DE69625988T2

DE69625988T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Richtbohren

Info

Publication number: DE69625988T2
Application number: DE69625988T
Authority: DE
Inventors: Neil A.A.S. Portlethen Simpson
Original assignee: Japan National Oil Corp
Current assignee: Japan Oil Gas And Metals National Corp Kawasaki
Priority date: 1995-11-22
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2016-11-21
Also published as: EP0775802A2; GB9523901D0; JP3240120B2; GB2307537A; DE69625988D1; EP0775802A3; US6059661A; GB9624103D0; CA2190798C; NO964917L; CA2190798A1; EP0775802B1; GB2307537B; JPH09217576A; NO313339B1; NO964917D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Wellenausrichtung und insbesondere, aber nicht ausschließlich, die Ausrichtung des Untertageendes eines Bohrgestänges zum Richtbohren eines Bohrlochs in geologischen Formationen.
Derzeit wird ein Großteil des Richtbohrens in kleineren Lochgrößen, das heißt 8,5 Zoll oder kleiner (216 mm oder kleiner), ausgeführt. In den letzten Jahren hat ein großes Interesse an Kostensenkung und erhöhter Produktivität von Randgebieten zu einem größeren Bedarf an Bohren von Bohrlöchern mit starker Neigung und horizontalen Bohrlöchern geführt. Darüber hinaus erzeugt die Erkenntnis, dass Formationsbeschädigung eine größere Auswirkung auf Produktivität hatte als zuvor angenommen, ein schnell wachsendes Interesse an Bohren mit Wickelrohren, so dass Bohren mit Wickelrohren jetzt Bohren mit kleinerem Bohrlochdurchmesser bezüglich Wiedereintrittsbohrlocharbeit überholt hat.
Richtungssteuerung beim Bohren ist erforderlich, kann aber schwierig sein, insbesondere bei kleineren Bohrlochgrößen. Richtungssteuertechniken, die für größere Lochgrößen zur Verfügung stehen, bei denen das Gestänge nominell starr ist und ein großes Drehmoment zusammen mit großen Längskräften übertragen kann, stehen zur Verwendung in Wickelrohrsystemen mit relativ kleinem Durchmesser, bei denen die Futterrohre flexibel sind und keinen großen Kräften standhalten können, nicht zur Verfügung.
Die EP-A-0, 212, 316 (= US-A-4, 694, 914) offenbart ein Bohrgestänge, das eine Biegevorrichtung enthält, die so eingestellt werden kann, dass sie entweder ein gerades Gestänge oder ein Gestänge mit einer Winkelabweichung fester Größe ergibt Dieser Vorschlag nach dem Stand der Technik erfordert die Verwendung eines Bohrlochmotors zum Antrieb des Meißels und erfordert des Weiteren, dass das Bohrgestänge von der Oberfläche mit geringer Geschwindigkeit drehangetrieben wird. Drehung des Bohrgestänges in einer Richtung erzeugt die gerade Konfiguration, während die entgegengesetzte Richtung die gekrümmte Konfiguration erzeugt. Es besteht keine Möglichkeit einer kontrollierten Wahl eines Zwischenwinkels.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wellenausrichtungssystem, bestehend aus einem ersten Wellenstützmittel mit einer ersten Längsachse und einem zweiten Wellenstützmittel mit einer zweiten Längsachse, einem Lagermittel, das drehbar das erste Wellenstützmittel mit dem zweiten Wellenstützmittel koppelt, wobei das Lagermittel eine Lagerdrehachse aufweist, wobei das Lagermittel in Bezug auf das erste und zweite Wellenstützmittel so arrangiert ist, dass die Lagerdrehachse in Bezug auf die erste Längsachse in einem ersten Winkel, ungleich null, und in Bezug auf die zweite Längsachse in einem zweiten Winkel, ungleich null, ausgerichtet ist, wodurch die relative Drehung des ersten und zweiten Wellenstützmittels um ihre jeweiligen Längsachsen die relative Winkelausrichtung der ersten und zweiten Längsachse verändert.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel der relativen Drehung wechselseitig mit dem ersten und zweiten Wellenstützmittel gekoppelt ist, um einen erwünschten Grad an relativer Drehung des ersten und zweiten Wellenstützmittels auf gesteuerte Weise zu bewirken, um einen entsprechenden erwünschten Grad an Veränderung der relativen Winkelausrichtung der ersten und zweiten Längsachse zu bewirken.
Das Wellenausrichtungssystem bildet vorzugsweise einen Teil einer ausrichtbaren Wellenanordnung. In besonders bevorzugten Formen der Erfindung wird die Wellenanordnung in einer Richtbohrausrichtungsanordnung zur steuerbaren Ausrichtung des Untertageendes eines Bohrgestänges zur Ermöglichung von Richtbohren eines Bohrlochs verwendet.
Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung ein Richtbohrverfahren bereit, bei dem eine Richtbohrausrichtungsanordnung nach der obigen Definition eingesetzt wird.
Weitere bevorzugte Merkmale der Erfindung werden in den Ansprüchen definiert.
Es werden nunmehr Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigen darin:
1A einen Längsschnitt einer vereinfachten Ausführungsform einer ausrichtbaren Wellenanordnung, die die Grundzüge der Erfindung dargestellt und in einem „ungekrümmten" Zustand konfiguriert ist;
1B einen Aufriss der vereinfachten Ausführungsform nach 1A, die zu einem „gekrümmten" Zustand rekonfiguriert ist;
2A einen Längsschnitt einer bevorzugten Ausführungsform einer ausrichtbaren Wellenanordnung, die in einem „ungekrümmten" Zustand konfiguriert ist;
2B, die 2A entspricht, hingegen die bevorzugte Ausführungsform, die zu einem „gekrümmten" Zustand rekonfiguriert ist;
2C eine Teilansicht von Teilen der bevorzugten Ausführungsform von 2A in einem vergrößerten Maßstab;
2D die gleiche Ansicht wie 2C in einem stark vergrößerten Maßstab;
3 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines bei der bevorzugten Ausführungsform eingesetzten Getriebes in einem stark vergrößerten Maßstab;
4A eine Längsansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Richtbohrausrichtungsanordnung, die in einem „ungekrümmten" Zustand konfiguriert ist;
4B, die 4A entspricht, hingegen die Anordnung, die zu einem „gekrümmten" Zustand rekonfiguriert ist;
5 einen Längsschnitt einer bevorzugten Form eines Teils der Anordnung nach 4A in einem vergrößerten Maßstab;
5A einen als Schnitt ausgeführten Aufriss eines Teils des in 5 gezeigten Anordnungsteils in einem stark vergrößerten Maßstab;
5B einen als Schnitt ausgeführten Aufriss eines anderen Teils d^es ⁱⁿ 5 gezeigten Anordnungsteils in einem stark vergrößerten Maßstab;
6 eine Endansicht der Komponente am linken Ende des in 5 gezeigten Anordnungsteils;
7 einen Aufriss des in 5 gezeigten Anordnungsteils vom rechten Ende;
8 einen als Schnitt ausgeführten Aufriss eines Anordnungsteils mit einer Form, die eine Alternative zu der in 5A gezeigten darstellt; und
9 einen als Schnitt ausgeführten Aufriss eines Anordnungsteils mit einer Form, die eine weitere Alternative zu der in 8 gezeigten dargestellt;
10 einen Querschnitt des in 9 gezeigten Aufbaus;
11 einen Längsschnitt einer Richtbohrausrichtungsanordnung, ^die den Aufbau von 9 enthält;
12 einen Längsschnitt des Außenteils des Aufbaus von 9, ^der in der Anordnung von 11 enthalten ist;
13 eine Draufsicht eines Teils des Aufbaus nach 12;
14 einen Längsschnitt der unteren (linken) Endbaugruppe der Anordnung nach 11;
14A eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Baugruppe von 14;
15 einen Längsschnitt der oberen (rechten) Endbaugruppe na^ch ^der Anordnung von 11; und
15A und 15B vergrößerte Ansichten von Teilen nach der Baugruppe von 15.
Zunächst auf 1A Bezug nehmend, umfasst eine ausrichtbare Wellenanordnung 10 eine erste Wellenstütze 12 und eine zweite Wellenstütze 14. Die erste Wellenstütze 12 ist eine hohle, röhrenförmige Komponente, die innen mit einem Drehlager 16 versehen ist, dessen Drehachse mit der Längsachse 18 der ersten Wellenstütze 12 koaxial ist. Die zweite Wellenstütze 14 ist eine andere hohle, röhrenförmige Komponente, die innen mit einem jeweiligen Drehlager 20 versehen ist, dessen Drehachse mit der Längsachse 22 der zweiten Wellenstütze 14 koaxial ist Die erste und die zweite Wellenstütze 12 und 14 stoßen an jeweiligen Stirnflächen 24 und 26 aneinander an.
Die Wellenstützen 12 und 14 sind durch ein (nicht gezeigtes) Lager wechselseitig drehgekoppelt, wobei das Lager eine relative Drehung zwischen den Stützen 12 und 14 gestattet, während ihre Stirnflächen 24 und 26 in wechselseitigem Kontakt gehalten werden. Die Drehachse dieses Stütrenkopplungslagers ist unter einem kleinen Winkel, ungleich null, auf jede der Längsachsen 18 und 22 ausgerichtet. In 1A wird diese Winkelkonfiguration dadurch dargestellt, dass die Stoßebene 28 der Stirnflächen 24 und 26 in dem gleichen kleinen Winkel, ungleich null, in Bezug auf eine gedachte Ebene 30 liegt, die genau in einem rechten Winkel zu den beiden Längsachsen 18 und 22 liegt (welche in der besonderen Konfiguration der in 1A gezeigten Anordnung 10 koaxial sind). In dem in 1A gezeigten beispielhaften Aufbau beträgt der kleine Winkel, ungleich null, 2 Grad.
Weiterhin enthält die Anordnung 10 eine Welle 32, die einen ersten Wellenabschnitt 34 und einen zweiten Wellenabschnitt 36 umfasst. Der erste Wellenabschnitt 34 wird in dem Drehlager 16 zur Drehung um eine erste Wellendrehachse, die mit der Längsachse 18 der ersten Wellenstütze 12 koaxial ist, drehbar gestützt. Der zweite Wellenabschnitt 36 wird im Drehlager 20 zur Drehung um eine zweite Wellendrehachse, die mit der Längsachse 22 der zweiten Wellenstütze 14 koaxial ist, drehbar gestützt. Der erste und der zweite Wellenabschnitt 34 und 36 sind mittels einer Wellenkopplung 38 zur gemeinsamen Drehung wechselseitig gekoppelt, wobei die Wellenkopplung jener Art ist, die zu einer unbegrenzt anhaltenden Drehung zwischen jeweiligen Drehwellen, deren jeweilige Drehachsen sich wechselseitig schneiden, aber nicht parallel sind, und zu ihrer Drehkopplung in der Lage ist. Wie in 1A gezeigt, ist die Wellenkopplung 38 zwecks dieser vereinfachten Erläuterung der Grundzüge der vorliegenden Erfindung jener Art, die als „Universalgelenk" oder Hooke-Gelenk bekannt ist (wie gemeinhin bei Kardanwellen eingesetzt, zum Beispiel den Triebsträngen von Straßenfahrzeugen, die das Getriebe mit der Hinterachse verbinden). Aus im Anschluss erläuterten Gründen handelt es sich bei der bevorzugten Form der Wellenkopplung 38 jedoch um eine Kopplung jener Art, die als „Doppelgelenk" (das heißt eine Kopplung, die Drehung ohne zyklische Winkeländerungen zwischen Eingang und Ausgang überträgt, wie zum Beispiel ein Rzeppa-Gelenk oder ähnliche Gelenke, die in den Naben von Straßenfahrzeugen mit Vorderradantrieb verwendet werden) gezeigt wird. Als Alternative dazu könnte die Welle 32 als einstückige Einheit mit einem flexiblen mittleren Abschnitt ausgebildet sein, der Drehung zwischen ausgerichteten oder variabel nichtausgerichteten Enden übertragen kann. Aus weiteren Gründen, die auch anschließend erläutert werden, wird darüber hinaus bevorzugt, dass die Wellenabschnitte 34 und 36 hohl und wechselseitig durch eine Kopplung 38 (beliebiger Form), die auch hohl ist, verbunden sind, um eine Welle 32 zu bilden, die druckbeaufschlagtes Fluid über ihre Länge befördern kann.
Wenn die Wellenstützen 12 und 14 wechselseitig drehbar ausgerichtet sind, wie in 1A gezeigt, sind die jeweiligen Längsachsen 18 und 22 _wechselseitig koaxial und ohne Abweichung, da sich die Neigungen der Stirnflächen 24 und 26 wechselseitig aufheben (wie anschließend ausführlicher erläutert). Wenn die Wellenstützen 12 und 14 jedoch wechselseitig um 180 Grad in die in 1B gezeigte Konfiguration gedreht werden (wobei das Stützenkopplungslager die geneigten Stirnflächen 24 und 26 jederzeit in wechselseitigem Kontakt hält), wird die Anordnung 10 „gekrümmt", und jede der Längsachsen 18 und 22 weicht von der Drehmittellinie 40 um 2 Grad ab. Bei dieser „gekrümmten" Konfiguration kann der Wellenabschnitt 36 durch Drehung des Wellenabschnitts 34 noch immer gedreht werden (da die beiden Wellenabschnitte 34 und 36 zur gemeinsamen Drehung mittels der Wellenkopplung 38 wechselseitig gekoppelt sind), aber die Drehachse des Wellenabschnitts 36 (die jederzeit mit der Längsachse 22 der zweiten Wellenstütze 14 koaxial ist) weicht nun um 4 Grad von der Drehachse des Wellenabschnitts 34 ab (die jederzeit mit der Längsachse 18 der ersten Wellenstütze 12 koaxial ist).
Die oben beschriebene Wellenabweichung von 4 Grad ist das Maximum, das mit der Anordnung 10 erreicht werden kann, wobei die Winkelabweichung der Stirnflächen 24 und 26 bezüglich der Längsachsen 18 und 22 (das heißt der Winkel zwischen den Ebenen 28 und 30) 2 Grad beträgt. Wellenabweichungen in einem Bereich zwischen 0 Grad und 4 Grad können durch relatives Drehen der Wellenstützen 12 und 14 in einem Ausmaß von 0 Grad bis 180 Grad gewählt werden. Die Wellenabweichung variiert in Zyklen zwischen null und Maximum mit jeden 180 Grad Stützendrehung. Es können verschiedene Abweichungsmaxima vorbestimmt werden, indem die Anordnung mit einem anderen Abweichungswinkel in der Achse des Stützenkopplungslagers gebildet wird.
Die Richtung, in die der Wellenabschnitt 36 bezüglich des Wellenabschnitts 34 versetzt wird, kann durch Drehen der ersten Wellenstütze 12 um die Längsachse 18 bezüglich einer festgelegten Bezugsrichtung (zum Beispiel Norden), bis die Stütze 12 ausreichend ausgerichtet ist, und dann Drehen der zweiten Wellenstütze 14 um ihre eigene Längsachse 22 bezüglich der ersten Wellenstütze 12, bis sich die gewünschte Wellenabweichung ergeben hat, gesteuert werden, wobei die Drehrichtung der Stütze 12 derart ist, dass die Stütze 14 (und der von der Stütze 14 drehbar getragene Wellenabschnitt 36) in die gewünschten Richtung versetzt ist. Anschließend werden Aufbauten zur Durchführung der Richtungssteuerung sowie der Abweichungssteuerung beschrieben.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei normaler Verwendung der Anordnung 10 die Wellenstützen 12 und 14 nur bei Änderungen der Abweichung und/oder Richtung einer beabsichtigten Drehung unterliegen und die Wellenstützen 12 und 14 (mit Ausnahme einer möglichen Längsbewegung) statisch sind, während die Welle 32 einer kontinuierlichen Drehung unterliegt (zum Beispiel zum Zwecke der Bohrlochbohrung, wie unten beispielhaft ausgeführt).
Nunmehr auf die 2A und 2B Bezug nehmend, wird hier eine bevorzugte Ausführungsform 100 einer ausrichtbaren Wellenanordnung gezeigt, die die gleichen allgemeinen Grundzüge wie die (oben anhand der 1A und 1B beschriebene) vereinfachte Ausführungsform 10 verwendet, aber gewisse Konstruktionsdetails enthält, um einen praktischeren Aufbau zu erzeugen. Komponenten und Baugruppen der bevorzugten Ausführungsform nach den 2A und 2B, die mit den Komponenten oder Baugruppen der vereinfachten Ausführungsform nach den 1A und 1B identisch oder dazu äquivalent sind, erhalten die gleiche Bezugszahl, der jedoch eine „1" vorangeht (das heißt bestimmte der Bezugszahlen in den 2A und 2B sind die entsprechenden Bezugszahlen aus den 1A und 1B plus „100"). Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform nach den 2A und 2B konzentriert sich auf Merkmale, die sich von der vereinfachten Ausführungsform nach den 1A und 1B unterscheiden, und somit sollte für eine vollständige Beschreibung irgendeines Teils der bevorzugten Ausführungsform, der unten nicht behandelt wird, auf die vorhergehende Beschreibung der identischen oder äquivalenten Teile der vereinfachten Ausführungsform Bezug genommen werden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform, die in den 2A und 2B (die hinsichtlich der Konfiguration und „Krümmung" den 1A bzw. 1B entsprechen) gezeigt wird, liegt der Hauptunterschied in der Bereitstellung einer weiteren Stütze 150, bei der es sich um ein hohles, röhrenförmiges Glied handelt, das die erste Wellenstütze 112 mittels eines Drehlagers 152 drehbar stützt. Im Gegensatz zum Lager (das bei dieser Ausführungsform als ein Drehlager 127 gezeigt wird), das die zweite Wellenstütze 114 drehbar an die erste Wellenstütze 112 koppelt, weist das Lager 152 eine Drehachse auf, die mit den Längsachsen der Stützen 112 und 150 zusammenfällt. Dieses Zusammenfallen von Achsen gewährleistet, dass eine Drehung der Stütze 112 bezüglich der weiteren Stütze 150 zu keiner Abweichung der Stütze 112 bezüglich der weiteren Stütze 150 führt.
Die Drehachse des Lagers 127 weicht um 1 1/2 Grad von den Längsachsen der Stützen 112 und 114 ab, so dass die maximale Wellenabweichung bei dieser bevorzugten Ausführungsform 3 Grad beträgt (siehe 2B).
Bei der Ausführungsform nach den 2A und 2B handelt es sich bei der Welle 132 um eine einstückige Ausführung mit ausreichender Flexibilität, um der maximalen Abweichung Rechnung zu tragen, die aber immer noch eine ausreichende Fähigkeit zur Übertragung von Drehkraft hat. Eine übermäßige Krümmung der Welle 132 in ihrer maximalen Krümmungskonfiguration (siehe 2B) wird dadurch vermieden, dass Wellenlager von der Stütze 112 weggelassen werden.
Durch Verankerung der weiteren Stütze 150 (zum Beispiel durch Verwendung eines Verankerungsmittels, das unter Bezugnahme auf die 4A, 4B, 5 und 5A unten beschrieben wird) kann die Stütze 112 bezüglich der nicht festgelegten Stütze 150 gedreht werden, bis eine ausgewählte Richtung erreicht wird, und die Stütze 114 kann bezüglich der Stütze 112 gedreht werden, bis eine ausgewählte Abweichung (in einem Bereich von 0 Grad bis 3 Grad) erreicht wird.
Die Anordnung 100 ist mit zwei Sätzen 160 und 190 von Steuermitteln der relativen Drehung zum jeweiligen Kraftantrieb der relativen Drehung der Stütze 112 bezüglich der Stütze 150 und zum Kraftantrieb der relativen Drehung der Stütze 114 bezüglich der Stütze 112 versehen. Der Drehsteuersatz 160 koppelt die Stütze 112 mit der Stütze 150 und wird in 2C als vergrößertes Detail gezeigt. Der Drehsteuersatz 190 koppelt die Stütze 114 mit der Stütze 112 und ist mit dem Satz 160 mit Ausnahme eines zusätzlichen Merkmals identisch, das anschließend erwähnt werden wird. Demgemäß gilt die folgende Beschreibung des Drehsteuersatzes 160 auch für den Satz 190 (mit Ausnahme des zusätzlichen Merkmals im Satz 190).
Im Folgenden wird auf 2D Bezug genommen, die eine stark vergrößerte Version von 2C ist. Der Satz 160 zur Steuerung der relativen Drehung umfasst ein harmonisches Getriebe 162 der als „HDUR-IH Größe 20" bekannten Art, das von der Harmonic Drive Ltd (GB) herstellt wird und in 3 getrennt gezeigt ist. Ein innenverzahnter Verzahnungsring 164 ist mittels Gewindestiften 166 an der weiteren Stütze 150 befestigt. Ein innenverzahnter Verzahnungsring 168 ist mittels Gewindestiften 172 über einen Antriebsring 170 an der Stütze 112 befestigt. Die innenverzahnten Verzahnungsringe 164 und 168 weisen eine etwas unterschiedliche Zähnezahl auf und werden durch einen gemeinsamen Flexspline-Ring 174 mit Außenverzahnung, die mit der Innenverzahnung in den Ringen 164 und 168 kämmt, gleichzeitig in Eingriff genommen. Der Flexspline-Ring 174 wird mittels eines Wave Generators 176 in Form einer um die gemeinsame Achse des Getriebes 162 gedrehten Exzenterscheibe um die Innenseite der Verzahnungsringe 164 und 168 gedreht. Durch bekannte Techniken bewirkt dies eine Drehung des Verzahnungsrings 168 (und folglich der Stütze 112) bezüglich des Verzahnungsrings 164 (und folglich der Stütze 150) mit einer Drehgeschwindigkeit, die sehr viel geringer als die Drehgeschwindigkeit des Wave Generators 176 ist, das heißt, das harmonische Getriebe 162 weist ein sehr großes Untersetrungsverhältnis auf (in der Regel 160 : 1).
Die allgemein ringförmige Gestalt des harmonischen Getriebes 162 erleichtert seine Verwendung in der röhrenförmigen Anordnung 100, wobei sich das innewohnende große Untersetrungsverhältnis für die Erfordernisse der Anordnung 100 besonders eignet. Insbesondere passt die Welle 132 bequem durch die hohle Mitte des Getriebes 162.
Die Kraft zur Drehung des Wave Generators 176 wird über eine Oldham-Kupplung 178 von der Welle 132 angezapft (um einer Exzentrizität der Welle 132, die bei „Krümmungs"-Zuständen auftritt, wie zum Beispiel in 2B gezeigt, Rechnung zu tragen) und wird durch eine Kupplungs-/Brems-Einheit 180 gesteuert, wie durch einen Rotations-Sensor 182 bestimmt, der an den Wave Generator 176 gekoppelt ist, um seine Umdrehungsanzahl und somit den Bruchteil einer Umdrehung, um den die Stütze 112 entsprechend gedreht wird, zu erfassen.
Wie bereits erwähnt, entspricht der Steuersatz 190 der relativen Drehung dem Satz 160 mit der Ausnahme, dass der Antriebsring 170 durch eine Drehung übertragende Kupplung ersetzt wird, die bei Abweichungen von bis zu dem durch die relative Drehung der Stützen 114 und 112 erzeugten Maximum betrieben werden kann (wie durch Betrieb des Satzes 190 erzeugt; siehe 2).
Die Hauptkomponenten des harmonischen Getriebes werden in 3 in perspektivischer Explosionsdarstellung gezeigt. Bei der in 3 dargestellten Getriebeversion handelt es sich bei dem Wave Generator 176 um eine Exzenterscheibe mit einem lagermontierten Flexspline-Antriebsumfang; die Nabe der Exzenterscheibe würde ausgebohrt sein, um den Gebrauchsbedingungen bei der Anordnung 100 gerecht zu werden.
Eine bevorzugte Verwendung der ausrichtbaren Wellenanordnung der Erfindung liegt in Form eines Richtbohrsystems vor, von dem in den 4A und 4B (die den 2A bzw. 2B entsprechen) eine bevorzugte Ausführungsform 200 dargestellt ist. Die Konvention für die in den 4A und 4B verwendeten Bezugszahlen bezüglich der 2A und 2B ist die gleiche wie die für die in den 2A und 2B verwendeten Bezugszahlen bezüglich der 1A und 1B.
Auf 4A Bezug nehmend, ist die Stütze 212 außen mit einem unterdimensionierten Stabilisator 202 in der Nähe des Meißels versehen, und das freie Ende der Welle 232 ist mit einem Bohrmeißel 204 versehen, wo er von der Stütze 214 vorragt. Die weitere Stütze 250 erstreckt sich weit in ihrer Längsrichtung und enthält einen radial ausfahrbaren Stabilisator 206, der zur zeitweisen Verankerung der Stütze 250 betätigt werden kann, um eine stabile Bezugsrichtung zur ordnungsgemäßen Ausrichtung der Stütze 212 herzustellen, wie durch einen (nicht gezeigten) Azimutsensor oder ein anderes geeignetes in der sich in Längsrichtung langerstreckenden Stütze 250 eingebautes Messgerät bestimmt. Steuersignale können mittels einer eingebauten Kommunikationsverbindung 208 an das System 200 gegeben werden.
Nachdem die Stütze 212 ordnungsgemäß in die erforderliche Richtung gedreht worden ist, wird die Stütze 214 bezüglich der Stütze 212 gedreht, um die erforderliche Abweichung zum weiteren Bohren zu erzeugen, wie in 4B dargestellt.
Teile des Systems 200 neben dem Stabilisator 206 werden in 5, auf die nunmehr Bezug genommen wird, in einem vergrößerten Maßstab gezeigt.
Der Stabilisator 206 weist drei um den Umfang verteilte (in 7 in Endansicht gezeigte) Greifauflagen 301 auf, die durch Druckbeaufschlagung der Unterseiten der Kolben 303, die unter den Auflagen 301 liegen (in der vergrößerten Teilansicht von 5A deutlicher zu sehen), radial nach außen gedrückt werden können. Die Druckbeaufschlagung der Kolben 303 erfolgt von einer allgemein ringförmigen Axialmehrkolben-Taumelscheibenpumpe 305, deren ringförmiger) Taumelscheibe oder Nockenring 307 unter der Steuerung einer Kupplung 309, die über eine Oldham-Kupplung 311 Kraft von der Welle 232 anzapft, gezielt drehbar ist. Die Kupplung 309 wird dann betrieben, wenn die Greifauflagen 301 ausgefahren werden sollen, um den Stabilisator 206 in dem zuvor gebohrten Bohrloch zur Messung und möglichen Bohrrichtungsänderung zu verankern. Die Pumpe 305 weist einen zwischen einer inneren Hülse 315 und der Innenseite der röhrenförmigen Stütze 250 definierten Ölspeicher 313 auf. Der Speicher 313 ist durch einen (in 5B vergrößert gezeigten) ringförmigen Kolben 317 abgedeckt, der entlang der Hülse 315 „schwimmt", um für Druckausgleich zu sorgen.
Wenn die Verankerung des Stabilisators 206 gelöst werden soll, werden die Greifauflagen 301 zurückgezogen, indem die Kupplung 309 geöffnet wird, um die Pumpe 305 von der Welle 232 zu trennen und dadurch zu gestatten, dass die Unterseite der die Auflagen ausfahrenden Kolben 303 entlastet wird (entweder durch natürliche Leckage oder durch ein (nicht gezeigtes) kontrolliertes Leck, woraufhin die Auflagen 301 durch Stöße und/oder kontinuierlichen Druck gegen das Bohrloch, falls erforderlich oder gewünscht kombiniert mit einer geeigneten (nicht gezeigten) Anordnung von Federn, die auf die Greifauflagen 301 einwirken, um sie radial nach innen zu drängen, „eingeschlagen" werden.
Des Weiteren zeigt 5 das Übertageende der Anordnung 200, wo die Welle 232 mit einem Verbinder 321 zur Befestigung an einem drehbaren Bohrgestänge 323 versehen ist. Der Verbinder 321 wird an dem Übertageende der Stütze 250 mittels eines kombinierten Radial- und Drucklagersystems 325 drehbar gestützt. Das in 5 gezeigte Untertageende des Abschnitts der Welle 232 wird durch einen Verzahnungsverbinder 327 zur Drehverbindung mit dem Rest der Welle 232 gebildet. Die Verbindung 327 ist am linken Ende von 5 und in Endansicht in 6 zu sehen.
Nunmehr auf 8 Bezug nehmend wird hier ein Teil eines Stabilisators 406 und seines zugehörigen Hydraulikpumpensystems 405 gezeigt, die zusammen einen Verankerungsaufbau bilden, der eine Alternative zu dem in 5A gezeigten bildet. Die in 8 verwendeten Bezugszahlen sind gemäß einer Konvention ausgewählt, die die Bezugszahlen von 8 auf gleiche Weise mit in den vorherigen Figuren verwendeten Bezugszahlen in Beziehung setzt wie die Beziehung zwischen den Bezugszahlen in den 4A und 4B und den Bezugszahlen der
2A und 2B, und wiederum die Beziehung zwischen den Bezugszahlen der 2A und 2B und den Bezugszahlen der 1A und 1B.
In 8 sind nur die unteren Enden der radial ausfahrbaren Greifauflagen 407 gezeigt, wobei auch ihre jeweiligen Kolben zur Erzeugung der Auswärtsbewegung in 8 weggelassen sind.
Während die Greifauflagen 301 in der vorhergehenden Ausführungsform (5–7) direkt in jeweiligen im Körper der weiteren Stütze 250 ausgebildeten Aussparungen angeordnet waren, sind die Greifauflagen 401 in der Ausführungsform von 8 (an ihren unteren Enden) teilweise in (nicht gezeigten) Greifauflagenhaltern, die mit der Außenseite der Stütze 450 verschraubt sind, angebracht.
Während die Pumpe 305 der vorherigen Ausführungsform eine Axialkolben-Taumelscheibenpumpe war, handelt es sich des Weiteren bei der Pumpe 405 bei der Ausführungsform nach 8 um eine exzentergetriebene Radialkolbenpumpe. Ein Ring aus gehärtetem Stahl 407 ist mittels eines Zapfens 480, der sich radial teilweise sowohl durch den Ring als auch die Welle erstreckt, um die Welle 432 herum angebracht. Obgleich die Außenfläche der Welle 432 und der Innendurchmesser des Rings 407 um die Mittellinie der Welle 432 konzentrisch sind (das heißt in einem konstanten Radius von der Drehachse der Welle 432 liegen), weist der Ring 407 eine Umfangsfläche 481 auf, die exzentrisch zur Drehachse ist. Mit anderen Worten, obgleich die Umfangsfläche 481 des Rings 407 kreisförmig ist, liegt sie nicht in einem konstanten Radius von der Drehachse der Welle 432, und das Nachfahren einer Umfangsbahn um den Umfang des Rings 407 herum hat eine zyklische Änderung zwischen einer maximalen radialen Verschiebung und einer minimalen radialen Verschiebung zur Folge.
Der Körper der weiteren Stütze 450 ist mit mehreren radial verlaufenden Durchgangsbohrungen 482 und 483 ausgebildet (von denen zwei in 8 zu sehen sind), die um den Umfang der Stütze 450 verteilt und axial auf den Ring 407 ausgerichtet sind. Seitenbohrungen 484 und 485 erstrecken sich sowohl radial als auch axial von der Bohrung 482 und schneiden so für einen anschließend darzulegenden Zweck die Innenfläche der Stütze 450. Ebenso verlaufen Seitenbohrungen 486 und 487 sowohl radial als auch axial von der Bohrung 483 und schneiden für einen anschließend darzulegenden Zweck die Innenfläche der Stütze 450.
Der Ringraum zwischen der Innenfläche der Stütze 450 und der Außenfläche der Welle 432 wird durch eine mittels eines O-Rings 489 und anderer (in 8 nicht sichtbarer) Dichtungen gegen die Innenfläche der Stütze 450 abgedichtete Hülse 488 hydraulisch unterteilt. Das Volumen 490 auf der Außenseite der Hülse 488 bildet einen die Seitenbohrungen 485 und 487 mit der Unterseite der Kolben (in 8 nicht gezeigt), die die Greifauflagen 401 gezielt dazu zwingen, von der Stütze 450 radial nach außen auszufahren, wenn eine Verankerung erforderlich ist, verbindenden Korridor. Das Volumen auf der Innenseite der Hülse 488 grenzt an das axial unter dem Ring 407 liegende Volumen (links vom Ring 407 mit Blickrichtung von 8) an und bildet den Speicher 413, der Hydraulikflüssigkeit als Vorrat für die Pumpe 405 enthält, wie nunmehr im Einzelnen erläutert.
Ein kreisförmiges Stößelgehäuse 491 ist an der Bohrung 482 mechanisch befestigt und hydraulisch dagegen abgedichtet. Das Gehäuse 491 weist eine radial verlaufende mittlere Bohrung 492 auf, die einen Hubkolben 493 aufnimmt, der verschiebbar gegen die Gehäusebohrung 492 abgedichtet ist. Das radial innere Ende 494 des Kolbens 493 erstreckt sich radial durch das radial innere Ende der Bohrung 482 und wird mittels einer (in 8 weggelassenen) Schrauben-Druckfeder, die in der Bohrung 492 über dem radial äußeren Ende des Kolbens 493 untergebracht ist, mit dem exzentrischen Ringumfang 481 in Kontakt gehalten. Während sich die Welle 432 bezüglich der weiteren Stütze 450 dreht, dreht sich der Ring 407 bezüglich des Stößelgehäuses 491, so dass der exzentrische Umfang 481 den Kolben 494 in seiner Gehäusebohrung 492 hin und her bewegt.
Die Seitenbohrung 484 verbindet mittels eines Einwegeventils 495 den Speicher 413 mit der Gehäusebohrung 492, wobei das Einwegeventil aus einer federbelasteten Kugel, die so angeordnet ist, dass das Ventil 495 als ein automatisches Einlassventil für die Kolbenpumpe fungiert, besteht, wobei letztere durch die Kombination aus dem Kolben 493 und der Bohrung 492 gebildet wird (wobei die Pumpe durch relative Drehung des Rings 407 angetrieben wird).
Die Seitenbohrung 485 verbindet die Bohrung 492 mittels eines Einwegeventils 496 mit dem Druckkorridor 490, der zwecks Ausfahren der Greifauflagen 401 zu den Kolben führt, wobei das Einwegeventil aus einer federbelasteten Kugel, die so angeordnet ist, dass das Ventil 496 als ein automatisches Auslassventil für die Kolbenpumpe fungiert, besteht, wobei letztere durch die Kombination aus dem Kolben 493 und der Bohrung 492 gebildet wird.
Ein kreisförmiges Gehäuse 497 ist an der Bohrung 493 mechanisch befestigt und hydraulisch dagegen abgedichtet. Das Gehäuse 493 verbindet mittels der Seitenbohrungen 487 und 486 über ein am Gehäuse angebrachtes Druckbegrenzungs-Sicherheitsventil 498 hydraulisch den Druckkorridor 490 mit dem Speicher 413, wobei das Druckbegrenzungs-Sicherheitsventil durch eine Kugel 499 gebildet wird, die durch eine Feder 500 belastet wird, wobei die Federkraft (und folglich der Schließdruck des Ventils) durch eine Schraube 501 eingestellt werden kann. Das Sicherheitsventil 498 verhindert eine übermäßige Druckbeaufschlagung des Korridors 490 durch Begrenzung seines Drucks bezüglich des Drucks im Speicher 413 (der mittels eines (nicht gezeigten) schwimmenden Ringkolbens, der zwischen der Welle 432 und der Stütze 450 zwecks Definition eines Endes des Speichers 413 angeordnet ist, ungefähr auf Umgebungsdruck im Bohrloch gehalten wird).
Nicht gezeigt in 8 ist eine kalibrierte Entlüftung, die den unter relativ hohem Druck stehenden Korridor 490 an den unter relativ niedrigem Druck stehenden Speicher 413 koppelt, so dass ein kontinuierliches Hydraulikflüssigkeitsleck von der Hochdruckseite der Pumpe 405 zur Niederdruckseite der Pumpe 405 besteht, wobei die Leckrate im Wesentlichen vorbestimmt und vorzugsweise einstellbar ist. Die Funktion dieses Lecks besteht darin, den Korridor 490 zu entlasten, wenn die Fördermenge der Pumpe 405 niedrig oder null ist, das heißt, wenn sich die Welle 432 bezüglich des Körpers der Stütze 450 langsam dreht oder stationär ist. Die Entlüftung wird jedoch so gewählt, dass wenn sich die Welle 432 bezüglich der Stütze 450 relativ schnell dreht, wodurch die volumetrische Fördermenge der Pumpe 405 relativ groß ist, die Entlüftungsleckage nicht dazu ausreicht, die gesamte Fördermenge der Pumpe 405 zu entleeren, und sich Druck am Korridor 490 aufbaut.
Wenn die Greifauflagen 401 ausgefahren werden sollen, um die weitere Stütze 450 zeitweise mit einem zuvor gebohrten Bohrloch zu verankern (in 8 nicht gezeigt), wird die Drehgeschwindigkeit der Welle 432 bezüglich der Stütze 450 von Stillstand oder einer sehr niedrigen Drehgeschwindigkeit bis zu einer relativ hohen Geschwindigkeit erhöht, bei der die volumetrische Fördermenge der Pumpe 405 die volumetrische Leckrate der oben beschriebenen Druckentlastung ausreichend übersteigt, so dass sich Druck im Korridor 490 aufbaut und die (in 8 nicht gezeigten) Kolben zwischen dem Korridor 490 und den Greifauflagen 401 bezüglich der Längsachse des Stabilisators 406 radial nach außen gezwungen werden und letztendlich bewirken, dass die Greifauflagen 401 das Bohrloch berühren und den Stabilisator 406 an dieser Stelle verankern.
Wenn die Greifauflagen 401 aus ihrer das Bohrloch berührenden, ausgefahrenen Position in ihre jeweilige radial innenliegende Position zurückgezogen werden sollen, um die Verankerung des Stabilisators 406 zu lösen, reicht es aus, die Drehgeschwindigkeit der Welle 432 in einem geeigneten Maß zu reduzieren, indem zum Beispiel die Welle 432 zu einem Stillstand gebracht wird. Die Verringerung der Wellengeschwindigkeit reduziert die Fördermenge der Pumpe 405 unter die Höhe, bei der die Pumpenfördermenge dazu ausreicht, Verluste durch die kalibrierte Entlüftung zu überwinden, und folglich wird der Korridor 490 über die Entlüftung druckentlastet. Durch diese Druckentlastung wird die Auflagen-Ausfahrkraft von den Auflagen-Ausfahrkolben verringert und schließlich im Wesentlichen beseitigt, wodurch die Auflagen 401 radial nach innen in die Stütze 450 zurückgezogen werden können. Das Zurückziehen der Auflagen wird vorzugsweise durch (in 8 nicht gezeigte) Federn unterstützt, die so angeordnet sind, dass sie radial nach innen gerichtete Kräfte auf jede der Auflagen 401 ausüben.
Als Alternative zur Verwendung der oben beschriebenen kontrollierten Entlüftung in Verbindung mit Verlangsamen oder Anhalten der Drehung der Welle 432 zum Zurückziehen der Greifauflagen 401 aus ihrer das Bohrloch berührenden, ausgefahrenen Position in ihre jeweilige radial innenliegende Position zur Lösung der Verankerung des Stabilisators 406 kann die kontrollierte Entlüftung durch ein (in 8 nicht gezeigtes) fernsteuerbares Ventil ersetzt werden, das den Korridor 490 mit dem Speicher 413 verbindet. Das fernsteuerbare Ventil kann (zum Beispiel) ein Magnetventil oder irgendeine andere geeignete Ventilform sein, deren Fähigkeit, den Fluidstrom durchzulassen oder zu sperren, aus einer Entfernung, zum Beispiel von der Übertageanlage oben am Bohrloch, gezielt gesteuert werden kann. Durch Schließen des fernsteuerbaren Ventils, während sich die Welle 432 noch dreht, kann die Pumpe 405 den Korridor 490 mit Druck beaufschlagen und somit die Greifauflagen 401 ausfahren. Durch Öffnen des fernsteuerbaren Ventils (mit oder ohne Verlangsamen oder Anhalten der Drehung der Welle 432) wird Druck vom Korridor 490 zum Speicher 413 abgelassen, wodurch die Greifauflagen 401 radial einwärts des Bohrlochs zurückgezogen werden können. Die Verwendung des fernsteuerbaren Ventils statt der kontrollierten Entlüftung erfordert das Hinzufügen einer Steuerverbindung zu der Oberfläche (oder einer anderen Ventilsteuerstelle), weist aber den Vorteil auf, dass die Drehung der Welle 432 während des Zurückziehens der Greifauflagen 401 fortgeführt werden kann.
Obgleich in 8 nur eine eine Pumpe enthaltende Bohrung 482 gezeigt wird, könnten auch mehrere solche Kolbenpumpeneinheiten vorgesehen werden, die sich jeweils in ihrer jeweiligen Bohrung befinden (umfangsmäßig um die Stütze 450 in axialer Ausrichtung auf den exzentrischen Ring 407 verteilt, der den jeweiligen Kolben jeder solchen Pumpeneinheit radial hin und her bewegt). Die Pumpe 405, das Sicherheitsventil 498 und die kalibrierte Entlüftung sind zweckmäßigerweise innerhalb der größeren radialen Erstreckung der am oberen Ende liegenden Schultern der drei Flügel des Stabilisators 406 untergebracht (der einen ähnlichen Gesamtaufbau besitzt wie der in 7 gezeigte Stabilisator 206).
Nunmehr auf die 9 und 10 Bezug nehmend, handelt es sich bei 9 um einen Längsschnitt einer bevorzugten Ausführungsform eines Stabilisators 606, der dem Stabilisator 406 von 8 allgemein ähnelt (jedoch gewisse Detailunterschiede aufweist, die unten beschrieben werden), wobei der Stabilisator 406 nach 8 Teil einer (in den Zeichnungen nicht gezeigten) Richtbohrausrichtungsanordnung ist, genauso wie der Stabilisator 206 nach 5A Teil der Richtbohrausrichtungsanordnung 200 nach 4A ist. 10 zeigt einen Querschnitt des Hauptkörpers des Stabilisators 606 und wird anschließend ausführlich erörtert. Die Bezugszahlen, die für die in den 9 und 10 dargestellten Komponenten verwendet werden, basieren auf den Bezugszahlen, die für die in 8 dargestellten Komponenten verwendet werden, auf die gleiche Weise wie die Bezugszahlen von 8 auf jenen der vorherigen Figuren basieren.
Angesichts der vielen Ähnlichkeiten des Stabilisators 606 mit dem Stabilisator 406 konzentriert sich die folgende Beschreibung von 9 auf jene Teile des Stabilisators 606, die sich deutlich vom Stabilisator 406 unterscheiden. (Der Betrieb des Stabilisators 606 ist im Wesentlichen identisch mit dem Betrieb des Stabilisators 406).
Bei dem in 9 dargestellten Stabilisator 606 ist das Druckbegrenzungs-Sicherheitsventil 698 vom Gehäuse 697 zur Seitenbohrung 686 versetzt worden. (Die Seitenbohrung 687 ist einfach ein Durchgang für Hydraulikflüssigkeit). Das Gehäuse 697 weist (im Gegensatz zum Gehäuse 497) keine inneren Kanäle auf, wobei Hydraulikflüssigkeit mittels eines Teils der Bohrung 683 (in der das Gehäuse 697 angebracht und abgedichtet ist), dessen lokaler Durchmesser etwas größer ist als der lokale Durchmesser des Gehäuses 697, um das massive Gehäuse 697 herum fließt.
Obgleich in 9 nur zwei Greifauflagen 601 gezeigt werden, sind tatsächlich drei solche Greifauflagen vorhanden, die jeweils in einem jeweiligen der drei symmetrisch angeordneten Stabilisatorflügel 651 angebracht sind, wie in 10 gezeigt (vergleiche 10 mit 7).
Diesbezüglich ist 9 eigentlich ein Schnitt in zwei Ebenen, die in einem Winkel von 120° zueinander liegen, der aus Gründen der Zweckmäßigkeit und Übersichtlichkeit als ein scheinbarer (aber falscher) flacher Schnitt gezeigt wird.
10 zeigt einen Querschnitt des Stabilisatorkörpers 650 minus aller anderen Komponenten. Die Greifauflagen 601 weisen jeweils eine umgekehrte T-Form auf, die (in radial nach außen verlaufender Richtung) (nicht gezeigte) Seitenflansche besitzt, die in Seitennuten 652 passen, welche in jedem der sich in Längsrichtung langerstreckenden Schlitze 653, die zur Aufnahme der Greifauflagen 601 aus den Flügeln 651 ausgeschnitten sind, ausgebildet sind. Diese Seitenflansche weisen (wenn sie zu einem vollständigen Stabilisator 606 zusammengebaut sind) in radialer Richtung eine Dicke auf, die so viel geringer als die radiale Tiefe der Seitennuten 652 ist, dass sich die Greifauflagen 601 zwischen ihrer ganz zurückgezogenen und ganz ausgefahrenen Position radial in die und aus den Schlitze(n) 652 bewegen können.
Die Greifauflagen 601 werden in den Schlitzen 653 angebracht, indem sie über weggeschnittene untere Enden der Flügel 651 in Längsrichtung in die Schlitze 653 eingeschoben werden. Mittels geeignet geformter Halter 654 (9), die am Stabilisatorkörper 650 befestigt sind, werden die eingepassten Greifauflagen 601 festgehalten und die weggeschnittenen unteren Enden der Flügel 651 wiederhergestellt.
Vorzugsweise werden (nicht gezeigte) Federn angebracht, um die Greifauflagen 601 und den Stabilisatorkörper 650 so zu verbinden, dass die Greifauflagen 601 radial nach innen in ihre jeweilige zurückgezogene Position gedrängt werden; wenn die Auflagenausfahrkolben 603 an ihren radial innenliegenden Seiten nicht vom Förderstrom der Pumpe 605 über den Druckkorridor 690 mit Druck beaufschlagt werden. Solche Federn könnten als (nicht gezeigte) gewellte Streifen aus Federstahl ausgeführt sein, die zwischen den radial außenliegenden Flächen der Seitenflansche der Greifauflagen 601 und den radial außenliegenden Seiten der Seitennuten 652 angeordnet sind, wobei die Seitennuten so dimensioniert sind, dass sie solche Federn neben der Dicke (in radialer Richtung) der Greifauflagenseitenflansche plus den erforderlichen Zwischenraum, um eine volle radiale Bewegung der Greifauflagen 601 zwischen ihrer ganz zurückgezogenen und ihrer ganz ausgefahrenen Position zu gestatten, aufnehmen können.
Der Stabilisator 606 wird in einer Richtbohrausrichtungsanordnung 600 verwendet, die der in den 4A und 5 gezeigten Anordnung 200 allgemein ähnelt, wobei die Anordnung 600 den Stabilisator 606 enthält, der in 11 teilweise dargestellt ist (die dem mittleren Teil von 4A entspricht, wobei die rechte Hälfte von 11 5 entspricht).
Die äußeren Komponenten des Stabilisators 606 werden in 12 als Schnitt (wobei 12 ein Schnitt in zwei Ebenen gemäß der gleichen Konvention wie 9 ist) und in 13 als Draufsicht gezeigt (wobei die Greifauflagen 601 weggelassen sind, um das Innere der Auflagenaufnahmeschlitze 653 zu zeigen).
Die Ausrichtungsanordnung 600 unter dem Stabilisator 606 (das linke Ende in der Darstellung von 11) wird in 14 in einem vergrößerten Maßstab gezeigt, wobei ein Teil von 14 in einem stärker vergrößerten Maßstab in 14A gezeigt wird. In 14A wird der Druckausgleichs-Ringkolben 617 besonders detailliert dargelegt (vergleiche 14A mit 5B). Die Ausrichtungsanordnung 600 über dem Stabilisator 606 (das rechte Ende nach der Darstellung von 11) wird in 15 in einem vergrößerten Maßstab gezeigt (wobei 15 allgemein dem rechten Teil von 5 entspricht). Die kombinierten Radial- und Axialdrucklager in der Baugruppe nach 15 werden in 15A in einem vergrößerten Maßstab in Form eines Kegelrollenlagers gezeigt, während die getrennten Radial- und Axialdrucklager (zusammen mit einer Dichtungsanordnung) in 15B in einem vergrößerten Maßstab in Form eines einreihigen Rollenlagers gezeigt werden.
Obgleich oben bestimmte Alternativen, Modifikationen und Variationen beschrieben worden sind, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und es können andere Alternativen, Modifikationen und Variationen übernommen werden, ohne von dem in den angehängten Ansprüchen definierten Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.

Claims

Ein Wellenausrichtungssystem (10; 100; 200), bestehend aus einem ersten Wellenstützmittel (12; 112; 212) mit einer ersten Längsachse (18) und einem zweiten Wellenstützmittel (14; 114; 214) mit einer zweiten Längsachse (22; 222), einem Lagermittel (127), das drehbar das erste Wellenstützmittel (112) mit dem zweiten Wellenstützmittel (114) koppelt, wobei das Lagermittel (127) eine Lagerdrehachse aufweist, wobei das Lagermittel (127) in Bezug auf das erste und zweite Wellenstützmittel (112, 114) so arrangiert ist, dass die Lagerdrehachse in Bezug auf die erste Längsachse (18) in einem ersten Winkel (18–40), ungleich null, und in Bezug auf die zweite Längsachse (22) in einem zweiten Winkel (22–40), ungleich null, ausgerichtet ist, wodurch die relative Drehung des ersten und zweiten Wellenstützmittels (12, 14) um ihre jeweiligen Längsachsen (18, 22) die relative Winkelausrichtung der ersten und zweiten Längsachse (18, 22) verändert; dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (190) der relativen Drehung wechselseitig mit dem ersten und zweiten Wellenstützmittel (112, 114) gekoppelt ist, um einen erwünschten Grad an relativer Drehung des ersten und zweiten Wellenstützmittels (112, 114) auf gesteuerte Weise zu bewirken, um einen entsprechenden erwünschten Grad an Veränderung der relativen Winkelausrichtung der ersten und zweiten Längsachse (18, 22) zu bewirken.
System (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Wellenstützmittel (112, 114) und das Lagermittel (127) wechselseitig so angeordnet sind, dass die Lagerdrehachse sowohl die erste als auch die zweite Längsachse schneidet.
System (10) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Wellenstützmittel (12, 14) und das Lagermittel wechselseitig angeordnet sind, so dass sich die erste und zweite Längsachse (18, 22) wechselseitig schneiden.
System (10; 100; 200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Winkel, ungleich null, aus Winkeln im Bereich zwischen 1 ° und 3° ausgewählt sind.
System (10; 100; 200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Winkel, ungleich null, so ausgewählt sind, dass sie wechselseitig gleich sind, wodurch in einer relativen Drehstellung des ersten und zweiten Wellenstützmittels (12, 14; 112, 114; 212, 214) die erste und zweite Längsachse wechselseitig parallel sind.
System (10; 100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wellenstützmittel (12; 112) aus einem ersten Wellenlagermittel (16) zum Stützen einer Welle (34; 132) zur Drehung um eine erste Wellendrehachse (18), koaxial mit der ersten Längsachse (18) in der Nähe des ersten Wellenlagermittels (16) besteht, und das zweite Wellenstützmittel (14; 114) aus einem zweiten Wellenlagermittel (20) zum Stützen einer Welle (36; 132) zur Drehung um eine zweite Wellendrehachse (22; 222), koaxial mit der zweiten Längsachse (22; 222) in der Nähe des zweiten Wellenlagermittels (20) besteht.
Eine ausrichtbare Wellenanordnung (10; 100; 200), dadurch gekennzeichnet, dass sie aus der Kombination eines drehbaren Wellenmittels (32; 132; 232) und eines Wellenausrichtungssystems (10; 100; 200) gemäß Anspruch 6 besteht, wobei das Wellenmittel (32) drehbar durch das erste Wellenlagermittel (16) in einem ersten Bereich (34) entlang der Länge des Wellenmittels (32) gestützt ist, wobei das Wellenmittel (32) drehbar durch das zweite Wellenlagermittel (20) in einem zweiten Bereich (36) entlang der Länge des Wellenmittels (32) gestützt ist, wobei das Wellenmittel (32) zur Übertragung von Drehung zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (34, 36) im Bereich relativer Ausrichtungen der ersten und zweiten Wellenstützmittel (12, 14) konstruiert oder angepasst (38) ist.
Anordnung (100) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenmittel (132) zur Übertragung von Drehung zwischen dem ersten und zweiten Bereich konstruiert oder angepasst ist, indem es zumindest zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich als flexible Welle (132) geformt ist
Anordnung (10) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenmittel (32) zur Übertragung von Drehung zwischen dem ersten und zweiten Bereich (34, 36) durch die Bereitstellung eines Wellenkopplungsmittels (38) zwischen dem ersten und zweiten Bereich (34, 36), das den ersten und zweiten Bereich (34, 36) zur gemeinsamen Drehung wechselseitig koppelt, konstruiert oder angepasst ist.
Anordnung (10) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellenkopplungsmittel (38) ein Universalgelenk, zum Beispiel ein Hooke-Gelenk (38), oder ein Doppelgelenk, zum Beispiel ein Rzeppa-Gelenk, ist.
System oder Anordnung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das relative Drehsteuermittel (190) aus einem nichtumkehrbaren Getriebemittel (162), das das erste und zweite Wellenstützmittel (112, 114) wechselseitig koppelt, und einem steuerbaren Antriebsmittel (180), das mit dem Getriebemittel (162) zum Übertragen gesteuerter, relativer Drehung auf das erste und zweite Wellenstützmittel (112, 114) gekoppelt ist, besteht.
System oder Anordnung (100) gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebemittel aus einem harmonischen Getriebe (162) besteht.
Anordnung (100) gemäß Anspruch 11 oder Anspruch 12 und direkt oder indirekt von einem der Ansprüche 7 bis 10 abhängig, dadurch gekennzeichnet, dass das steuerbare Antriebsmittel (180) der Art ist, dass es steuerbar Drehkraft von dem Wellenmittel (132), beispielsweise mit Hilfe einer steuerbaren Kupplung (180), anzapft.
System oder Anordnung (100; 200) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin aus einem weiteren Stützmittel (150) mit einer jeweils weiteren Längsachse, und einem weiteren Lagermittel (152) mit einer jeweiligen weiteren Lagerachse besteht, wobei das weitere Lagermittel drehbar das erste Wellenstützmittel (112) mit dem weiteren Stützmittel (150) koppelt, wobei das weitere Lagermittel (152) in Bezug auf das erste und weitere Stützmittel (112, 150) so arrangiert ist, dass die erste und weitere Längsachse wechselseitig koaxial und auch mit der weiteren Lagerachse koaxial sind, wodurch die steuerbare Drehung des ersten Stützmittels (112) in Bezug auf das weitere Stützmittel (150) in der Steuerung der Richtung, in der die zweite Längsachse von der Richtung der ersten Längsachse abweicht, wenn das zweite Wellenstützmittel (114) in Bezug auf das erste Wellenstützmittel (112) gedreht wird, resultiert; und wobei ein weiteres relatives Drehsteuermittel (160) bereitgestellt und wechselseitig angeordnet ist, um das erste und weitere Stützmittel (112, 150) zum steuerbaren Bewirken eines erwünschten Grads an relativer Drehung des ersten und weiteren Stützmittels (112, 150) zu koppeln.
System oder Anordnung (100) gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere relative Drehsteuermittel (160) mit dem ersten relativen Drehsteuermittel (190) im Wesentlichen identisch ist.
Eine Richtbohrausrichtungsanordnung (200) zum steuerbaren Ausrichten des Untertageendes (214) eines Bohrgestänges, um ein Richtbohren einer Bohrung in geologischen Formationen zu ermöglichen, wobei die Ausrichtungsanordnung (200) aus einer ausrichtbaren Wellenanordnung (200) gemäß Anspruch 14 besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Stützmittel (250) mit einem Bohrlochverankerungsmittel (206) zur selektiven zeitweisen Verankerung des weiteren Stützmittels (250) in einem zuvor gebohrten Bohrloch versehen ist, wodurch gesteuerte Drehungen des ersten Wellenstützmittels (212) in Bezug auf das weitere Stützmittel (250) und des zweiten Wellenstützmittels (214) in Bezug auf das erste Wellenstützmittel (212) eine selektive Veränderung (in Bezug auf das zuvor gebohrte Bohrloch, in dem das weitere Stützmittel zeitweise verankert ist) sowohl der Richtung (Lager) als auch des Winkelmaßes der Abweichung des Wellenmittels (232) in dem zweiten Wellenstützmittel (214), und damit eine Erweiterung der Bohrung, die von einem Meissel (204) am Untertageende (214) des Wellenmittels gebohrt werden soll, ermöglicht.
Richtbohrausrichtungsanordnung (200) gemäß Anspruch 16 und dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter aus einem Azimutsensor oder einem anderen richtungserfassenden Mittel besteht, der/das in Bezug auf das weitere Stützmittel (250) ortsfest ist und, zumindest wenn das Bohrlochverankerungsmittel (206) betriebsbereit ist, betriebsbereit ist, um die Richtung (Lager) des weiteren Stützmittels (250), wenn es verankert ist, zu erfassen, wodurch eine weitere möglicherweise notwendige oder wünschenswerte Abweichung bestimmt werden kann, damit sich der Bohrer (204) in eine bestimmte Richtung (222) vorwärts bewegen kann.
Ein Verfahren zum Richtbohren, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es aus den folgenden Schritten besteht: Bereitstellen einer Richtbohrausrichtungsanordnung (200) gemäß Anspruch 16 oder Anspruch 17, Befestigen eines Bohrmeissels (204) an dem entfernten Ende (214) des Wellenmittels (232) und Einsetzen der Ausrichtungsanordnung (200) am Untertageende eines Bohrgestänges in einem zuvor gebohrten Bohrloch, zeitweises Verankern des weiteren Stützmittels der Ausrichtungsanordnung in dem zuvor gebohrten Bohrloch, Erfassen der Richtung (Lager) des zeitweise verankerten weiteren Stützmittels (250), Drehen des ersten Wellenstützmittels (212) in Bezug auf das weitere Stützmittel (250) und/oder Drehen des zweiten Wellenstützmittels (214) in Bezug auf das erste Wellenstützmittel (212) bis die Drehachse (222) des Bohrmeissels (204) in einer ausgewählten Richtung ausgerichtet ist, und Fortsetzen des Bohrens.