondentür 52;
- 2) der Bediener positioniert den Bohrkopf in einer gewünschten
Rotationsposition (das heißt:
12 Uhr);
- 3) der Bediener prüft
die Ausgabe von der Sonde 60 über den Empfänger/Dekodierer
des Sondensignals und passt dann die Rotationsausrichtung der Sonde 60 an,
indem er sie in dem Hohlraum 102 rotiert, bis sie die korrekte
Ausrichtung liest, dadurch bestimmt, wie der Bohrkopf zuvor positioniert
war; und
- 4) der Bediener bringt dann die Schraube 70 durch den
Befestigungsblock 64a und in den zylindrischen Stopfen 62 an,
um die Baugruppe in Position festzustellen, oder bringt einfach
die Sondentür
mit einer der Ausführungsformen,
die in 14, 15, 16 und 17 dargestellt
sind, an.
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Ein
Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass dieses Verfahren eine
unendlich akkurate Rotationsausrichtung der Sonde zu dem Sondengehäuse erlaubt
und es dem Bediener erlaubt, die Position der Sonde in dem Hohlraum
anzupassen. Ein anderer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin,
dass dieses Verfahren dem Sondengehäuse erlaubt, auf jede Bohrkopfbaugruppe
anpassbar zu sein. In vielen Fällen
wird das Richtungssteuerelement des Bohrkopfes relativ zu der Sondengehäusebaugruppe
durch die Rotationsausrichtung des vorderen Adapter-Sub 20 festgelegt,
der sich in der Sondengehäusebaugruppe 50 befindet;
diese Verbindung wird selten angepasst. In solchen Fällen können der
Befestigungsblock 64A, der Stopfen 62 und die
Schraube 70 zusammengebaut bleiben, wenn Bohrmeißel oder
Sonden ausgewechselt werden. Somit ist der Prozess des Ausrichtens
der Sonde nicht jedes Mal nötig, wenn
an dem Bohrkopf gearbeitet wird. Es wird erwartet, dass die Bohrköpfe, wenn
sie einmal zusammengebaut sind, normalerweise für eine bestimmte Art der Einrichtung
bestimmt sind und Anpassungen nicht häufig vorgenommen werden. Es
ist somit vorteilhaft, dass eine Sonde leicht auf jede bekannte Bohrkopfeinrichtung
angepasst werden kann.
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Neben
den Unterschieden der physikalischen Eigenschaften des Bohrkopfes
und den physikalischen Unterschieden der Sonden gibt es zwei grundlegende
Sondenarten: eine batteriebetriebene Sonde und eine durch eine Kabelleitung
betriebene Sonde. 13 stellt die Sondenbefestigung der
vorliegenden Offenlegung dar, die für die Verwendung mit einer
Kabelleitungssonde angepasst ist.
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In 13 ist
die Kabelleitung durch den Bohrstrang von der Bodenfläche zu dem
Bohrkopf auf beliebige bekannte Art und Weise gewunden. Gegenwärtige Bohrkopfanordnungen
stellen einen Kabelführungsweg
bereit, der der Kabelleitung die Verbindung mit einer Sonde erlaubt.
Diese Führung
umfasst normalerweise einen Zugentlastungsstopfen 74, eine
Zugentlastung 76 und eine Gewindebohrung 150,
wie in 13 dargestellt. Die Gewindebohrung 150 erstreckt
sich von einem Ende des Hauptgehäuses 100 in
den Hohlraum 102. Wenn eine batteriebetriebene Sonde verwendet
wird, besteht kein Bedarf, dass sich etwas durch dieses Loch erstreckt,
daher wird ein Stopfen 72 (in 4 gezeigt)
angebracht. Wird jedoch eine Kabelleitungssonde verwendet, wird
dieser Stopfen 72 entfernt und ein ähnlicher Stopfen (das heißt der Zugentlastungsstopfen 74) wird
angebracht.
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Der
Zugentlastungsstopfen 74 weist einen Hohlraum auf, der
ausreichend groß zum
Anbringen einer Zugentlastung 76 ist. Die Zugentlastung 76 ist zylindrisch
und weist eine Durchgangsbohrung auf, die an der Achse der äußeren zylindrischen
Fläche der
Zugentlastung ausgerichtet ist. Die Durchgangsbohrung weist eine
Größe auf,
um dicht über
den Außendurchmesser
eines Kabels 25 zu passen, das sich aus der Kabelleitungssonde
erstreckt. Das Kabel 25 von der Kabelleitungssonde wird
durch ein Loch 160 in 64a oder 64b, dann
durch ein Loch 162 in dem Isolator 60, dann durch
einen Schlitz 164 in dem Hauptgehäuse 100 geführt. (Der
Schlitz 164 wird ebenfalls in 7B gezeigt.)
Das Kabel 25 wird von dem Schlitz 164 durch ein
Gewindeloch 150 geführt.
Die Zugentlastung 76 wird dann über das Kabel und in die Lücke in dem
Zugentlastungsstopfen 74 geschoben.
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Wenn
diese Komponenten zusammengebaut sind, wird der Zugentlastungsstopfen 74 in
dem Gewindeloch 150 zusammengebaut und festgezogen. Das
Gewindeloch 150 weist einen größeren Gewindeabschnitt und
einen kleineren Durchgangsbohrungsabschnitt derart auf, dass die
Zugentlastung 76 durch den Gewindedurchmesser eingeführt werden kann,
jedoch nicht durch den kleineren Durchgangsbohrungsabschnitt gehen
kann. Wenn der Zugentlastungsstopfen 74 festgezogen wird,
wird die Zugentlastung 76 somit komprimiert, wodurch die
Bewegung des Kabels 25 eingeschränkt und die Kabelleitung abgedichtet
wird, um die Übertragung
von Flüssigkeit
in den Hohlraum 102 zu verhindern. Auf diese Art und Weise
ist die Sondengehäusebaugruppe
anpassbar, um die Verwendung von Kabelleitungssonden oder batteriebetriebenen
Sonden zu erlauben.
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Ein
anderes Element, durch das das Sondengehäuse anpassbar wird, ist die
Verwendung einer Gewindeverbindung an jedem Ende des Hauptgehäuses 100.
Wieder Bezug nehmend auf 6 wird das Hauptgehäuse 100 als
einteilige Ausführung gezeigt,
die drei Abschnitte aufweist. Die drei Abschnitte können an
jedem Ende standardmäßige API-(American Petroleum
Institute) Gewinde aufweisen. Die drei Abschnitte des Hauptgehäuses 100 umfassen:
einen Mittelabschnitt 130, einen Kopfendenabschnitt 132 und
einen Fußendenabschnitt 134. 7A stellt
dar, wie diese drei Abschnitte zusammenpassen.
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Die
Gewindeabschnitte des Kopfendenabschnitts und des Fußendenabschnitts 132 und 134 der
dargestellten Ausführungsform
sind weibliche Gewindeverbindungen. Es ist vorgesehen, dass die Gewindeverbindungen
der Kopf- und Fußendenabschnitte
auch männliche
Gewindeverbindungen aufweisen können.
Im Allgemeinen weist die Gewindeverbindung vorzugsweise eine standardmäßige konische
API-Gewindeverbindung
auf, die einen Außendurchmesser
und einen Kerndurchmesser aufweist.
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Der
Kopfendenabschnitt 132 weist einen Vorsprung 140 der
Länge 141 auf.
Der Mittelabschnitt 130 weist einen zylindrischen Hohlraum 142 der
Tiefe 143 auf. Die Hohlraumtiefe 143 ist tiefer
als die Vorsprunglänge 141,
was, wie in 6 gezeigt, zu einer Lücke 136 führt. Diese
Lücke wird
als Teil des Flüssigkeitsflussweges
eingesetzt. Der Fußendenabschnitt 134 weist ähnliche
Merkmale auf, einschließlich
einem Vorsprung 140' der
Länge 141' und einem Mittelabschnitt,
der einen Hohlraum 142 der Tiefe 143 aufweist.
Es ist nicht notwendig, dass der Vorsprung 140 eine paarige
Einrichtung in Bezug auf den zylindrischen Hohlraum 142 aufweist.
Ein Abschnitt der Vorsprungs 140 kann eingesetzt werden, um
die richtige Ausrichtung der Komponenten zu unterstützen, und
ist optional. Ein wichtiger Aspekt dieses Aufbaus ist die sich ergebende
Lücke 136,
die durch den Hohlraum 142 in dem Mittelabschnitt 130 erzeugt
wird, die als Teil des Flüssigkeitsflussweges eingesetzt
wird.
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Der
komplette Flussigkeitsflussweg durch das Hauptgehäuse 100 in 6,
betrachtet von links nach rechts, beginnt durch den Kopfendenabschnitt 132,
der Flüssigkeit
von dem Bohrstrang 10 annimmt, geliefert durch den hinteren
Adapter-Sub 18, wie in 2 gezeigt.
Die Flüssigkeit
wird in die Lücke 136 übertragen
und dann in die gebohrten Löcher 138. Beim
Austreten aus den gebohrten Löchern 138 trifft die
Flüssigkeit
auf die andere Lücke 136 und
wird durch den Fußendenabschnitt 134 geleitet.
Mit diesem Aufbau wird der Ort der gebohrten Löcher 138 in dem Mittelabschnitt 130 nicht
durch die Abmessungen der Gewindeverbindungen entweder des Kopfendenabschnitts 132 oder
des Fußendenabschnitts 134 beeinflusst.
Beide Abschnitte sind in 6 und 7 mit
weiblichen Gewinden dargestellt, doch es gibt keine Beschränkung auf
die ausgewählte
Konfiguration. Die Gewinde könnten
jede Größe aufweisen, weiblich
oder männlich
sein.
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Die
Vorteile des Flüssigkeitsflusses
dieser Anordnung bestehen in der Größe der gebohrten Löcher 138 und
dem Flüssigkeitsübergang,
der erforderlich ist, damit die Flüssigkeit in diese Löcher übergeht.
Die Lücke 136 stellt
der Flüssigkeit
einen sanften Übergang
im Gegensatz zu 90 Grad-Biegungen bereit, die in herkömmlichen
Anordnungen zu finden sind. Der sanfte Übergang, der durch die Lücken bereitgestellt
wird, verringert somit die Einschränkungen des Flüssigkeitsflusses.
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Zusätzlich kann
die Größe der gebohrten
Löcher 138 leicht
und effizient optimiert werden, da die Orte der Löcher nicht
von den physikalischen Eigenschaften der Gewindeverbindungen beeinflusst
werden. Somit erlaubt diese Konfiguration dem Mittelabschnitt einen
Aufbau zum Maximieren seiner Stärke, während gleichzeitig
der bereitgestellte Flüssigkeitsflussweg
maximiert wird.
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Das
vollständige
Hauptgehäuse 100 wird
somit durch Herstellen eines Kopfendenabschnittes 132,
eines Fußendenabschnittes 134 und
eines Mittelabschnittes 130 aufgebaut. Der Mittelabschnitt
ist aufgebaut, einen Hohlraum 102 zum Befestigen einer
Sonde bereitzustellen, während
er gleichzeitig Flüssigkeitsdurchgänge über gebohrte
Löcher 138 und Hohlräume 142 bereitstellt.
Die Endabschnitte 132 und 134 sind mit Gewindeverbindungen
aufgebaut und vorzugsweise durch Schweißen mit dem Mittelabschnitt 130 verbunden.
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Ein
Verfahren der Herstellung des Hauptgehäuses umfasst das Folgende:
- 1) Fertigen von Löchern 138 in dem Gehäuseabschnitt 130;
- 2) Fertigen von Taschen 142 in beiden Enden des Gehäuseabschnittes 130;
- 3) Fertigen von Endstücken 134 und 132 außer der
Gewindeverbindung;
- 4) Stehenlassen eines Überstands
an Außendurchmessern
der Teile 132, 134 und 130 zum Säubern der
Fertigung;
- 5) Schieben des Endes 140 des Teils 132 in
die Tasche 142 und Schieben des Endes 140 des
Teiles 134 in die gegenüberliegende
Tasche 142 des Teils 130;
- 6) Zusammenklemmen der drei Teile zum Halten der Ausrichtung;
- 7) Durchführen
von Schweißvorgang
in V-Naht zur Erzeugung eines Einpassungsortes der Teile 132, 130 und 134;
- 8) Wärmenachbehandlung;
- a) Zugentlastungsbaugruppe
- b) Durchhärten
der Baugruppe auf Rc 28–32' und
- 9) Wärmenachbehandlung,
Fertigen der folgenden geometrischen Merkmale:
- a) Gewindeenden
- b) Außendurchmesser
- c) Sondentasche und verwandte Geometrie
-
Ein
alternatives Verfahren der Herstellung eines Sondengehäuses ist
in 19A–19E dargestellt. Dieses Verfahren beginnt mit
einem einzelnen Teil eines Stabstahls, in das in Schritt 1 die Flüssigkeitsübergangslöcher gebohrt
werden, dargestellt in 19A.
Schritt 2, der in 19B gezeigt ist, umfasst das
Verstopfen dieser Flüssigkeitsübergangslöcher auf
eine Art und Weise, dass die Stopfen im Wesentlichen ganzheitlich
mit dem Stabstahlmaterial werden. Dieser Vorgang kann verschiedene
optionale Verfahren umfassen. Das dargestellte Verfahren besteht
aus dem Einfügen
von Stopfen, die größer sind
als die Löcher,
derart, dass sie durch Pressen in die Löcher eingepasst werden. Diese
Stopfen könnten
dann ferner durch Erhitzen der Stopfen fast bis zur Schmelztemperatur
gehalten werden, um sie effektiv mit dem Stabstahlmaterial zu verbinden.
Es könnten
viele andre Techniken praktiziert werden. Schritt 3, der in 19C gezeigt ist, umfasst das Fertigen von Gewinden
und Schritt 4, der in 19D gezeigt
ist, umfasst das Fertigen ringförmiger
zylindrischer Lücken
mit einem Außendurchmesser,
der den Innendurchmesser der Gewinde derart übersteigt, dass die ursprünglich gebohrten
Flüssigkeitsübergangslöcher mit
den ringförmigen
zylindrischen Lücken
strömungsverbunden
sind, die sich von den Gewinden nach außen erstrecken. Schritt 5,
der in 19E gezeigt ist, umfasst das
Fertigen des Sondenhohlraums.
-
Die
Ausführungsformen
der vorliegenden Offenlegung können
in vielfältigen
Anwendungen verwendet werden. So ist das Sondengehäuse zum
Beispiel aufgebaut, in mehreren Anwendungen des Bohrens eingesetzt
zu werden, einschließlich:
Geröllbohren,
Steinbohren, Installieren von Kanalisationsprodukten, Aufweiten,
Schlagbohren und anderen Bohranwendungen.