DE69304560T2

DE69304560T2 - Stabilisator für Bohrlochmotor

Info

Publication number: DE69304560T2
Application number: DE69304560T
Authority: DE
Inventors: Andrew Mcpherson Downie; Roy Powell
Original assignee: Neyrfor Weir Ltd
Current assignee: Neyrfor Weir Ltd
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1993-01-18
Publication date: 1997-04-17
Anticipated expiration: 2013-01-19
Also published as: NO930308D0; GB9202163D0; EP0554977B1; NO307004B1; US5513714A; NO930308L; EP0554977A1; DK0554977T3; DE69304560D1

Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen in oder bezüglich Stabilisierungsvorrichtungen für Bohrmotoren, insbesondere, aber nicht ausschließlich, für den Einsatz bei Untertagemotoren für den Betrieb in einem Bohrloch.
Untertagemotoren, bei denen es sich um Verdrängungsmotoren, Turbobohrmaschinen oder andere geeignete Motoranordnungen für den Betrieb in einem Bohrloch oder in anderen engen Durchgängen handeln kann, sind üblicherweise mit Stabilisatorvorrichtungen ausgerüstet, um den Motorkörper, die Welle und den Bohrmeißel in dem Bohrloch zu führen. Es ist verständlich, daß eine unstabilisierte Anordnung, die mit Betriebsgeschwindigkeiten arbeitet, ins Flattern geraten kann, wodurch eine Spiralbewegung entsteht, welche die Bohrgeschwindigkeit stark vermindern kann. Die Wirkung ist besonders schwerwiegend im Fall bestimmter Arten geologischer Formationen, in denen das Bohrloch erzeugt wird.
Die üblicherweise verwendeten Stabilisatoren weisen eine Reihe von Flügeln, die mit dem Motorkörper und üblicherweise dem Bohrmeißel selbst maschinell hergestellt wurden oder an diesen Teilen befestigt sind, auf. Die Lücken zwischen den Flügeln erlauben den Durchtritt von Bohrflüssigkeit zwischen dem Motor und dem Bohrbereich. Der Motorkörper trägt einen sogenannten Meißelkasten, ein Werkzeugmeißel-Befestigungsmittel, das einen austauschbaren Meißel mit der Motorwelle verbindet. Im zusammengetzten Zustand ist der Meißel an dem Kasten durch Verwendung von Zungen befestigt, welche den Kasten erfassen. Dies erfordert, daß der letztere eine ausreichende Länge aufweist, um ein geeignetes Erfassen zu ermöglichen.
Üblicherweise kann das Stabilisieren des Meißels durch Einsatz eines Meißels mit langem Kaliber erreicht werden. Dies ist aber normalerweise nicht bevorzugt. Es ist in stärkerem Umfang üblich, daß die Meißel mit Stabilisierungsflügeln ähnlich jenen am Motorkörper ausgerüstet sind. Selbst in diesem Fall erhöht das Einführen eines mit Flügeln versehenen Stabilisators an dem Meißel den Abstand, um den der Meißel über den Motormeißelkasten hinausragt, wodurch in dem Werkzeug schädliche Spannungen entstehen.
Darüber hinaus ist es beim Einsatz von Untertagemotoren übliche Praxis, das Fortschreiten des Bohrens auf einem Weg, der Abschnitte mit Richtungsänderungen umfaßt, durch den Einsatz der Technik "Orientieren und Rotieren" zu kontrollieren. Dies wird dadurch erreicht, daß der Motorkörper mit einem gewölbten oder schrägen Abschnitt versehen wird, so daß das Motorkörpergehäuse eine darin eingebaute Krümmung aufweist, oder um ein mit exzentrischen oder versetzten Stabilisatoren in Reihe liegendes Gehäuse bereitzustellen. Wenn es erforderlich ist, das Bohrloch in einer geraden Linie zu bilden, wird während des Betriebs der Bohrvorrichtung der Bohrstrang in Drehung versetzt. Um das Bohren mit einer Anderung der Richtung fortzusetzen, wird der Bohrstrang ausgerichtet und gegen Drehung verriegelt. Wenn das Bohren wieder begonnen wird, kann die gewünschte Richtungsänderung erreicht werden. Um den Motor derart zu "lenken", daß eine wirksame Richtungskontrolle erhalten wird, und um irgendeine Verminderung der Bohrgeschwindigkeit auf einem Minimum zu halten, ist es erwünscht, die Entfernung, um die der Meißel über den Meißelkasten hinaus vorsteht, so kurz wie möglich zu halten.
Es ist klar, daß hier ein Konflikt von Erfordernissen vorliegt, nämlich zwischen dem, was für die Verminderung des Flatterns oder der Spiralbewegung vorteilhaft ist, und dem, was für die Richtungskontrolle vorteilhaft ist.
Die Europäische Patentbeschreibung Nr. 0380893 beschreibt ein Zubehörteil für das Bohren mit gesteuertem Bahnverlauf, mit einem Untertagemotor, einem Bohrwerkzeug, einer Anzahl von Stabilisatoren und einem ferngesteuerten Winkelstückelement mit variablem Winkel. Der untere Stabilisator kann an der Motorwelle oder an dem Motorgehäuse vorgesehen sein. Das US-Patent Nr. 4040495 beschreibt eine Bohranordnung, bei der ein Bohrmeißelkasten mit einem Begrenzer für den Anderungsgrad vorgesehen ist, der den Grad der Richtungsänderung des Lochbohrens steuert, wöbei der Motorkörper mit einer Ablenktrommel ausgerüstet ist.
In einer Bohrmotoranordnung derart, wie sie für die Verwendung in einem Bohrloch eingerichtet ist, stellt die Erfindung eine Stabilisierungsvorrichtung mit einem rohrförmigen Motorkörperabschnitt, der zur Erreichung einer Lenkfähigkeit für eine Drehbewegung auf selektiver Basis ausgebildet ist, eine Motorwelle, die durch den rohrförmigen Motorkörperabschnitt hindurchführt, um über einen Untertageendabschnitt hiervon vorzustehen, an dem ein Stabilisierungsmittel vorgesehen ist, und ein Werkzeugmeißel-Befestigungsmittel an dem vorstehenden Endabschnitt der Motorwelle zur Verfügung, wobei an dem genannten Befestigungsmittel ein Stabilisatormittel befestigt ist, das beim Gebrauch mindestens im wesentlichen einem Werkzeugmeißel benachbart ist, der an dem Befestigungsmittel befestigt ist, und wobei die Konstruktion und Anordnung derart ausgebildet ist, daß die Entfernung zwischen Arbeitsflächen des Werkzeugmeißels und dem Stabilisator am Untertageendabschnitt des Motorkörpers auf ein Minimum gebracht ist.
Wenn beim Gebrauch der Werkzeugmeißel an dem Befestigungsmittel montiert ist, liegt eine derartige Konstruktion und Anordnung vor, daß der Abstand zwischen Arbeitsflächen des Werkzeugmeißels und dem Stabilisatormittel am Untertageendabschnitt des Motorkörpers auf ein Minimum gebracht ist.
Zweckmäßigerweise hat das Befestigungsmittel einen sich verjüngenden, innen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt, der nen Abschnitt eines Werkzeugmeißels aufzunehmen, der irgendeine gewünschte Länge haben kann und der gewünschtenfalls frei von Stabilisatorvorrichtungen sein kann.
Vorteilhafterweise kann das an dem Befestigungsmittel oder dem Meißelkasten befestigte Stabilisatormittel voneinander beabstandete Flügel aufweisen, die entlang dem Umfang des Meißelkastens eine teilweise schraubenförmige Ausbildung aufweisen können.
Gemäß einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Bohrmotoranordnung für den Einsatz in einem Bohrloch zur Verfügung, um das Fortschreiten der Anordnung in Längsrichtung innerhalb des Bohrlochs zu verbessern. Das Verfahren umfaßt das Befestigen eines Werkzeugmeißels an einem Befestigungsmittel, das an einem Untertageendabschnitt einer Motorwelle vorgesehen ist, die innerhalb eines röhrenförmigen Motorkörperabschnitts derart aufgenommen wird, daß das Befestigungsmittel unmittelbar über ein Stabilisatormittel vorragt, das an einem Untertageendabschnitt des Körperabschnitts vorgesehen ist. Um das Befestigungsmittel herum ist ein Stabilisatormittel in einer Position vorgesehen, die sich unmittelbar neben dem Stabilisatormittel am Motorkörperendabschnitt befindet, um den Abstand zwischen Arbeitsflächen des Werkzeugmeißels und dem Stabilisatormittel am Motorkörperendabschnitt auf ein Minimum einzustellen, wodurch jedes übermäßige Flattern des Meißels während seines Rotierens verhindert wird, was das Vorwärtsbewegen der Anordnung in Längsrichtung im Bohrloch beeinträchtigen würde.
Es werden nun zwei Beispiele des Stabilisatormittels gemäß der Erfindung beschrieben. Es ist klar, daß die Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zu lesen ist, nur beispielhaft und nicht im Sinne einer Beschränkung gegeben wird.
In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 ein Beispiel einer Anordnung nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines ersten Beispiels eines Stabilisatormittels und eines Bohrmotors gemäß der Erfindung;
Fig. 3 eine Teilansicht eines Abschnitts des in Fig. 2 gezeigten Beispiels; und
Fig. 4 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines zweiten Beispiels eines Stabilisatormittels und eines Bohrmotors gemäß der Erfindung.
Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung umfaßt einen Motorkörper 2 mit Stabilisatorvorrichtungen in Form eines oberen und eines unteren Satzes aus Stabilisierungsflügeln 4 bzw. 6. Die unteren Flügel 6 wirken als Führungsmittel für den Schneidvorgang. Innerhalb des Körpers 2 befindet sich eine Motorwelle 8, an deren unterem Ende ein Befestigungsmittel 10 vorgesehen ist, das der Einfachheit halber als Meißelkasten bezeichnet wird und innen einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt aufweist, der direkt einen außen mit einem Gewinde versehenen Zapfen eines Werkzeugmeißels 12 aufnehmen kann. Da es jedoch wünschenswert ist, an dieser Stelle ein Stabilisierungsmittel vorzusehen, wie oben erläutert wurde, ist es von Vorteil, in der Nähe des Meißels einen Stabilisatoreinsatz 14 einzurichten, der einen Satz aus stabilisierenden Flügeln 16 aufweist. Der Meißel 12, der an seinem Außenende einen Schneidabschitt 18 aufweist, wird dann in den Einsatz 14 eingesetzt. Der Abstand, um den der Schneidabschnitt 18 über den Meißelkasten 10 vorsteht, wird in Fig. 1 durch "a" dargestellt.
Fig. 2 und 3 zeigen ein erstes Beispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung. Ein Motorkörper 20 ist mit stabilisierenden Flügeln 22, 24 ähnlich den Flügelsätzen 4 und 6 von Fig. 1 ausgerüstet. An einem unteren Ende einer Motorwelle 26 des Motors ist ein Befestigungsmittel in Form eines Meißelkastens 28 vorgesehen (siehe Fig. 3). Der Kasten 28 ist von einem Satz vorspringender, in Umfangsrichtung angeordneter, teilweise schraubenförmiger Flügel 32 umgeben, wodurch ein an dem Meißelkasten 28 befestigtes Stabilisatormittel gebildet wird. Der Meißelkasten weist einen sich verjüngenden, innen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt 34 auf, in dem ein außen mit einem Gewinde versehener Abschnitt 36 eines Werkzeugmeißels 38 aufgenommen wird, der mit einem Schneidabschnitt 40 versehen ist. Somit ist klar, daß die Länge "b" des Meißels 38 durch Verkürzen um eine Entfernung "c" auf einem Minimum gehalten werden kann, im Vergleich zu jener des Meißels 12 der Fig. 1, und gemäß den Betriebsbedingungen gewählt werden kann. Somit ist es möglich, bezüglich der oben erwähnten Probleme der Spiralbewegung und der Richtungssteuerung eine optimale Situation zu erreichen.
Fig. 4 zeigt ein zweites Beispiel gemäß der Erfindung, bei dem ein Motorkörper 42 mit stabilisierenden Flügeln 44 versehen ist. Ein weiterer Satz aus Flügeln auf einem weiter oben liegenden Niveau kann vorgesehen sein. Die beiden Sätze entsprechen den Flügeln 22 und 24 in Fig. 2. Am unteren Ende einer Motorwelle 46 befindet sich ein außen mit einem Gewinde versehener, sich verjüngender Zapfen 48, der über den Körper 42 vorsteht. Ein Befestigungselement, das bei 50 angegeben ist, weist eine erste, innen mit einem Gewinde versehene, sich verjüngende Ausnehmung 52, in welcher der Zapfen 48 aufgenommen wird, und eine zweite, innen mit einem Gewinde versehene, sich verjüngende Ausnehmung 54 auf. Ein Werkzeugmeißel 56 ist mittels eines außen mit einem Gewinde versehenen, sich verjüngenden Zapfens 58, der in der Ausnehmung 54 aufgenommen wird, an dem Element 50 befestigt. Der Meißel ist mit einem Schneidabschnitt 60 versehen.
Verschiedene Modifizierungen können innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert ist, vorgenommen werden.

Claims

1. Stabilisierungsvorrichtung in einer Bohrmotoranordnung der Art, wie sie zur Verwendung in einem Bohrloch ausgebildet ist, mit einem röhrenförmigen Motorkörperabschnitt (20), der für eine Rotationsbewegung auf einer selektiven Basis zur Bereitstellung einer Lenkfähigkeit eingerichtet ist, einer Motorwelle (26), die durch den genannten röhrenförmigen Motorkörperabschnitt (20) hindurchführt und über einen Untertageendabschnitt hiervon vorragt, an dem ein Stabilisierungsmittel (24) vorgesehen ist, und einem Werkzeugmeißel-Befestigungsmittel (28), das an dem vorragenden Endabschnitt der Motorwelle (26) vorgesehen ist, wobei an diesem Befestigungsmittel ein Stabilisatormittel (32) derart montiert ist, daß es sich beim Betrieb mindestens im wesentlichen neben einem Werkzeugmeißel (38), der an dem Befestigungsmittel (28) befestigt ist, befindet, und wobei die Konstruktion und die Anordnung derart ausgeführt sind, daß der Abstand zwischen den Arbeitsflächen (40) des Werkzeugmeißels (38) und dem Stabilisator (24) an dem Untertageendabschnitt des Motorkörpers auf ein Minimum gebracht ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Befestigungsmittel einen Zylinderkörperabschnitt aufweist, von dem das Stabilisatormittel (32) in Form von Flügeln vorsteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, worin die Flügel des Stabilisierungsmittels (32) in Umfangsrichtung des Befestigungsmittels (28) voneinander beabstandet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, worin die Flügel (32) eine teilweise schraubenförmige Anordnung haben.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das Befestigungsmittel (28) einen sich verjüngenden, innen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt (34) aufweist, der dazu ausgebildet ist, einen außen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt eines Werkzeugmeißels (38) aufzunehmen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, worin das Befestigungsmittel (28) mit dem Endabschnitt der Motorwelle einstückig ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, worin das Befestigungsmittel (28) durch ein mit einem Schraubengewinde versehenes Eingriffsmittel an dem Endabschnitt (24) der Motorwelle befestigt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, worin der Endabschnitt der Motorwelle mit einem außen mit einem Gewinde versehenen Stiftabschnitt (48) und das Befestigungsmittel mit einer innen mit einem Gewinde versehenen Aussparung (52) zur Aufnahme des genannten Stiftabschnitts ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche in Kombination mit einem Werkzeugmeißel (38), worin der Werkzeugmeißel mit einem Stabilisierungsmittel versehen ist, das für ein Zusammenwirken mit der Wirkung des Stabilisatormittels des Endabschnitts der Motorwelle ausgebildet ist.

10. Verfahren zum Betreiben einer Bohrmotoranordnung für den Einsatz in einem Bohrloch, um das Fortschreiten der Anordnung in Längsrichtung innerhalb des Bohrlochs zu verbessern, wobei ein Werkzeugmeißel (38) an einem Befestigungsmittel (28) befestigt wird, das an einem Untertageendabschnitt einer Motorwelle (26) vorgesehen ist, wobei die genannte Welle innerhalb eines röhrenförmigen Motorkörperabschnitts (20) derart aufgenommen wird, daß das Befestigungsmittel (28) unmittelbar über ein Stabilisatormittel (24) vorragt, das an einem Untertageendabschnitt des Körperabschnitts (20) vorgesehen ist, und um das Befestigungsmittel (28) herum ein Stabilisatormittel (32) in einer Position vorgesehen ist, die sich unmittelbar neben dem Stabilisatormittel (24) am Motorkörperendabschnitt befindet, um den Abstand zwischen den Arbeitsflächen (40) des Werkzeugmeißels (38) und dem Stabilisatormittel (24) am Motorkörperendabschnitt auf ein Minimum einzustellen, wodurch jedes übermäßige Flattern des Meißels (38) während seines Rotierens verhindert wird, was das Vorwärtsbewegen der Anordnung in Längsrichtung im Bohrloch beeinträchtigen würde.