DE69829586T2

DE69829586T2 - Bohrsystem mit stabilisator mit exzentrischem blatt einstellbaren durchmessers

Info

Publication number: DE69829586T2
Application number: DE69829586T
Authority: DE
Inventors: M. Jay EPPINK; E. David RIOS-ALEMAN; C. Albert ODELL
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 1997-12-04
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2018-12-04
Also published as: EP1044314A4; DE69835778T2; DE69837411D1; DE69829586D1; EP1044314B1; NO20002791D0; EP1398455B1; NO20002791L; NO323571B1; DE69837411T2; EP1405983A3; EP1044314A1; US6213226B1; EP1398455A3; EP1398455A2; EP1405983B1; WO1999028587A1; EP1405983A2; DE69835778D1; US6227312B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bohrsysteme für das Stabilisieren und Ausrichten von Bohrkronen, und insbesondere auf exzentrisch einstellbare Durchmesserstabilisatoren für das Stabilisieren und Kontrollieren der Bahn von Bohrkronen, und ganz besonders auf bizentrale Bohrkronen.
Während des Bohrens von Öl- und Gasbohrlöchern werden konzentrische Verrohrungen in das Bohrloch installiert und einzementiert, wenn das Bohrverfahren auf größere Tiefen vorstößt. Durch das Stützen zusätzlicher Verrohrungen innerhalb von vorher eingeführten Rohren wird der Raum um die neu installierte Verrohrung herum eingeschränkt. Außerdem wird der Durchflußbereich für die Förderung von Öl und Gas reduziert, wenn aufeinander folgende Verrohrungen mit immer kleineren Durchmessern innerhalb des Bohrlochs suspendiert werden. Um den Ringraumbereich für das Zementierverfahren und auch den Förderfließbereich zu vergrößern ist es seit einiger Zeit normal, ein neues Bohrloch mit einem größeren Durchmesser unter dem Anschlußende der vorher installierten Verrohrung und dem vorhandenen verrohrten Bohrloch zu bohren, so dass die Installation einer Verrohrung mit einem größeren Durchmesser möglich ist, welche sonst nicht in einem kleineren Bohrloch installiert werden könnte. Durch das Bohren des neuen Bohrlochs mit einem größeren Durchmesser als dem Innendurchmesser des vorhandenen verrohrten Bohrlochs kann ein größerer ringförmiger Bereich für das Zementierverfahren erzeugt werden, und die danach suspendierte neue Verrohrung kann einen größeren Innendurchmesser aufweisen, so dass ein größerer Durchflußbereich für das Fördern von Öl und Gas erzeugt wird.
Verschiedene Methoden wurden für das Hindurchführen einer Bohreinheit durch das vorhandene verrohrte Bohrloch erstellt um es der Bohreinheit zu ermöglichen, ein neues Bohrloch mit einem größeren Durchmesser als dem Innendurchmesser des oberen vorhandenen verrohrten Bohrlochs zu bohren. Eine solche Methode besteht aus dem Anwenden von Untergrundräumern, welche zusammengeklappt werden, um dieselben durch den kleineren Durchmesser des vorhandenen verrohrten Bohrlochs hindurchführen, und denselben dann ausdehnen zu können, um das neue Bohrloch zu räumen und einen größeren Durchmesser für die Installation der Verrohrung mit dem größeren Durchmesser zu erzeugen. Eine weitere Methode ist das Anwenden eines Flügelräumers, welcher über einer herkömmlichen Bohrkrone positioniert ist.
Eine weitere Methode für das Bohren eines Bohrlochs mit einem größeren Durchmesser umfasst eine Bohreinheit mit einer bizentralen Bohrkrone. Verschiedene Typen von bizentralen Bohrkronen werden von Diamond Products International^TM Inc. in Houston, Texas, hergestellt. Siehe Diamond Products International^TM Broschüre, welche hiermit unter Bezugnahme mit einbezogen wird.
Die bizentrale Bohrkrone besteht aus einem Kombinationsräumer und einer Pilotenbohrkrone. Die Pilotenbohrkrone ist an dem stromabwärtigen Ende der Bohreinheit positioniert, wobei der Räumerabschnitt stromaufwärts von der Pilotenbohrkrone positioniert ist. Die Pilotenbohrkrone bohrt ein Pilotenbohrloch in die Mitte der gewünschten Bahn des Bohrlochpfades hinein, und der exzentrische Räumerabschnitt folgt dann der Pilotenbohrkrone und räumt das Pilotenbohrloch, bis der gewünschte Durchmesser für das neue Bohrloch erreicht ist. Der Durchmesser der Pilotenbohrkrone wird aus Stabilitätsgründen so groß wie möglich eingestellt, wobei dieselbe jedoch noch durch das verrohrte Bohrloch hindurchführbar sein muß und es der bizentralen Bohrkrone erlauben muß, ein Bohrloch zu bohren, welches ungefähr 15% größer ist als der Durchmesser des vorhandenen verrohrten Bohrlochs. Da der Räumerabschnitt exzentrisch ist, neigt derselbe Räumerabschnitt dazu, ein Wackeln und ein unerwünschtes Ablenken von dem Mittelpunkt, und daher von der bevorzugten Bahn des Bohrlochbohrpfades, zu verursachen. Die bizentrale Bohrkrone neigt dazu, aus der Mitte des Bohrlochs herausgeschoben zu werden, da die aufgrund des Gewichts der Bohrkrone auf die Räumerflügel ausgeübte radiale Kraft erzeugte resultierende Kraft und die umlaufende Kraft, welche von dem Schneideelement der Pilotenbohrkrobe erzeugt wird, keinen Einfluß auf die Mittellinie der bizentralen Bohrkrone ausüben. Die bizentrale Bohrkrone neigt deshalb dazu, von der gewünschten Bahn des Bohrlochpfades abzuweichen, da diese resultierende Kraft keinen Einfluß auf den Mittelpunkt der bizentralen Bohrkrone ausübt.
Die Bohreinheit muß einen durchführbaren Durchmesser aufweisen, welcher das Durchführen derselben durch das vorhandene verrohrte Bohrloch ermöglicht. Der Räumerabschnitt der bizentralen Bohrkrone ist exzentrisch. Wir empfehlen, dass der Stabilisator ungefähr 9,1m (30 Fuß) über dem Räumerabschnitt der bizentralen Bohrkrone positioniert wird um ein radiales Ablenken derselben zu ermöglichen, ohne sie unnötig zu verkeilen, wenn sie durch das obere, vorhandene verrohrte Bohrloch hindurch geführt wird. Wenn der exzentrische Räumerabschnitt näher an dem Stabilisator positioniert würde, würde die Bohreinheit nicht mehr ausreichend abgelenkt und durch das obere, vorhandene verrohrte Bohrloch hindurch geführt werden. Der Stabilisator und die Meißelschäfte müssen ein radiales Ablenken der bizentralen Bohrkrone ohne ein unnötiges Verkeilen erlauben, wenn dieselbe durch das vorhandene verrohrte Bohrloch hindurch geführt wird.
Normalerweise wird ein Stabilisator mit feststehenden Flügeln an der Bohreinheit befestigt. Der Stabilisator mit den feststehenden Flügeln umfasst eine Reihe von Flügeln, welche azimuthal um den Umfang des Gehäuses des Stabilisators herum angeordnet sind, wobei die Außenkanten der Flügel konzentrisch sind und für den Kontakt mit der Wand des vorhandenen verrohrten Bohrlochs adaptiert werden. Das Stabilisatorgehäuse verfügt über ungefähr den gleichen Außendurchmesser wie die bizentrale Bohrkrone. Natürlich muß der Stabilisator mit den feststehenden Flügeln einen Durchmesser aufweisen, welcher kleiner ist als der Innendurchmesser des oberen, vorhandenen verrohrten Bohrlochs, d.h. einen durchführbaren Durchmesser. In der Tat muß der Stabilisator mit den feststehenden Flügeln einen Durchmesser aufweisen, welcher dem Außendurchmesser der Pilotenbohrkrone der bizentralen Bohrkrone gleicht oder kleiner ist. Ein Fachmann auf diesem Gebiet wird daher sofort erkennen, dass die Flügel des Stabilisators mit den feststehenden Flügeln nicht alle gleichzeitig die Wand des neuen Bohrlochs kontaktieren werden, da das neue Bohrloch einen größeren Durchmesser aufweisen wird als das obere, vorhandene verrohrte Bohrloch. Dadurch, dass nicht alle der feststehenden Flügel in die Wand des neuen Bohrlochs mit dem größeren Durchmesser eingreifen, wird der Stabilisator mit den feststehenden Flügeln innerhalb des neuen Bohrlochs nicht zentralisiert, und kann oft auch die resultierende, auf die bizentrale Bohrkrone ausgeübte Kraft nicht daran hindern, ein Abweichen der Mittellinie der Pilotenbohrkrone von der Mittellinie der bevorzugten Bahn des Bohrlochs zu verursachen.
Ein einstellbarer konzentrischer Flügelstabilisator kann mit der Bohreinheit angewendet werden. Der einstellbare Stabilisator ermöglicht ein Einklappen der Flügel in Richtung des Stabilisatorgehäuses, wenn die Bohreinheit durch das obere, vorhandene verrohrte Bohrloch hindurch geführt wird, wonach dieselben dann innerhalb des neuen Bohrlochs mit dem größeren Durchmesser ausgeklappt werden können, wobei die Stabilisatorflügel in die Wand des neuen Bohrlochs eingreifen, um die Fähigkeit des Stabilisators, die Mittellinie der Pilotenbohrkrone auf der Mittellinie des Bohrlochs zu halten, zu verbessern. Da der exzentrische Räumer der bizentralen Bohrkrone dazu neigt, die Pilotenbohrkrone von der Mittellinie zu verdrängen, kontaktieren die ausgefahrenen einstellbaren Stabilisatorflügel die gegenüber liegende Seite des neuen Bohrlochs, um dieser Kraft entgegen zu wirken und die Pilotenbohrkrone zentral zu halten.
Ein Typ eines einstellbaren konzentrischen Stabilisators wird von Halliburton, Houston, Texas, hergestellt und in den US-Patenten 5,318,137; 5,318,138; und 5,332,049 beschrieben, auf welche wir uns hiermit beziehen. Ein weiterer Typ eines einstellbaren konzentrischen Stabilisators wird von Andergauge^TM U.S.A. Inc., Spring, Texas, hergestellt. Siehe Andergauge^TM World Oil Artikel und Broschüre, auf welche wir uns hiermit beziehen. Stabilisatoren für Tieflochanwendungen werden auch in US 5,511,627 und US 5,368,114 beschrieben.
Auch bei einstellbaren konzentrischen Flügelstabilisatoren würden wir weiterhin empfehlen, dass der Stabilisator mindestens 30 Fuß (9,1m) über der bizentralen Bohrkrone positioniert wird. Der Außendurchmesser des Gehäuses eines Flügelstabilisators mit konzentrisch einstellbarem Durchmesser ist ein wenig größer als der Außendurchmesser des steuerbaren Motors. Das Gehäuse des einstellbaren Flügelstabilisators beinhaltet eine große Anzahl von Flügeln, welche azimuthal um dessen Umfang herum angeordnet sind und sich radial von einem zentralen Fließdurchgang erstrecken, welcher sich wiederum durch die Mitte des Stabilisatorgehäuses erstreckt. Um eine große Anzahl von Flügeln in dem Innenraum des Gehäuses beherbergen zu können ist es notwendig, den Außendurchmesser des Gehäuses zu vergrößern. Dies produziert eine Versetzung innerhalb des Gehäuses. Der Außendurchmesser des einstellbaren Stabilisatorgehäuses darf jedoch den Außendurchmesser der Pilotenbohrkrone nicht überschreiten, wenn der einstellbare Stabilisator weniger als 30 Fuß (9,1m) von der bizentralen Bohrkrone entfernt positioniert werden soll. Wenn der Außendurchmesser zum Beispiel nur um % Zoll (12,7mm) vergrößert wird, würde keine ausreichende Ablenkung der Bohreinheit möglich sein, um ein Durchführen der Bohreinheit durch das vorhandene verrohrte Bohrloch zu erlauben.
Der Stabilisator ist so weit von der bizentralen Bohrkrone entfernt, dass er nicht verhindern kann, dass der exzentrische Räumerabschnitt von der Wand des neuen Bohrlochs abgeschoben wird und auch die Pilotenbohrkrone von der Mittellinie der Bahn des Bohrlochpfades ablenkt, und auf diese Weise ein Bohrloch produziert, welches zu klein ist, d.h. einen Durchmesser produziert, welcher kleiner ist als der gewünschte Durchmesser. Ein solches Bohrverfahren kann ein zu kleines Bohrloch produzieren, welches ungefähr den gleichen Durchmesser aufweisen wird wie eine herkömmliche Bohrkrone produziert hätte.
Das Positionieren des Stabilisators ungefähr 30 Fuß (9,1m) über der bizentralen Bohrkrone stellt sicher, dass der Ablenkwinkel zwischen dem Stabilisator und dem exzentrischen Räumerabschnitt so klein wie möglich gehalten wird, so dass derselbe das Durchführen der Bohreinheit nicht beeinflußt. Wenn der Stabilisator näher an die bizentrale Bohrkrone heran bewegt wird, wird dieser Ablenkwinkel jedoch vergrößert, bis der Stabilisator zu nah an der bizentralen Bohrkrone positioniert ist, was ein Verkeilen desselben innerhalb des Bohrlochs verursachen, und ein Durchführen der Einheit durch das vorhandene verrohrte Bohrloch verhindern wird.
Es wird bevorzugt, dass der Stabilisator nur zwei oder drei Fuß über der bizentralen Bohrkrone positioniert wird um sicherzustellen, dass die Pilotenbohrkrone zentral bohrt. Das Positionieren des Stabilisators in der Nähe der bizentralen Bohrkrone wird nicht nur aus dem Grund bevorzugt, dass der Stabilisator die Pilotenbohrkrone in der Mitte hält, sondern auch aus dem Grund, dass der Stabilisator einen Drehpunkt für die Bohreinheit repräsentiert, so dass die Bohrrichtung der Bohrkrone gesteuert werden kann. Dies wird von einem Fachmann auf diesem Gebiet mittels der Kenntnis der verschiedenen Typen von Bohreinheiten, welche für das Bohren in eine gewünschte Richtung verwendet werden, verstanden werden, egal ob die Bohrrichtung ein gerades Bohrloch oder ein gekrümmtes Bohrloch produzieren soll.
Eine Pendelbohreinheit umfasst einen Stabilisator mit feststehenden Flügeln, welcher ungefähr 9,1m bis 27,4m (30 bis 90 Fuß) über der herkömmlichen Bohrkrone positioniert ist, wobei sich Meißelschäfte zwischen denselben erstrecken. Der Stabilisator mit den feststehenden Flügeln übernimmt die Rolle des Drehpunktes oder Drehgelenks für die Bohrkrone. Das Gewicht der Meißelschäfte veranlaßt die Bohrkrone dazu, sich unter der Einwirkung von Schwerkraft an den Meißelschäften in einer abwärtigen Richtung zu drehen, um den Lochwinkel zu reduzieren. Das Auferlegen eines Gewichts auf die Längsachse der Bohrkrone ist für das Bohren jedoch notwendig. Das Durchhängen der Meißelschäfte unter dem Stabilisator verursacht ein Ausrichten der Mittellinie der Bohrkrone in Richtung über den Punkt, an welchem das Bohrloch gebohrt wird. Wenn die Neigung des Bohrlochs langsamer gesteigert werden soll, wird mehr Gewicht auf die Bohrkrone aufgelegt. Die durch das Auferlegen eines größeren Gewichts auf die Bohrkrone resultierende größere Kraft in eine aufwärtige Richtung gleicht einen Teil der seitlichen Kraft des Meißelschaftgewichts aus, so dass das Bohrloch nun mit weniger Durchhang gebohrt werden kann. Oft wird eine solche Pendeleinheit dazu angewendet, die Richtung des Bohrlochs wieder auf die eine vertikale zurückzubringen. Die Richtungsneigung der Pendeleinheit ist besonders empfindlich gegenüber dem Gewicht auf der Bohrkrone. Normalerweise wird die Penetrationsrate während des Bohrens des Bohrlochs dramatisch reduziert, um eine akzeptable, d.h. beinahe vertikale Richtung aufrecht erhalten zu können.
Eine Lochverdichtungsbohreinheit umfasst normalerweise eine herkömmliche Bohrkrone mit einem unteren Stabilisator ungefähr 0,9m (3 Fuß) über der Bohrkrone, einem Zwischenstabilisator ungefähr 3,0 (10 Fuß) über dem unteren Stabilisator, und dann einem oberen Stabilisator ungefähr 9,1m (30 Fuß) über dem Zwischenstabilisator. Ein vierter Stabilisator ist nicht ungewöhnlich. Meißelschäfte sind zwischen den Stabilisatoren positioniert. Ein jeder der Stabilisatoren besteht aus einem großräumigen Stabilisator mit feststehenden Flügeln mit wenig oder keinem Abstand zwischen den Stabilisatorflügeln und der Bohrlochwand. Der Zweck einer solchen Lochverdichtungsbohreinheit ist das Bereitstellen einer kurzen, steifen Bohreinheit mit so wenig Ablenkung wie nur möglich, so dass ein gerades Bohrloch gebohrt werden kann. Die Neigung der Lochverdichtungseinheit, ein gerades Bohrloch zu bohren, ist normalerweise unabhänging von dem Gewicht der Bohrkrone.
Eine Rotierbohreinheit kann eine herkömmliche Bohrkrone umfassen, welche an einem unteren Stabilisator befestigt ist, welcher normalerweise 0,7 bis 0,9m (2½ bis 3 Fuß) über der Bohrkrone positioniert ist. Eine Reihe von Meißelschäften erstreckt sich zwischen dem unteren Stabilisator und anderen Stabilisatoren der unteren Tieflocheinheit. Der zweite Stabilisator ist normalerweise 3,0 bis 4,6m (10 bis 15 Fuß) über dem unteren Stabilisator positioniert. Es können außerdem weitere Stabilisatoren über dem zweiten Stabilisator positioniert werden. Normalerweise ist der untere Stabilisator 0,8mm (1/32 Zoll), und bis zu 6,4mm (¼ Zoll) kleiner als die volle Größe. Die weiteren Stabilisatoren sind normalerweise 3,2 bis 6,4mm (1/8 bis ¼ Zoll) kleiner als die volle Größe. Der zweite Stabilisator kann entweder aus einem Stabilisator mit feststehenden Flügeln, oder neuerdings auch aus einem einstellbaren Flügelstabilisator bestehen. Während des Betriebs übernimmt der untere Stabilisator die Rolle eines Drehpunktes oder eines Drehgelenks für die Bohrkrone. Das Gewicht der Meißelschäfte auf einer Seite des unteren Stabilisators kann den zweiten Stabilisator abwärts bewegen, bis derselbe auf dem Boden des Bohrloches aufliegt, d.h. die Längsachse der Bohrkrone wird unter Einwirkung von Schwerkraft auf der anderen Seite des unteren Stabilisators in eine solche Richtung aufwärts gedreht, dass ein Bohrwinkel konstruiert werden kann. Eine radiale Änderung der Flügel, entweder feststehende oder einstellbare, des zweiten Stabilisators kann die vertikale Drehung der Bohrkrone an dem unteren Stabilisator kontrollieren, so dass ein zweidimensionales, schwerkraftbasiertes, steuerbares System erzeugt werden kann, mit welchem wie erwünscht entweder die Bohrlochrichtung konstruiert oder die Neigung reduziert werden kann.
Im Gegensatz zu Rotierbohrsystemen umfassen steuerbare Systeme eine Bohrlochbohreinheit mit einem steuerbaren Motor für das Rotieren der Bohrkrone. Normalerweise werden solche Rotiereinheiten für das Bohren von im Wesentlichen geraden Löchern oder solchen Löchern angewendet, welche mit Hilfe von Schwerkraft gebohrt werden können. Schwerkraft kann in sehr gekrümmten oder horizontalen Bohrlöchern wirkungsvoll genutzt werden, um die Neigung zu kontrollieren. Schwerkraft kann jedoch nicht dazu angewendet werden, den Azimuth zu kontrollieren. Eine typische steuerbare Bohrlocheinheit umfasst eine Bohrkrone, welche an der Abgangswelle eines steuerbaren Motors befestigt ist. Ein unterer Stabilisator mit feststehenden oder einstellbaren Flügeln ist an dem Gehäuse des steuerbaren Motors befestigt. Ein einstellbarer Flügelstabilisator an dem Motorgehäuse ist nicht mehrfach positionierbar und weist entweder eine eingefahrene oder eine ausgefahrene Position auf. Der steuerbare Motor umfasst eine Krümmung, normalerweise zwischen ¾° und 3°. Über dem steuerbaren Motor befindet sich ein oberer Stabilisator mit feststehenden oder konzentrisch einstellbaren Flügeln oder eine Slickeinheit. Normalerweise wird der untere Stabilisator mit feststehenden Flügeln als ein Drehpunkt oder ein Drehgelenk angewendet, wobei die untere Bohrlocheinheit den Bohrwinkel durch Einstellen der Flügel des oberen konzentrisch einstellbaren Flügelstabilisators konstruieren oder reduzieren kann. Der obere konzentrisch einstellbare Flügelstabilisator kann mehrere Positionen umfassen, wobei die Stabilisatorflügel über eine Reihe von konzentrisch radialen Positionen in Bezug auf das Gehäuse des Stabilisators verfügen, und daher die Bohrkrone mittels des Drehpunktes des unteren Stabilisators mit den feststehenden Flügeln aufwärts oder abwärts drehen. Es ist dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt, dass ein konzentrisch einstellbarer Flügelstabilisator unter dem Motor, d.h. an der Abgangswelle des Motors zwischen der Bohrkrone und dem Motor befestigt werden kann, so dass der konzentrisch einstellbare Flügelstabilisator mit der Bohrkrone rotiert. Einer der Hauptvorteile des steuerbaren Motors besteht daraus, dass dieser ein laterales Bewegen der Bohrkrone oder ein Ändern des Azimuths ermöglicht, während eine herkömmliche Rotiereinheit hauptsächlich ein Konstruieren oder Reduzieren des Bohrwinkels der Bohrkrone erlaubt.
Die steuerbare Bohreinheit umfasst zwei Bohrmoden, d.h. einen Rotiermodus und einen Gleitmodus. Im Rotiermodus rotiert nicht nur die Bohrkrone mittels des steuerbaren Motors, sondern das gesamte Bohrgestänge rotiert auch mittels eines Drehtisches auf der Bohrinsel, wodurch die Krümmung in dem steuerbaren Motor dazu veranlaßt wird, sich um die Mittellinie der unteren Bohrlocheinheit zu drehen. Normalerweise wird der Rotierbohrmodus für das gerade Bohren oder leichte Krümmungsänderungen angewendet und wird bevorzugt, da er eine hohe Bohrrate ermöglicht.
Der andere Bohrmodus ist der Gleitmodus, in welchem nur die Bohrkrone mittels des steuerbaren Motors rotiert wird, und das Bohrgestänge nicht mehr von dem Drehtisch an der Erdoberfläche rotiert wird. Die Krümmung in dem steuerbaren Motor wird in eine bestimmte Richtung ausgerichtet, und nur die Bohrkrone wird mittels eines Flüssigkeitsdurchflusses durch den steuerbaren Motor rotiert, um in die bevorzugte Richtung zu bohren, normalerweise um die Bohrhrichtung zu korrigieren. Der Rest der Bohrlocheinheit gleitet dann in das Loch hinunter, welches mit der Bohrkrone gebohrt wurde. Das Rotieren der Bohrkrone wird durch den Abgang der Antriebswelle des steuerbaren Motors erzeugt. Der Gleitmodus wird nicht bevorzugt, da er in einer sehr viel langsameren Bohrrate oder Penetrationsrate resultiert als der Rotiermodus.
Es ist ersichtlich, dass die Rotiereinheit und die steuerbare Einheit mit einer herkömmlichen Bohrkrone davon abhängig sind, dass ein Stabilisator die Rolle eines Drehpunktes oder Drehgelenks für das Ändern der Bohrrichtung der Bohrkrone übernimmt. Wenn eine bizentrale Bohrkrone mit diesen Bohreinheiten verwendet wird, kann eine nahe Bohrkronenstabilisierung nicht erreicht werden, da der nähste Stabilisator erst ungefähr 9,1m (30 Fuß) über der bizentralen Bohrkrone positioniert werden kann, denn die Bohreinheit muß durch das obere vorhandene verrohrte Bohrloch hindurch geführt werden. Da sich der nähste Stabilisator 9,1m (30 Fuß) über der bizentralen Bohrkrone befindet, repräsentiert die Bohreinheit effektiv eine Pendelbohreinheit und stellt daher wie weiter oben beschrieben während des Kontrollierens der Mittellinie der Pilotenbohrkrone, und daher der Bohrrichtung, ein Problem dar. Wie auch bei der Pendeleinheit ist die Bohrkrone hier in eine Richtung abgewinkelt, um einen Winkel zu konstruieren. Bei einer normalen Pendeleinheit beeinflußt die Schwerkraft die Bohrkrone auf eine solche Weise, dass dieselbe auf die niedrigere Seite verdrängt wird und dort schneidet, so dass die Neigung der Bohrkrone je nach dem Gewicht auf der Bohrkrone, der Bohrrate, den Gesteinscharakteristiken, des Bohrkronendesigns, usw. effektiv nicht mehr den wichtigsten Punkt repräsentiert. Bei den meisten bizentralen Bohrkronen ist die von dem Räumer erzeugte laterale Kraft größer als die Schwerkraft bei geringen Neigungen, so dass die Bohrkrone nicht nur auf der niedrigen Seite seitlich schneidet, sondern in alle Richtungen rund um das Bohrloch herum. Dies verleiht der Bohrkronenneigung eine wichtigere Rolle, und die bizentrale Bohrkrone kann daher einen Winkel leichter konstruieren als eine herkömmliche Bohrkrone. Es ist daher eindeutig klar, dass die bestmögliche Bohrlocheinheit mit einer bizentralen Bohrkrone weitaus weniger stabil sein wird als eine vergleichbare Bohrlocheinheit mit einer standardgemäßen Bohrkrone. Aufgrund dieser geringeren Stabilität würden Rotiereinheiten mit feststehenden Flügelstabilisatoren ein ununterbrochenes Ändern und Ein- und Ausführen in das Bohrloch hinein und aus demselben heraus fordern, um dieselben für verschiedene Bohrlochneigungskorrekturen gegen Stabilisatoren mit unterschiedlichen Durchmessers auszutauschen. Außerdem fordern steuerbare Einheiten aufgrund dieser geringen Stabilität ein sehr häufiges Neuorientieren der Bohrlochrichtung, um die Bohrrichtung zu korrigieren, und fordern daher die Anwendung des Gleitbohrmodus mit der dazugehörigen niedrigen Penetrationsrate.
Außerdem wird ein Bohren im Gleitmodus oft einen abrupten Knick oder eine Krümmung des Bohrloches produzieren. Im Idealfall sollten keinerlei abrupte Richtungsänderungen auftreten. Obwohl ein allmählicher und gleichmäßiger Knick von 2° über 30,5m (100 Fuß) sich nicht nachteilig auswirken wird, wird sich eine abrupte Änderung von 2° an einem einzigen Ort alle 30,5m (100 Fuß) nachteilig erweisen. Abrupte Änderungen der Bohrbahn verursachen Toriuosität. Der Begriff Tortuosität beschreibt ein Bohrloch, welches eine Bahn in der Form eines Korkenziehers aufweist, welche viele Richtungsänderungen innerhalb desselben Bohrlochs erzeugt und einen besonders gewundenen Bohrlochpfad formt, durch welchen die Bohrlocheinheit und das Bohrgestänge in das Bohrloch hinein und aus demselben heraus befördert werden müssen. Tortuosität steigert das Moment und den Widerstand auf das Bohrgestänge ganz beachtlich. Bei weit ausgestreckten Bohrverfahren schränkt Toriuosität die Reichweite ein, mit welcher das Bohrgestänge bohren kann, und beschränkt daher auch die Länge des weit ausgestreckten Bohrlochs. Tortuosität schränkt außerdem das Moment ein, welches effektiv auf die Bohrlocheinheit auferlegt werden kann, und verursacht ein Festsetzen des Bohrgestänges oder der Bohrlocheinheit in dem Bohrloch. Der Artikel mit dem Titel „Use of Bicenter PDC Bit Reduces Drilling Cost" von Robert G. Casto in der Veröffentlichung des Oil & Gas Journal vom 13. November 1995 beschreibt die Nachteile des Bohrens im Gleitmodus. Es dürfte dem Fachmann auf diesem Gebiet daher klar sein, dass Bohrinselkosten außerordentlich hoch sind und es daher wünschenswert ist, das Bohren im Gleitmodus so weit wie möglich einzuschränken.
Der oben beschriebene Stand der Technik ist hauptsächlich auf das Bohren mit geringeren Winkeln ausgerichtet. Während des Bohrens mit größeren Winkeln neigt der Räumerabschnitt der bizentralen Bohrkrone dazu, die Unterseite des Lochs zu räumen und zu unterschneiden, wonach das Loch einen Winkelabfall der Bohrkrone verursacht. Dies hängt stark von der Formation ab und macht die bizentrale Bohrkrone noch unstabiler und unberechenbarer.
Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile des aktuellen Standes der Technik.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Methode und das Gerät der vorliegenden Erfindung umfasst eine Bohreinheit mit einem Flügelstabilisator mit einem exzentrisch einstellbaren Durchmesser. Der exzentrische Stabilisator umfasst ein Gehäuse mit einem feststehenden Stabilisatorflügel und einem Paar einstellbarer Stabilisatorflügel. Die einstellbaren Stabilisatorflügel sind in Öffnungen in dem Gehäuse des exzentrischen Stabilisators untergebracht. Ein Extenderkolben ist in einem Kolbenzylinder untergebracht, für das Ergreifen und Bewegen der einstellbaren Stabilisatorflügel auf eine ausgefahrene Position, und eine Rückstellfeder ist in dem Stabilisatorgehäuse positioniert und ergreift die einstellbaren Stabilisatorflügel operativ, für das Zurückstellen derselben in eine eingefahrene Position. Das Gehäuse umfasst Nockenflächen, welche in korrespondierende abgeschrägte Flächen der Stabilisatorflügel eingreifen, so dass die Flügel während einer axialen Bewegung der einstellbaren Stabilisatorflügel nach außen in ihre ausgefahrene Position geschoben werden. Der exzentrische Stabilisator umfasst außerdem ein oder mehrere Durchflußrohre, durch welche Bohrschlamme fliessen und einen Druck auf den ausgefahrenen Kolben auferlegen können, so dass der Differentialdruck über dem Stabilisatorgehäuse die Extenderkolben betätigt und auf diese Weise die einstellbaren Stabilisatorflügel axial stromaufwärts bewegt und dieselben in ihre ausgefahrene Position schiebt.
Der exzentrische Stabilisator ist an einer bizentralen Bohrkrone befestigt, welche einen exzentrischen Räumerabschnitt und eine Pilotenbohrkrone umfasst. In der eingefahrenen Position formen die Kontaktbereiche zwischen dem exzentrischen Stabilisator und dem Bohrloch eine Kontaktachse, welche die Achse der bizentralen Bohrkrone überliegt. In der ausgefahrenen Position verlegen die ausgefahrenen einstellbaren Stabilisatorflügel die Kontaktachse, so dass die Kontaktbereiche zwischen dem exzentrischen Stabilisator und dem Bohrloch eine Kontaktachse formen, welche die Achse der Pilotenbohrkrone überliegt. Während des Betriebs befinden sich die einstellbaren Flügel des exzentrischen Stabilisators in ihrer eingefahrenen Position, wenn die Bohreinheit durch das vorhandene verrohrte Bohrloch hindurch geführt wird, wonach die einstellbaren Flügel dann auf ihre ausgefahrene Position ausgefahren werden, um die Kontaktachse so zu verlegen, dass der exzentrische Stabilisator die Pilotenbohrkrone in die gewünschte Bohrrichtung stabilisiert, wenn der exzentrische Räumerabschnitt das neue Bohrloch räumt. Wenn das Bohrverfahren abgeschlossen ist, werden die Flügel mittels der Rückstellfeder eingefahren, wenn der Durchfluß abgestellt wird, so dass die Einheit dann durch das vorhandene verrohrte Bohrloch wieder an die Erdoberfläche zurück geführt werden kann.
Der exzentrische Stabilisator der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Realisieren des Stabilisators in der Form eines bohrkronennahen Stabilisators, so dass der Stabilisator nur ein paar Fuß von der bizentralen Bohrkrone entfernt positioniert werden kann. Durch das Positionieren des exzentrischen Stabilisators in der Nähe der bizentralen Bohrkrone und das Anheben und Herablassen der Meißelschäfte, welche stromaufwärts von dem exzentrischen Stabilisator angeschlossen sind, übernimmt der exzentrische Stabilisator die Rolle eines Drehpunktes für das Einstellen der Bohrrichtung der bizentralen Bohrkrone. Außerdem wird die Stabilität der unteren Bohrlocheinheit durch das Positionieren des Stabilisators in der Nähe der bizentralen Bohrkrone wesentlich verbessert und reduziert den Stress, welcher aufgrund von Wirbeln in vorher nicht stabilisierten Bereichen der Bohrlocheinheit entsteht. Ein Fachmann auf diesem Gebiet wird daher erkennen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine Anwendung als ein bohrkronennaher Stabilisator beschränkt ist, sondern auch als ein Gestängestabilisator angewendet werden kann.
Andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden nach Durchsicht der folgenden Beschreibung erkennbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es folgt eine detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, wobei:
1 eine gehobene Querschnittsansicht eines Flügelstabilisators mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser der vorliegenden Erfindung in dem Bohrloch zeigt, wobei die einstellbaren Flügel hier in der eingefahrenen Position dargestellt sind;
2A eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 2A in 1 zeigt, wobei hier die Durchflußrohre und die Federzylinder dargestellt sind;
2B eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 2B in 1 zeigt, wobei hier die Rückstellkolben dargestellt sind;
2C eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 2C in 1 zeigt, wobei die einstellbaren Flügel hier in ihrer eingefahrenen Position dargestellt sind;
2D eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 2D in 1 zeigt, wobei hier die Durchflußrohre und die Kolbenzylinder dargestellt sind;
2E eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 2E in 1 zeigt, wobei hier das stromabwärtige Ende des Stabilisators dargestellt ist;
2F eine Endansicht des feststehenden Stabilisatorflügels entlang der Ebene 2F in 1 zeigt;
3 eine gehobene Querschnittsansicht der Flügelstabilisators mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser von 1 zeigt, wobei die einstellbaren Flügel hier in ihrer ausgefahrenen Position dargestellt sind;
4A eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 4A in 3 zeigt, wobei die einstellbaren Flügel hier in ihrer ausgefahrenen Position dargestellt sind;
4B eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 4B in 3 zeigt, wobei die Extenderkolben hier in Eingriff mit den Flügeln in der ausgefahrenen Position dargestellt sind;
4C eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 4C in 3 zeigt, wobei das stromabwärtige Ende des Stabilisators hier mit den Flügeln in der ausgefahrenen Position dargestellt ist;
5 eine gehobene Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform des Flügelstabilisators mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser der vorliegenden Erfindung mit drei einstellbaren Stabilisatorflügeln zeigt;
6 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 6 in 3 zeigt, wobei die drei einstellbaren Flügel hier in der eingefahrenen Position dargestellt sind;
7 eine gehobene Querschnittsansicht der alternativen Ausführungsform von 5 zeigt, wobei die einstellbaren Flügel hier in der ausgefahrenen Position dargestellt sind;
8 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 8 in 7 zeigt, wobei die drei einstellbaren Flügel hier in der ausgefahrenen Position dargestellt sind;
9 eine gehobene Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Flügelstabilisators mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei hier ein einziger einstellbarer Flügel in der eingefahrenen Position dargestellt wird;
10 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 10 in 9 zeigt, wobei der einstellbare Flügel hier in seiner eingefahrenen Position dargestellt wird;
11 eine gehobene Querschnittsansicht des Stabilisators von 9 zeigt, wobei der einstellbare Flügel hier in der ausgefahrenen Position dargestellt wird;
12 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 12 in 11 zeigt, wobei der einstellbare Flügel hier in der ausgefahrenen Position dargestellt wird;
13 eine weitere Ausführungsform des Flügelstabilisators mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser der vorliegenden Erfindung von 9-12 zeigt, wobei diese Ausführungsform Knöpfe ausweist, welche sich in der eingefahrenen Position befinden;
14 einen Querschnittsansicht entlang der Ebene 14 in 13 zeigt, wobei die Knöpfe hier in der eingefahrenen Position dargestellt sind;
15 eine gehobene Querschnittsansicht des Stabilisators von 13 zeigt, wobei die Knöpfe hier in der ausgefahrenen Position gezeigt sind;
16 eine Querschnittsposition entlang der Ebene 16 in 15 zeigt, wobei die Knöpfe hier in der ausgefahrenen Position dargestellt sind;
17 eine diagrammatische gehobene Ansicht einer Rotierbohreinheit mit einer bizentralen Bohrkrone, den Stabilisator von 1-4, Meißelschäfte, und einen oberen feststehenden Flügelstabilisator zeigt;
18 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 18 in 17 zeigt, wobei der feststehende Flügelstabilisator hier in einem vorhandenen verrohrten Bohrloch dargestellt ist;
19 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 19 in 17 zeigt, wobei der einstellbare Flügelstabilisator hier in der eingefahrenen Position dargestellt ist;
20 eine diagrammatische gehobene Ansicht der Bohreinheit von 17 zeigt, wobei die einstellbaren Flügel hier in der ausgefahrenen Position, und die Bohreinheit in dem neuen Bohrloch dargestellt sind;
21 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 21 in 20 zeigt, wobei hier das Positionieren des feststehenden Flügelstabilisators in dem neuen Bohrloch dargestellt ist;
22 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 22 in 20 zeigt, wobei die einstellbaren Flügel hier in der ausgefahrenen Position dargestellt sind und die Wand des neuen Bohrlochs kontaktieren;
23 eine diagrammatische gehobene Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Bohreinheit von 17-23 zeigt, wobei hier ein oberer Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser der vorliegenden Erfindung als der obere Stabilisator in der eingefahrenen Position in einem vorhandenen verrohrten Bohrloch dargestellt ist;
24 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 24 in 23 zeigt, wobei der obere Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser hier in der eingefahrenen Position dargestellt ist;
25 eine diagrammatische gehobene Ansicht der Bohreinheit von 23 zeigt, wobei die einstellbaren Flügel der oberen und unteren Stabilisatoren hier in der ausgefahrenen Position dargestellt sind;
26 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 26 in 25 zeigt, wobei die einstellbaren Flügel hier in der ausgefahrenen Position dargestellt sind;
27 eine diagrammatische gehobene Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Bohreinheit von 17-22 mit einem einstellbaren konzentrischen Stabilisator als den oberen Stabilisator in der eingefahrenen Position in einem verrohrten Bohrloch zeigt;
28 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 28 in 27 zeigt, wobei die einstellbaren Flügel des einstellbaren konzentrischen Stabilisators hier in der eingefahrenen Position dargestellt sind;
29 eine diagrammatische gehobene Ansicht der Bohreinheit von 27 zeigt, wobei die einstellbaren Flügel der zwei Stabilisatoren hier in der ausgefahrenen Position dargestellt sind;
30 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 30 in 29 zeigt, wobei die einstellbaren Flügel des einstellbaren konzentrischen Stabilisators hier in der ausgefahrenen Position dargestellt sind;
31 eine diagrammatische gehobene Ansicht einer unteren Bohrlocheinheit für das direktionale Bohren zeigt, welche eine bizentrale Bohrkrone und einen Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser umfasst, welcher an der Abgangswelle eines Bohrlochbohrmotors befestigt ist, wobei ein einstellbarer konzentrischer Stabilisator über dem Motor, und alle Komponenten hier innerhalb eines verrohrten Bohrlochs, und die Flügel des Stabilisators in der eingefahrenen Position positioniert sind;
32 eine diagrammatische gehobene Ansicht der Bohrlocheinheit von 31 zeigt, wobei die Flügel der zwei Stabilisatoren hier in der ausgefahrenen Position dargestellt sind;
33 eine diagrammatische gehobene Ansicht einer unteren Bohrlocheinheit zeigt, welche der von 31 gleicht, und welche einen feststehenden Flügelstabilisator als ihren oberen Stabilisator umfasst;
34 eine diagrammatische gehobene Ansicht der unteren Bohrlocheinheit von 33 zeigt, wobei die einstellbaren Flügel des unteren Flügelstabilisators mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser hier in der ausgefahrenen Position dargestellt ist;
35 eine diagrammatische gehobene Ansicht einer weiteren Ausführungsform der unteren Bohrlocheinheit zeigt, welche hier eine herkömmliche Bohrkrone mit einem unteren Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser umfasst, welcher an dem Gehäuse eines steuerbaren Bohrlochbohrmotors befestigt ist, wobei ein oberer Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser über dem Motor befestigt ist, welcher hier während des Durchführens der unteren Bohrlocheinheit durch ein vorhandenes verrohrtes Bohrloch dargestellt ist;
36 eine Querschnittsansicht entlang einer Ebene 36 in 35 zeigt, wobei der Stabilisator hier in der eingefahrenen Position dargestellt ist;
37 eine diagrammatische gehobene Ansicht der unteren Bohrlocheinheit in 35 zeigt, wobei die Bohrlocheinheit hier ein neues Bohrloch bohrt, welches gerade ist;
38 eine diagrammatische gehobene Ansicht der Bohrlocheinheiten von
35 und 37 zeigt, wobei der Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser hier in der ausgefahrenen Position dargestellt ist und die Bohrkrone dazu veranlaßt, mit einem ansteigenden Winkel zu bohren;
39 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 39 in 37 zeigt, wobei die einstellbaren Stabilisatorflügel hier in der ausgefahrenen Position dargestellt sind;
40 eine diagrammatische gehobene Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Bohreinheit zeigt, welche hier eine standardgemäße Bohrkrone mit einem Flügelräumer stromaufwärts von der Bohrkrone umfasst, sowohl wie einen Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser, welcher über dem Flügelräumer befestigt ist, wobei die Flügel hier in der eingefahrenen Position dargestellt sind, während die Einheit durch ein vorhandenes verrohrtes Bohrloch hindurch geführt wird;
41 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 41 in 40 zeigt, welche den Flügelräumer darstellt;
42 eine diagrammatische gehobene Ansicht der Bohreinheit von 40 zeigt, wobei die einstellbaren Flügel in der ausgefahrenen Position dargestellt sind;
43 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 43 in 42 zeigt, wobei die einstellbaren Flügel hier in der ausgefahrenen Position dargestellt sind;
44 eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform des Betätigungskolbens in der eingefahrenen Position für den Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser von 1 zeigt;
45 eine Querschnittsansicht des Betätigungskolbens von 44 in der ausgefahrenen Position zeigt;
46 eine Querschnittsansicht des Betätigungskolbens von 44 in einer zum Teil eingefahrenen Position zeigt;
47 eine gehobene Querschnittsansicht eines alternativen Betätigers in der eingefahrenen Position für den Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser von 1 zeigt;
48 eine gehobene Querschnittsansicht des Betätigers von 47 in der ausgefahrenen Position zeigt;
49 eine Querschnittsansicht der Ausrichtungsteile für die Verbindung zwischen dem Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser und der bizentralen Bohrkrone zeigt;
50 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 50-50 in 49 des Ausrichtungsteils zeigt;
51 eine diagrammatische gehobene Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Bohreinheit mit einer standardgemäßen Bohrkrone und einem Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser zeigt, welcher über der gebogenen Untereinheit und dem steuerbaren Motor befestigt ist;
52 eine perspektivische Ansicht des Nockenteils für den Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser von 1 zeigt;
53 eine perspektivische Ansicht der Rampe für das Nockenteil von 52 zeigt;
54 eine Querschnittsansicht des Flügels des Stabilisators von 1 zeigt;
55 eine Endansicht des Flügels von 54 zeigt;
56 eine Unteransicht des Flügels zeigt, welcher in 54 dargestellt ist; und
57 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 57-57 in 54 zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Methoden und Geräte für das Stabilisieren von Bohrkronen und das Ändern der Bohrbahn von Bohrkronen während des Bohrens von verschiedenen Typen von Bohrlöchern in einem Hauptbohrloch. Die vorliegende Erfindung bietet Ausführungsformen verschiedener Art. Die Zeichnungen sowohl wie die hier aufgeführten Beschreibungen werden spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter der Voraussetzung eingehend illustrieren, dass die vorliegenden Beschreibungen als Beispiele der Prinzipen der Erfindung angesehen werden sollten, und dass nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf die illustrierten und beschriebenen Beispiele zu beschränken.
Insbesondere bieten verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Reihe von verschiedenen Konstruktionen und Methoden für den Betrieb des Bohrsystems, von welchen eine jede dazu angewendet werden kann, einen von vielen verschiedenen Bohrlochtypen für ein Hauptbohrloch zu bohren, welche ein neues Bohrloch, ein erweitertes Bohrloch, das Erweitern eines vorhandenen Bohrlochs, das seitliche Abzweigen eines Bohrlochs, ein gekrümmtes Bohrloch, das Vergrößern eines vorhandenen Bohrlochs, das Räumen eines vorhandenen Bohrlochs, und andere Bohrlochtypen für das Bohren und Komplettieren eines Förderhorizontes einschliessen. Die Ausführungen der vorliegenden Erfindung bieten außerdem eine Reihe von Methoden für das Anwenden des Bohrsystems der vorliegenden Erfindung. Es muß dabei berücksichtigt werden, dass die verschiedenen Lehren der hier beschriebenen Ausführungsformen auch getrennt ode in einer beliebigen geeigneten Kombination angewendet werden können, um die gewünschten Resultate zu produzieren.
Unter anfänglicher Bezugnahme auf 1 und 2A-2E wird hier ein Flügelstabilisator mit einem exzentrisch einstellbaren Durchmesser geoffenbart, welcher allgemein durch den Pfeil 10 angedeutet wird. Unter besonderer Bezugnahme auf 2A umfasst der Stabilisator 10 ein allgemein rohrförmiges Gehäuse 12 mit einer Achse 17 und einer primären Dicke oder einem Durchmesser 14, welche ungefähr dem Durchgangsdurchmesser der Meißelschäfte 16 gleicht, sowohl wie die anderen Komponenten 18, welche daran befestigt sind, für das Formen einer der weiter unten beschriebenen Einheiten. Das Gehäuse 12 umfasst mit Gewinden ausgestattete Boxenden 20, 22 an jedem Ende desselben Gehäuses 12. Das stromaufwärtige Boxende 20 ist mit einem Gewindestiftende einer rohrförmigen Adapteruntereinheit 21 verbunden, welche wiederum mittels einem weiteren Stiftende mit dem Boxende des Meißelschaftes 16 verbunden ist. Das stromabwärtige Boxende 22 ist mit den anderen Bohreinheitskomponenten 18 verbunden. Die anderen Komponenten der Bohreinheit und des Bohrgestänges (nicht dargestellt) formen einen Ringraum 32 mit der Wand von entweder dem vorhandenen verrohrten Bohrloch oder dem neuen Bohrloch, wie der Fall auch sei, welcher hier allgemein mit 34 ausgezeichnet ist.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Stabilisator 10 weiter drei Kontaktteile, welche die Innenwand des Bohrlochs 34 kontaktieren, nämlich einen feststehenden Stabilisatorflügel 30 und ein Paar einstellbarer Stabilisatorflügel 40, 42, welche beide gleich weit entfernt ungefähr 120° um den Umfang des Gehäuses 12 herum angeordnet sind. Es sollte dabei berücksichtigt werden, dass die in 1 und 3 dargestellten Querschnitte durch die Flügel 30 und 40 hindurch führen, und in 2C mittels Interpretation durch den Zeichner noch deutlicher veranschaulicht sind. Jeder dieser Stabilisatorflügel 30, 40, 42 umfasst eine stromaufwärts angeschrägte oder geneigte Oberfläche 48 und eine stromabwärts abgeschrägte oder geneigte Oberfläche 50, welche das Durchführen des Stabilisators 10 durch das Bohrloch 34 erleichtern.
Es ist aus der in 2A dargestellten Querschnittsansicht deutlich erkennbar, dass der allgemeine Querschnitt des Gehäuses 12 mit Ausnahme der gekrümmten Phantomabschnitte 36, 38, welche sich in die Richtung des feststehenden Flügels 30 erstrecken, rund ist, um das Gehäuse 12 auf jeder Seite des feststehenden Stabilisatorflügels 30 zu reduzieren. Diese reduzierten Abschnitte reduzieren das Gewicht des Gehäuses 12 und ermöglichen einen verbesserten Flüssigkeitsfluß durch den Ringraum 32 und um den Stabilisator 10 herum. Die reduzierten Abschnitte 36, 38 ermöglichen außerdem eine Einstellung des Gleichgewichtspunktes für das Gewicht des exzentrisch einstellbaren Flügelstabilisators 10, um auf diese Weise den Offset des Gewichts des Stabilisators 10 und/oder das Gewicht des Räumerabschnitts der bizentralen Bohrkrone wie weiter unten noch eingehender beschrieben auszugleichen. Wie in 2A dargestellt verlegen die reduzierten Abschnitte 36, 38 den Gleichgewichtspunkt des exzentrisch einstellbaren Flügelstabilisators 10 nach unten. Auf diese Weise wird das Gewicht des Stabilisators 10 auf der feststehenden Fläche der Bohrlocheinheit eingestellt, oder die bizentrale, bohrkronenexzentrische Stabilisatoreinheit wird durch das Entfernen von Material aus dem Stabilisatorgehäuse 12 in der Nähe des feststehenden Flügels 30 ausbalanciert, so dass der exzentrisch einstellbare Flügelstabilisator 10 das Offsetgewicht des Räumerabschnitts ausgleicht und eine größere Gewichtsverlagerung auf den dem Räumerabschnitt gegenüber liegenden Abschnitt der Bohrlocheinheit ermöglicht und außerdem wie weiter unten noch eingehender beschrieben das Zentralisieren des Gewichts der Bohrlocheinheit fördert.
Eine Fließbohrung 26 wird von den Meißelschäften 16 und dem stromaufwärtigen Körperhohlraum 24 des Gehäuses 12 sowohl wie den anderen Bohreinheitskomponenten 18 und dem stromabwärtigen Körperhohlraum 28 des Gehäuses 12 geformt. Das Gehäuse 12 umfasst ein oder mehrere außermittige Durchflußrohre 44, welche einen Durchfluß von Flüssigkeit durch den Stabilisator 10 ermöglichen. Das Durchflußrohr 44 erstreckt sich durch den Innenraum des Gehäuses 12, vorzugsweise auf einer Seite der Achse 17, und ist integral mit dem Innenraum des Gehäuses 12 geformt. Ein Fließrichtungsrohr 23 wird in das stromaufwärtige Ende des Gehäuses 12 empfangen, um den Flüssigkeitsfluß in das Durchflußrohr 44 zu leiten. Das Fließrichtungsrohr 23 wird mittels der Adapteruntereinheit 21 in Position gehalten. Das stromabwärtige Ende des Fließrichtungsrohres 23 umfasst eine abgewinkelte Öffnung 243, welche mit dem stromaufwärtigen Ende des Durchflußrohres 44 in Verbindung steht, wobei der stromaufwärtige Körperhohlraum 24 mit der Fließbohrung 26 in Verbindung steht. Das stromabwärtige Ende des Durchflußrohres 44 steht mit dem stromabwärtigen Körperhohlraum 28 des Gehäuses 12 in Verbindung. Es sollte dabei berücksichtigt werden, dass weitere Durchflußrohre sich durch das Gehäuse 12 hindurch erstrecken können, wobei das Fließrichtungsrohr 23 den Durchfluß in solche weiteren Durchflußrohre hineinleitet.
Das Durchflußrohr 44 ist außermittig positioniert, um ein Einstellen der Stabilisatorflügel 40, 42 auf eine ausreichende Größe und Reichweite mit Bezug auf deren radiale Bewegung, d.h. ihren Hub, zu ermöglichen. Das Gehäuse 12 muß ausreichend Platz für die Flügel 40, 42 aufweisen, so dass dieselben in ihrer eingeklappten Position wie in 1 dargestellt ganz in das Gehäuse 12 eingefahren werden können. Die außermittige Anordnung des Durchflußrohres 44 bedingt, dass Flüssigkeit, welche durch die Fließbohrung 26 fließt, mittels des Fließrichtungsrohres 23 umgeleitet werden kann. Obwohl der Durchflußbereich durch die Fließbohrung 44 kleiner ist als derjenige der Fließbohrung 26 ist der Durchflußbereich groß genug, um einen nur geringen Anstieg der Flüssigkeitsfließgeschwindigkeit durch das Durchflußrohr 44 sicherzustellen, so dass nur ein geringer Druckabfall und keine Erosion durch einen ausreichend großen Durchfluß durch das Durchflußrohr 44 erfolgt. Der Durchfluß ist ausreichend groß, um die Bohrkrone zu kühlen und Schnittstücke zu entfernen, und im Fall eines steuerbaren Systems auch den Bohrlochmotor anzutreiben.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2F ist hier erkennbar, dass der feststehende Flügel vorzugsweise aus einem auswechselbaren Flügel 31 besteht, welcher in einem Schlitz 33 in einer Stauchung 52 positioniert ist, welche aus dem Gehäuse 12 hervorsteht und auf diese Weise das Einstellen der radialen Hervorragung des feststehenden Flügels 30 aus dem Gehäuse 12 ermöglicht, obwohl der feststehende Flügel 30 integral mit dem Gehäuse 12 angeordnet sein kann. Auswechselbare Flügeleinsätze 31 umfassen eine C-förmige Dübelrille 35, wobei jede Längsseite derselben auf eine C-förmige Rille 37 in jeder der Seitenwände ausgerichtet ist, welche den Schlitz 33 in der Stauchung 52 formen. Die Stauchung 52 umfasst ein Paar reduzierter stromaufwärtiger Bohrungen 47 und ein Paar stromabwärtiger Bohrungen 43 von voller Größe. Dübelstifte 39 erstrecken sich entlang der gesamten Länge der stromabwärtigen Bohrungen 43 von voller Größe und der Rillen 35, 37 um den Einsatz 31 in Schlitz 33 abzusichern. Spiralenfederstifte 41 sind in den stromabwärtigen Bohrungen 43 von voller Größe positioniert, um die Dübelstifte 39 innerhalb der Rillen 35, 37 in Position zu halten. Es dürfte dem Fachmann auf diesem Gebiet sehr schnell klar werden, dass andere Vorrichtungen für das Halten des Einsatzes 31 innerhalb der Rille 33 angewendet werden können, wie zum Beispiel Gewindebolzen in gebohrten Löchern innerhalb des Gehäuses 12. Auswechselbare Einsätze 31 dienen als am Gehäuse 12 angebrachte Flächen. Der Einsatz 31 kann verschiedene Dicken aufweisen und in dem Schlitz 33 befestigt sein. Wenn der exzentrisch einstellbare Flügelstabilisator 10 in der Nähe der Bohrkrone betrieben werden soll, d.h. bei voller Größe, dann verfügt der feststehende Flügel 30 über einen vorbestimmten Durchmesser. Wenn die Bohrkrone jedoch 3,2mm (1/8 Zoll) unter ihren vollen Größe betrieben werden soll, dann muß der Durchmesser des feststehenden Flügels 30 um 1,6mm (1/16 Zoll) reduziert werden.
Die einstellbaren Stabilisatorflügel 40, 42 sind in zwei sich axial erstreckenden Aussparungen oder Flügelschlitzen 60, 62 untergebracht, welche sich radial durch den mittleren Abschnitt des Gehäuses 12 auf einer Seite der Achse 17 erstrecken. Da die einstellbaren Flügel 40, 42 und die Schlitze 60, 62 gleich sind, werden in 1 und 3 aus Vereinfachungsgründen lediglich jeweils nur ein einstellbarer Flügel 40 und ein Schlitz 60 dargestellt und hiernach eingehender beschrieben. Als Teil der Beschreibung des Betriebs des Stabilisators 10 wird zwischen dem Betrieb der Flügel 40, 42 und der Schlitze 60, 62 unterschieden, welcher nun eingehender beschrieben werden soll.
Unter besonderer Bezugnahme auf 1 und 2B verfügt der Schlitz 60 hier über einen rechteckigen Querschnitt mit parallelen Seitenwänden 64, 66 und einem Boden 68. Der Flügelschlitz 60 steht mit einem Rückstellzylinder 70 in Verbindung, welcher sich in den stromaufwärtigen Körperhohlraum 24 des Fließrichtungsrohres 23 erstreckt und einen Betätigungszylinder 72 umfasst, welcher sich in den stromabwärtigen Körperhohlraum 28 des Gehäuses 12 erstreckt. Der Flügelschlitz 60 steht mit den Körperhohlräumen 24, 28 nur an den Enden des Schlitzes in Verbindung, so dass das Durchflußrohr 44 integral innerhalb des Gehäuses 12 und den Seitenwänden 64, 66 des Schlitzes 60 weiter einen Durchfluß übertragen.
Unter Bezugnahme auf 1, 52, und 53 umfasst Schlitz 60 weiter ein Paar Nockenteile 74, 76, welche jeweils eine geneigte Oberfläche oder Rampe 78, 80 formen. Obwohl die Nockenteile 74, 76 in das Gehäuse 12 integriert werden können, umfassen die Nockenteile 74, 76 vorzugsweise ein Kreuzschlitzteil und ein auswechselbares Rampenteil. Unter besonderer Bezugnahme auf 52 und 53 wird hier ein Nockenteil 76 mit einem Kreuzschlitzteil 75 dargestellt, welches einen kreuzförmigen Schlitz 77 für das Empfangen eines auswechselbaren Rampenteils 79 mit einer Rampe 80 formt. Das Rampenteil 79 umfasst einen T-förmigen Querschnitt, welcher in den äußeren radialen Abschnitt 91 des kreuzförmigen Schlitzes 77 empfangen wird, und einen Endanschlag 245 für das Anlegen eines Endes 99 des kreuzförmigen Schlitzes 75 gegen denselben. Der innere radiale Abschnitt 95 des kreuzförmigen Schlitzes 77 ist offen und ermöglicht einen Durchfluß von Flüssigkeit durch das Nockenteil 76. Ein Paar Bolzen 83 mit Endunterlegscheiben 85 sind in das andere Ende des Rampenteils 79 eingeschraubt, für das feste Anziehen des Endanschlags 245 gegen das Ende 99 des Kreuzschlitzteils 75. Ein Querbolzen 87 ist durch den äußeren radialen Abschnitt 91 des Rampenteils 79 hindurch geführt und in eine Befestigungsplatte 93 eingeschraubt, welche in den äußeren radialen Abschnitt 91 empfangen wird. Bolzen 83, 87 verriegeln auswechselbare Rampenteile 79 in Position und verhindern ein Herausgleiten derselben aus dem Kreuzschlitz 77 und radiale Bewegungen derselben innerhalb des Kreuzschlitzes 77. Dies verhindert ein mögliches Scheuern der Rampe 80 gegen die Nockenteile 76. Die Rampenteile 79 können ausgewechselt werden, so dass der Winkel der Rampen 78, 80 leicht geändert werden kann. Die Rampenteile 79 umfassen außerdem Schlitze 101, welche einen T-förmigen Kopf 103 formen.
Unter Bezugnahme auf 1 und 54-57 ist hier ein einstellbarer Stabilisatorflügel 40 innerhalb eines Schlitzes 60 positioniert. Der Flügel 40 ist ein allgemein gestrecktes, ebenflächiges Teil mit einem Paar Kerben 82, 84 in seinem Boden 86. Die Kerben 82, 84 formen jeweils eine Rampe oder eine geneigte Oberfläche 88, 90 für das Empfangen und das Ergreifen mittels Nocken der korrespondierenden Nockenteile 74, 76 mit den jeweiligen Rampen 78, 80. Sich gegenüber liegende Stangen 81, 83 und parallele Rampen 88, 90 formen einen T-förmigen Schlitz 85. Der T-förmige Kopf 103 des Rampenteils 79 wird in den T-förmigen Schlitz 85 empfangen und veranlaßt Nuten 89 an der Innenseite des Kopfes 103 des Rampenteils 79 dazu, in die Stangen 81, 83 einzugreifen, um auf diese Weise den Flügel 40 in dem Schlitz 60 zu halten und den Flügel 40 gegen die Rampe 80 zu halten. Die korrespondierenden Rampenflächen 78, 88, und 80, 90 sind geneigt oder unter einem bestimmten Winkel abgeschrägt, wobei die Achse 17 die Flügel 60 über eine vorbestimmte Strecke oder Reichweite hinweg radial nach aussen bewegt, wenn sich der Flügel 40 axial nach oben bewegt, und dieselben radial nach innen bewegt, wenn sich der Flügel 40 axial nach unten bewegt. 1 und 2A-E illustrieren den Flügel 40 in seiner radial inwärtigen und eingefahrenen Position, und 3 und 4A-C illustrieren den Flügel 40 in seiner radial auswärtigen und ausgefahrenen Position.
Es wird bevorzugt, dass die Breite 96 des Flügels 40 maximiert wird, um den Hub des Flügels 40 zu maximieren. Die Breite des Flügels 40 wird durch die Position und den erforderlichen Durchflußbereich des Durchflußrohres 44 und durch das Beibehalten einer Mindestdicke der Wand zwischen dem Boden 68 des Schlitzes 60 und der nähsten Wand des Durchflußrohres 44 bestimmt. Obwohl die Länge des Flügels 40 ähnlich ist, ist die Breite des Flügels 40 größer als diejenige der Flügel anderer einstellbarer Flügelstabilisatoren, denn die außermittige Anordnung des Durchflußrohres 44 innerhalb des Gehäuses 12 ermöglicht einen größeren radialen Hub des Flügels, wie in 3 dargestellt.
Es muß ein ausreichend großer Lagerbereich oder eine ausreichend große Unterstützung auf jeder ebenflächigen Seite 92, 94 des Flügels vorhanden sein, um den Flügel 40 während des Bohrens in dem Schlitz 60 des Gehäuses 12 zu halten. Wenn der Flügel 40 sich in dieser ausgefahrenen Position befindet wird es bevorzugt, dass ein größerer ebenflächiger Bereich des Flügels 40 in den Schlitz 60 hineinragt als aus demselben Schlitz 60 herausragt. Es wird weiterhin besonders bevorzugt, dass in der ausgefahrenen Position wenigstens ungefähr 50% des Oberflächenbereichs der Seite 92 des Flügels 40 in Lagerbereichkontakt mit der korrespondierenden Wand des Schlitzes 60 steht. Der Lagerbereichkontakt der vorliegenden Erfindung kann bis zu sechsmal größer sein als derjenige von Flügeln nach dem aktuellen Stand der Technik. Die Unterstützung des Flügels durch den Stabilisatorkörper ist besonders wichtig, da die Flügel ohne diese Unterstützung möglicherweise während des Bohrens aus den Schlitzen herausgeschüttelt werden könnten. Die einstellbaren Flügel 40, 42 der vorliegenden Erfindung verfügen daher nicht nur über einen größeren Hub als diejenigen nach dem aktuellen Stand der Technik, sondern erstellen auch einen größeren Lagerbereichkontakt zwischen den Flügeln und dem Gehäuse.
Unter Bezugnahme auf 1 und 3, und auch auf 44-46 einer alternativen Ausführungsform des Extenders, umfasst der Stabilisator 10 hier eine Betätigungsvorrichtung mit einem Extender 100, für das Ausfahren der Flügel 40, 42 radial nach außen in ihre ausgefahrenen Position, welche in 3 dargestellt ist, und einen Einzieher 102, für das Einfahren der Flügel 40, 42 radial nach innen in ihre eingefahrene Position, welche in 1 dargestellt ist. Der Expander 100 umfasst eine Extenderstange oder einen Kolben 104, welcher hin- und her bewegbar innerhalb des Betätigungszylinders 72 befestigt ist. Ein Fließdurchgang 201 erstreckt sich von der Achse des Kolbens 104 an der Einlaßöffnung 105, und ist dann in Richtung des Bodens 68 des Schlitzes 60 abgewinkelt, um es der Flüssigkeit zu ermöglichen, in Richtung des Bodens des Schlitzes 60 zu fliessen. Eine Düse 231 ist in die Einlaßöffnung 105 des Fließdurchgangs 201 an dem stromabwärtigen Ende 106 des Betätigungszylinders 72 eingeschraubt. Eine Schlüsselkappe 107 ist bei 109 mit dem stromaufwärtigen Ende 108 des Kolbens 104 verbolzt. Die Schlüsselkappe 107 umfasst einen Schlüssel 111, welcher in einen Kanal 113 in dem Boden 68 des Schlitzes 60 empfangen wird und ein Rotieren verhindert und die Ausrichtung des Kolbens 104 innerhalb des Zylinders 72 aufrecht erhält. Ein Wischer 115 und eine Dichtung 117 sind in dem Zylinder 72 untergebracht, für einen Eingriff in den Kolben 104.
Eine Filtereinheit 121, welche am besten aus 44 einer alternativen Ausführungsform des Extenders ersichtlich ist, ist in der Eingangsöffnung 105 des Zylinders 72 befestigt. Die Einheit 121 umfasst eine Befestigungsmutter 123, welche auf den Zylinder 72 aufgeschraubt ist, und eine Hülse 125 mit Öffnungen 125A, welche in das Ende der Befestigungsmutter 123 eingeschraubt ist. Ein Siebrohr 127 in der Form eines rohrförmigen Siebs wird auf die Hülse 125 aufgeschoben und von dem Abstandstück 129 und der Gewindeendkappe 131 in Position gehalten. Der Betätigungskolben 104 hat ein stromabwärtiges Ende 106, welches dem Flüssigkeitsdruck in einem stromabwärtigen Körperhohlraum 28 des Gehäuses 12 ausgesetzt ist, und dessen stromaufwärtiges Ende 108 in das stromabwärtige Anschlußende des Flügels 60 eingreift und dem Flüssigkeitsdruck in dem Ringraum 32 ausgesetzt ist. Das Siebrohr 127 und die Hülse 125 ermöglichen es der durch das innere Durchflußrohr 44 fliessenden Reinigungsflüssigkeit, in den Betätigungskolben 72, durch die Düse 103, und durch den Fließdurchgang 201 hindurch bis an den Schlitz 60 mit dem Flügel 40 zu fliessen. Die Flüssigkeit fliesst dann in den Ringraum 34 hinein. Dieser Flüssigkeitsfluß reinigt und wäscht Schnittstücke aus dem Boden des Schlitzes 60 heraus um sicherzustellen, dass der Flügel 40 sich wieder auf seine in 1 dargestellte eingefahrene Position zurück bewegen kann.
Der Einzieher 102 umfasst eine Rückstellfeder 110, welche innerhalb des Federzylinders 70 positioniert ist, und deren stromaufwärtiges Ende in die Bohrung einer stromaufwärtigen Halterung 112 empfangen wird, während das stromabwärtige Ende in die Bohrung einer stromabwärtigen Halterung 114 empfangen wird. Die stromaufwärtige Halterung 112 wird bei 116 in das stromaufwärtige Ende des Zylinders 70 eingeschraubt und umfasst Dichtungen 118 für das Abdichten des Zylinders 70. Ein Federstützdübel 133 erstreckt sich in die Rückstellfeder 110 hinein. Der Dübel 133 umfasst ein Gewindeende 133, welches gegen die Halterung 112 anliegt und in eine Gewindebohrung in der stromaufwärtigen Halterung 112 eingeschraubt ist. Der Dübel 133 ist von einer vorbestimmten Länge, so dass das andere Anschlußende 129 des Dübels 133 in die stromabwärtige Halterung 114 eingreift, um die Bewegung oder den Hub des Flügels 40 einzuschränken. Die Länge des Dübels 133 kann durch das Hinzufügen oder Herausnehmen von Unterlegscheiben eingestellt werden, welche zwischen dem Anschlag des Gewindeendes 223 und der Halterung 112 positioniert sind. Schlüsselflächen 135 sind für die Montage der Halterung 112 vorhanden. Es sollte dabei berücksichtigt werden, dass eine Schlüsselkappe 137, wie die Kappe 107, an dem stromabwärtigen Ende der Halterung 114 positioniert ist und einen Schlüssel 225 umfasst, welcher in einen zweiten Kanal 227 in dem Boden 68 des Schlitzes 60 empfangen wird.
Die Rückstellfeder 110 drückt an ihrem stromabwärtigen Ende gegen die stromabwärtige Halterung 114, wobei das stromabwärtige Ende 120 in das stromaufwärtige Ende des Flügels 40 eingreift. Die Endflächen des Flügels 40 und die korrespondierende Halterung 114 und der Kolben 108 sind vorzugsweise angewinkelt, um den Flügel 40 dazu zu zwingen, mit der Seitenwandlast 66 in Kontakt zu verbleiben, um eine Bewegung und ein Abreiben, und daher Abnutzung zu verhindern.
Während des Betriebs werden die Flügel 40, 42 mittels einer Pumpe (nicht dargestellt) von der Erdoberfläche aus betätigt. Bohrschlamm wird durch das Bohrgestänge und durch die Fließbohrung 26 und das Durchflußrohr 44 herunter gepumpt, wobei der Druck des Bohrschlamms auf das stromabwärtige Ende 106 des Extenderkolbens 104 auferlegt wird. Der Bohrschlamm fließt um das untere Ende des Bohrgestänges herum und in den Ringraum 32 hinauf bis an die Erdoberfläche, und verursacht so einen Druckabfall. Der Druckabfall wird durch den Durchfluß des Bohrschlamms durch die Bohrkronendüsen, und im Falle eines direktionalen Bohrverfahrens durch einen Bohrlochmotor verursacht, und wird nicht durch irgendwelche Einschränkungen des Stabilisators 10 selber erzeugt. Der Druck des Bohrschlamms, welcher durch das Bohrgestänge fließt, ist daher größer als der Druck in dem Ringraum 32, und erzeugt daher ein Druckdifferential. Der Extenderkolben 104 spricht auf dieses Druckdifferential an, wobei das Druckdifferential den Extenderkolben 104 betätigt und eine Bewegung desselben innerhalb des Kolbenzylinders 72 nach oben verursacht. Der Extenderkolben 104 ergreift wiederum das untere Anschlußende des Flügels 40, so dass der Kolben 104 den Flügel 40 nach oben treiben wird, wenn ein ausreichend großer Druckabfall über der Bohrkrone vorhanden ist.
Wenn sich der Extenderkolben 104 nach oben bewegt, bewegt sich auch der Flügel 40 axial nach oben und wird entlang der Rampen 88, 90 radial nach außen in eine geladene Position verdrängt. Wenn sich der Flügel 40 axial nach oben bewegt, schiebt das stromaufwärtige Ende des Flügels 40 die Halterung 114 daher in den Rückstellzylinder 70 hinein, und drückt so die Rückstellfeder 110 zusammen. Es sollte dabei berücksichtigt werden, dass der Flüssigkeitsfluß (Gallonen [1 Gallone = 455 Liter] pro Minute) durch das Bohrgestänge ausreichend groß genug sein muß, um einen ausreichend großen Druckabfall für den Kolben 104 zu produzieren, so dass der Stabilisatorflügel 40 gegen die Rückstellfeder 110 gedrückt, und die Feder 110 auf ihre in 3 dargestellte zusammengedrückte Position gedrückt werden kann.
Wie in 4A am besten zu erkennen ist erstrecken sich die Flügel 40, 42 in eine der Richtung des feststehenden Flügels 30 gegenüber liegende Richtung, wobei eine Komponente der Richtung der Flügel 40, 42 in einer dem feststehenden Flügel 30 gegenüber liegenden Richtung positioniert ist. Es ist weiter erkennbar, dass die Achse der einstellbaren Flügel 40, 42 sich in einem Winkel zu der Achse des feststehenden Flügels 30 befindet.
Um den Flügel 40 zurück auf seine in 1 dargestellte eingefahrene Position zu bewegen, wird die Pumpe an der Erdoberfläche abgeschaltet und der Flüssigkeitsfluß durch das Bohrgestänge angehalten, so dass das Druckdifferential über dem Extenderkolben 104 ausfällt. Die zusammen gedrückte Rückstellfeder 110 zwingt die stromabwärtige Halterung 114 dann axial nach unten gegen das stromaufwärtige Anschlußende des Flügels 40, und verursacht so ein abwärtiges Bewegen des Flügels 40 entlang der Rampenflächen 88, 90, d.h. zurück in den Schlitz und auf eine nicht geladene Position wie in 1 dargestellt. Schwerkraft wird das abwärtige Bewegen des Flügels 40 auch unterstützen.
Die Flügel 40, 42 sind einzeln in den Schlitzen 60, 62 des Stabilisatorgehäuses 12 untergebracht und werden auch mittels ihrer eigenen individuellen Extenderkolben 104 und Rückstellfedern 110 betätigt. Da ein jeder derselben jedoch auf den Differentialdruck anspricht werden die einstellbaren Flügel 40, 42 dazu neigen, zusammen entweder auf die ausgefahrene oder die eingefahrene Position bewegt zu werden. Es wird bevorzugt, dass die Flügel 40, 42 gleichzeitig bewegt werden, und nicht individuell.
Unter Bezugnahme auf 44-46 wird hier ein alternativer Extenderkolben 139 veranschaulicht. Der Fließdurchgang 201 umfasst einen Abschnitt 141 mit einem vergrößerten Durchmesser 141 an seinem stromabwärtigen Ende, welcher einen ringförmigen Anschlag 249 formt. Eine große Düse 145 ist an dem Übergangspunkt des Abschnitts 141 mit dem vergrößerten Durchmesser eingeschraubt. Eine innere Sitzhülse 147 ist innerhalb des Abschnitts 141 mit dem vergrößerten Durchmesser befestigt und umfasst eine Flansch 149, welche gegen einen ringförmigen Anschlag 151 drückt, und wird mittels eines Halterings 153 gehalten. Eine Dichtung 155 ergreift den Kolben 139 und dichtet denselben ab. Die Dichtungshülse 147 umfasst einen kegelstumpfen Abschnitt, welcher einen Sitz 157 formt. Eine Feder 143 ist gegen den ringförmigen Anschlag 249 befestigt. Eine Stange 159 erstreckt sich durch die Öffnung 151 in der Sitzhülse 147 und umfasst zwei Teile für Montagezwecke, nämlich eine Federhalterung 163, welche bei 165 in ein Ventilelement 167 eingeschraubt ist und einen kegelstumpfen Abschnitt 169 für das Anlegen gegen den Sitz 157 aufweist. Die Federhalterung 163 drückt gegen das andere Ende der Feder 143. Die Feder 143 ist leicht genug, so dass der Druckabfall durch die Stange 159 dieselbe Feder 143 zusammen drücken kann und ein Aufsitzen und Abdichten der Stange 159 auf dem Sitz 157 ermöglicht. Dichtungen 171 an dem Ventilelement 167 ermöglichen ein abdichtendes Eingreifen in den Sitz 157. Die Stange 159 umfasst einen eingeschränkten Durchgang 173 durch dieselbe hindurch. Die Stange 159 umfasst einen vergrößerte Bohrung um das stromabwärtige Ende des Druchgangs 173 herum, für das Einschrauben einer kleineren Düse 103. Der Fluß aus der Filtereinheit 121 fließt zuerst durch die kleinere Düse 103, dann durch den eingeschränkten Durchgang 173 der Stange 159, und dann durch die größere Düse 145 und den Hauptfließdurchgang 201 hindurch in den Kolben 139 hinein.
Während des Betriebs kann der Fluß ununterbrochen durch den Betätigungskolben 139 fliessen, um den Boden des Flügelschlitzes 60 auszuspülen. Wenn die Rückstellfeder 110 den Flügel 40 aus irgendeinem Grund nach Abschalten der Pumpen nicht vollständig einfahren und den Betätigungskolben 139 nicht wie in 46 dargestellt in den Betätigungszylinder 72 zurückstellen kann, wird die Feder 143 die Stange 159 stromabwärts drücken und das Ventilelement 167 von dem Sitz 157 lösen, so dass ein Fließdurchgang 175 um die Stange 167 und den Sitz 157 herum, und durch die Fließnuten 177 in der Federhalterung 163 hindurch geöffnet wird. Dieser Fluß fließt dann durch die größere Düse 145 hindurch, um auf diese Weise das Flüssigkeitsvolumen zu steigern, welches für das Spülen des Bodens der Flügelschlitzes 60 erhältlich ist. Der Fluß durch den Stabilisator 10 kann durch An- und Abschalten der Pumpe an- und abgeschaltet werden, so dass das Volumen des Flusses durch den Betätigungszylinder 70 und den Kolben 139 geändert werden kann, um das Herauslösen und Herausspülen von Schnittstücken aus dem Flügelschlitz 60 zu unterstützen. Dieser größere Fluß wird aufgrund des reduzierten Flusses an der Bohrkrone einen allgemein reduzierten Druckabfall über den Düsen der Pilotenbohrkrone verursachen.
Es wird an der Erdoberfläche erkennbar sein, wenn dieser reduzierte Druckabfall auftritt, und das Betriebspersonal wird wissen, dass die Flügel nicht vollständig eingefahren sind, und dass noch Schnittstücke in dem Flügelschlitz 60 festsitzen. Das Betriebspersonal kann dann die Pumpen an- und abschalten, um diese Schnittstücke herauszuspülen. Durch ein solches An- und Abschalten der Pumpen kann der Fluß durch den Schlitz 60 variiert, und Schnittstücke aus demselben gelöst werden. Die größere Düse 145 ermöglicht außerdem einen zusätzlichen Fluß durch den Betätigungskolben 139, welcher das Herauslösen von Schnittstücken auch unterstützt. Die Doppeldüse liefert eine Anzeige, mittels welcher das Betriebspersonal erkennen kann, dass die Flügel nicht vollständig in den Schlitz 60 eingeklappt sind.
Unter Bezugnahme auf 47 und 48 wird hierin alternatives Gerät und eine Methode für das Betätigen der Flügel des Stabilisators dargestellt. Ein Betätigungskolben 179 ist innerhalb des Zylinders 72 untergebracht und mit einem Elektromotor 181 verbunden. Der Motor 181 umfasst ein Gehäuse mit einem Gewindestift 183 für das Verschrauben desselben mit einer Befestigungsmutter 123. Der Motor 181 umfasst eine Abgangswelle 185 mit einem daran montierten Getriebe 187. Das Getriebe 187 und die Abgangswelle 185 umfassen ausgerichtete Schlitze für das Empfangen eines Schlüssels 189, welcher das Rotieren des Getriebes 187 relativ zu der Abgangswelle 185 verhindert. Ein Abstandstück 191 ist auf das Ende der Abgangswelle 185 aufgesetzt und ergreift ein Ende des Getriebes 187, wonach eine Mutter auf die Abgangswelle 187 aufgeschraubt wird, um dem Abstandstück 191 das Vorspannen des Getriebes 18 gegen den Schlüssel 189 zu ermöglichen, um das Getriebe 187 in Position zu halten. Es sollte dabei berücksichtigt werden, dass eine zweite Abstandshülse zwischen dem Motorgehäuse und dem Innenraum des Getriebes positioniert werden kann. Der Betätigungskolben 179 umfasst eine Gewindebohrung 191, in welche das Getriebe 187 eingeschraubt wird. Während des Betriebs und während des Rotierens der Abgangswelle 185 bewegt das Getriebe 187 den Betätigungskolben 179 innerhalb des Zylinders 72 hin und her und bewegt auf diese Weise den Flügel 40.
Es wird bevorzugt, dass der Betätigungskolben 179 und der Elektromotor 181 in dem oberen Ende des Stabilisators positioniert werden. Ein solches stromaufwärtiges Positionieren des Motors macht einen Einzieher unnötig. Der Motor 81 würde den Flügel 60 auf diese Weise nicht nur betätigen, sondern auch einfahren.
Es sollte berücksichtigt werden, dass die Flügel auch durch das Auferlegen eines Gewichts auf die Bohrkrone betätigt werden könnten. Wenn das Gewicht auf die Bohrkrone aufgelegt wird, bewegt sich eine Spindel nach oben und drückt die Flügel nach außen. Der von Andergauge hergestellte Stabilisator wird auf diese Weise betätigt.
Es sollte berücksichtigt werden, dass der in US-Anmeldung 5,318,137 beschriebene Kontrollabschnitt, auf welchen wir uns hiermit beziehen, für die Anwendung mit dem Stabilisator 10 der vorliegenden Erfindung adaptiert werden kann, wobei ein einstellbarer Stopp, welcher von der Erdoberfläche aus kontrolliert wird, die aufwärtige axiale Bewegung der Flügel 40, 42 einstellbar einschränken kann, und auf diese Weise die radiale Bewegung der Flügel 40, 42 entlang der Rampen 88, 90 wie gewünscht einschränkt. Der einstellbare Stopp ergreift das stromaufwärtige Anschlußende des Flügels 40, um dessen aufwärtige axiale Bewegung entlang der Rampen 40, 42 zu stoppen und auf diese Weise den radialen Hub des Flügels einzuschränken. Das Einschränken der axialen Bewegung der Flügel 40, 42 schränkt deren radiale Erstreckung ein. Das Positionieren des einstellbaren Stopps kann in Reaktion auf Befehle von der Erdoberfläche aus geschehen, so dass die Flügel 40, 42 mehrere Positionen aufweisen und auf Befehl auf eine Reihe von verschiedenen radialen Abständen ein- oder ausgefahren werden können.
Es sollte außerdem berücksichtigt werden, dass für das Entfernen aus dem Bohrloch ein Mechanismus für das Feststellen der Flügel 40, 42 in der eingefahrenen Position angewendet werden kann. Eine Methode umfasst das Bereitstellen einer kleinen Düse in jedem Extenderkolben, so dass eine niedrige Fließrate von weniger als 1.136 Litern pro Minute (300 GPM) nicht gegen die Reaktorfeder gerichtet wird, sondern Schnittstücke von den Unterseiten der Flügel herausspült, welche sich dort möglicherweise festgesetzt haben. Wenn die Flügel nicht vollständig eingefahren werden können, wird der obere Winkel dazu neigen, eine Last auf den Boden des verrohrten Abschnitts des Bohrlochs auszuüben, so dass eine Belastung in die Richtung erfolgt, in welcher sich die Flügel entlang der Rampen bewegen würden, um sich in die eingefahrene Position zu bewegen. Die Flügel bewegen sich mindestens einmal für jede gebohrte Bohrgestängelänge auf die vollständig eingefahrene Position, da die Pumpen dann abgestellt werden, um die nächste Länge des Rohres an das Bohrgestänge anzuschliessen. Diese Aktion spült Schnittstücke heraus, die sich eventuell festgesetzt haben könnten.
Unter Bezugnahme auf 5-8 wird hier eine alternative Ausführungsform des Flügelstabilisators mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Der Flügelstabilisator 120 mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser ersetzt den feststehenden Flügel 30 der bevorzugten Ausführungsform von Figuren mit einem dritten einstellbaren Flügel 122. Die Konstruktion und der Betrieb der zwei anderen einstellbaren Flügel gleicht dem der einstellbaren Stabilisatorflügel 40, 42 der bevorzugten Ausführungsform von 1-4. Aufgrund des dritten einstellbaren Flügels 122 ist der Durchmesser 124 des Gehäuses 126 kleiner als der Durchmesser der bevorzugten Ausführungsform aus 1-4. Der Durchmesser 124 ist kleiner, da das Durchflußrohr 128, welches sich durch das Gehäuse 126 hindurch erstreckt, weiter nach innen positioniert werden muß als das Durchflußrohr 44 der bevorzugten Erfindung. Das Durchflußrohr 44 der bevorzugten Erfindung ist auf einer Seite der Gehäuseachse 17 positioniert, während die Gehäuseachse 130 des Stabilisators 120 sich durch das Durchflußrohr 128 hindurch erstreckt. Dies gestaltet die Breite 132 der Flügel 40, 42 ein wenig geringer als die Breite 96 der Flügel der bevorzugten Ausführungsform. Der Bewegungsbereich in die radiale Richtung, welcher von dem dritten einstellbaren Flügel 122 zurück gelegt wird, ist auch geringer als derjenige der anderen zwei einstellbaren Flügel 40, 42. Der Schlitz 134, welcher den dritten einstellbaren Flügel 122 beherbergt, umfasst ein Paar Nockenteile 136, 138 mit geneigten Oberflächen oder Rampen 140, 142, welche jeweils in das Gehäuse 126 integriert sind. Der dritte einstellbare Flügel 122 umfasst außerdem Kerben 144, 146, welche geneigte Oberflächen oder Rampen 148, 150 formen. Der Winkel der Rampen 140, 148 und 142, 150 umfasst einen kleineren Winkel mit Bezug auf die Achse 130, so dass sich der dritte einstellbare Flügel 122 dank des reduzierten Winkels der Rampen während einer axialen Bewegung desselben dritten einstellbaren Flügels 122 nicht so weit wie die Flügel 40, 42 radial nach aussen bewegt. Es sollte auch berücksichtigt werden, dass die Breite 152 des dritten einstellbaren Flügels 122 geringer ist als die Breite 132 der Flügel 40, 42. Der dritte einstellbare Flügel 122 wird als der oberste Flügel angesehen, und ist vorzugsweise wie weiter unten eingehender beschrieben wird auf den Räumerabschnitt der bizentralen Bohrkrone ausgerichtet.
Unter Bezugnahme auf 9-12 wird hier eine weitere alternative Ausführungsform des Flügelstabilisators mit dem exzentrisch einstellbaren Durchmesser der vorliegenden Erfindung dargestellt. Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen von 1-4 den Stabilisator als zwei einstellbare Flügel umfassend beschreiben und die alternative Ausführungsform von 5-8 den Stabilisator als drei einstellbare Flügel umfassend beschreiben, sollte dabei berücksichtigt werden, dass der Flügelstabilisator mit dem exzentrisch einstellbaren Durchmesser der vorliegenden Erfindung auch nur einen einstellbaren Flügel umfassen kann. Der einzige einstellbare Flügel 154 des Stabilisators 160 ist innerhalb eines Schlitzes 156 in dem Gehäuse 158 positioniert. Die Struktur und der Betrieb des individuellen Flügels 154 kann mit demjenigen der Flügel 40, 42 verglichen werden, welche mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen von 1-4 beschrieben werden. Es sollte dabei jedoch berücksichtigt werden, dass die Breite 162 des Flügels 154 größer sein kann als die der Flügel 40, 42 der bevorzugten Ausführungsform, da nur ein einstellbarer Flügel innerhalb des Gehäuses 158 positioniert ist. Obwohl die Struktur und das Positionieren des Durchflußrohres 44 des Stabilisators 160 demjenigen des Durchflußrohres der bevorzugten Ausführungsform ähnlich ist erzeugt das Weglassen des zweiten einstellbaren Flügels einen größeren Innenraum des Gehäuses 158, so dass ein größerer Schlitz 156 bereit gestellt wird, in welchem individuelle Flügel 154 beherbergt werden können.
Unter Bezugnahme auf 13-16 wird hier eine alternative Ausführungsform der Kontaktteile dargestellt, d.h. die in 1-12 veranschaulichten Flügel. Die in 1-12 dargestellten Flügel bestehen allgemein aus gestreckten ebenflächigen Teilen, welche sich axial in Schlitzen in dem Gehäuse des Stabilisators erstrecken. Die Kontaktteile der in 113-16 dargestellten alternativen Ausführungsformen umfassen einen oder mehrere Zylinder oder Knöpfe 164, 166, welche innerhalb des Gehäuses 168 des Stabilisators 170 positioniert sind. Es wird bevorzugt, dass die Knöpfe 164, 166 auf einer gemeinsamen Ebene mit der Gehäuseachse 172 ausgerichtet sind. Eine Art und Weise, auf welche die Knöpfe 164, 166 betätigt werden können, beinhaltet eine Feder 174, welche zwischen einer ringförmigen Flansch 176 neben der Unterseite 178 der Knöpfe 164, 166 positioniert ist, und ein Befestigungsteil 180, welches in das Gehäuse 168 eingeschraubt wird.
Während des Betriebs fließt Bohrschlamm durch das Durchflußrohr 44, wenn die Pumpen an der Erdoberfläche angeschaltet werden, und legt einen Druck auf die Unterseite 178 der Knöpfe 164, 166 auf. Der Differentialdruck zwischen der Fließbohrung 26 und dem Ringraum 32, welcher von dem Bohrloch 34 geformt wird, veranlaßt wie vorher schon beschrieben die Zylinder 164, 166 dazu, sich aufgrund des Druckdifferentials radial nach aussen zu bewegen. Die Rückstellfedern 174 werden zusammen gedrückt, so dass die Federn 174 die Knöpfe 164, 166 auf ihre in 13 dargestellte eingefahrene Position zurückstellen, wenn die Pumpen abgeschaltet werden. Es sollte dabei berücksichtigt werden, dass die Außenoberfläche 182 der Knöpfe 164, 166 abgeschrägte oder sich verjüngende Vorder- oder Hinterkanten umfassen kann. Es sollte weiter berücksichtigt werden, dass die Unterseite 178 der Knöpfe 164, 166 so angeordnet sein kann, dass dieselbe mit der Innenwand des Durchflußrohres 44 auf einer Ebene liegt, so dass eine maximale Breite für die Knöpfe 164, 166 erzielt werden kann. Dies ermöglicht auch das Maximieren des Hubs der Knöpfe 164, 166. Es sollte außerdem berücksichtigt werden, dass die Knöpfe 164, 166 in ihrer radial ausgefahrenen Position festgestellt werden können. Obwohl hier lediglich eine Vorrichtung für das Betätigen der Knöpfe 164, 166 beschrieben wurde sollte man sich der Tatsache bewußt sein, dass Knöpfe 164, 166 auch auf eine ähnliche Art und Weise zu derjenigen betätigt werden können, welche für den von Andergauge hergestellten und vertriebenen einstellbaren konzentrischen Flügelstabilisator beschrieben wurde. Wir beziehen und diesbezüglich hiermit auf die Andergauge Broschüre.
Es sollte berücksichtigt werden, dass die in 1-16 beschriebenen Flügelstabilisatoren mit exzentrisch einstellbaren Durchmessern mit vielen verschiedenen Bohreinheiten für das rotierbare, und mit vielen verschiedenen Bohrlocheinheiten für das direktionale Bohren angewendet werden können. Das Folgende beschreibt einige der repräsentativen Einheiten, mit welchen die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, wobei diese keineswegs als die einzigen Einheiten angesehen werden sollten, für welche der Stabilisator der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann. Der Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser kann mit einer Einheit angewendet werden, welche einen Stabilisator fordert, welcher die Rolle eines Drehgelenks oder eines Drehpunktes für die Bohrkrone übernimmt, oder welcher das zentrale Bohren der Bohrkrone aufrecht erhält.
Unter Bezugnahme auf 17-22 wird hier eine Rotiereinheit 200 mit einer bizentralen Bohrkrone 202 dem Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser 10, einem oder mehreren Meißelschäften 16, und einem feststehenden Flügelstabilisator 204 dargestellt. Obwohl die hier folgenden Einheiten mit dem Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser 10 der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, sollte dabei berücksichtigt werden, dass auch beliebige andere Ausführungsformen angewendet werden können. Der Stabilisator 10 ist in der Nähe von und direkt über der bizentralen Bohrkrone 202 positioniert. Die bizentrale Bohrkrone 202 umfasst eine Pilotenbohrkrone 206, gefolgt von einem exzentrischen Räumerabschnitt 208. Der feststehende Flügel 30 und die einstellbaren Flügel 40, 42 sind vorzugsweise zwei bis drei Fuß über dem Räumerabschnitt 208 der bizentralen Bohrkrone 202 positioniert. Der feststehende Fügelstabilisator 204 ist vorzugsweise ungefähr 30 Fuß über der bizentralen Bohrkrone 202 positioniert.
17-19 und 49-50 illustrieren die Rotierbohreinheit 200, welche durch ein vorhandenes verrohrtes Bohrloch 210 mit einer Achse 211 hindurch geführt wird, wie es am besten aus 18 ersichtlich ist. Aus 17 ist ersichtlich, dass der feststehende Flügel 30 so auf den exzentrischen Räumerabschnitt 208 ausgerichtet ist, dass dieser feststehende Flügel 30 und der Räumerabschnitt 208 sich auf einer gemeinsamen Ebene befinden und auf einer Seite 212 der Wand 209 des vorhandenen verrohrten Bohrlochs 210 entlang einer gemeinsamen axialen Linie eingreifen, und somit ein Eingreifen der anderen Seite der Pilotenbohrkrone 206 in die gegenüber liegende Seite 213 des vorhandenen verrohrten Bohrlochs 210 verursachen. Unter Bezugnahme auf 49 und 50 sind die rotierend aufgesetzte Verbindung zwischen der bizentralen Bohrkrone 202 und dem exzentrischen Stabilisator 10 umlaufend mittels eines Abstandstücks 233 an dem Momentanschlag 205 beabstandet, wobei die Breite des Abstandstücks 233 wie erforderlich eingestellt werden kann. Die bizentrale Bohrkrone 202 und der Stabilisator 10 umfassen jeweils ein erweitertes Teil 209, 207 in Richtung des Räumerabschnitts 208, und jeweils eine feststehende Fläche (nicht dargestellt) mit einem Schlitz 211, welcher so geformt ist, dass derselbe ein Abscherteil 251 empangen kann. Der Abscherstift wird mittels eines Bolzens oder eines Federstiftes 241 in Position gehalten. Das Aufschrauben der bizentralen Bohrkrone 202 auf den Stabilisator 10 geschieht mittels eines Moments bis auf einen bestimmten Grad, so that die Schlitze 211 der Flanschteile 207, 209 genaustens axial mit dem korrekten Verbindungsmoment aufeinander ausgerichtet sind, wenn dieses Moment erreicht ist, d.h. so dass der Abscherbolzen 213 durch beide Schlitze 211 gleichzeitig eingeschoben werden kann, um die relative Rotierung zwischen der Bohrkrone 202 und dem Stabilisator 10 festzustellen, so dass die feststehende Fläche und der Räumerabschnitt 208 dauerhaft axial aufeinander ausgerichtet sind. Während der Montage wird der feststehende Flügel 30 auf den Räumerabschnitt 208 der bizentralen Bohrkrone 202 ausgerichtet. Diese Ausrichtung ermöglicht das Hindurchführen der Bohreinheit durch das vorhandene verrohrte Bohrloch 34. Der feststehende Flügel 30 kann mit einer Erweiterung des Räumerabschnitts 208 der bizentralen Bohrkrone 202 verglichen werden.
Der Durchführdurchmesser des vorhandenen verrohrten Bohrlochs 210 ist derjenige Durchmesser, welcher das Durchführen der Bohreinheit 200 durch das Bohrloch 210 ermöglichen wird. Normalerweise ist dieser Durchführdurchmesser ungefähr genauso groß wie der Durchmesser des vorhandenen verrohrten Bohrlochs und beide weisen eine gemeinsame Achse 216 auf. Wie in 19 am besten dargestellt ist, befinden sich die einstellbaren Flügel 40, 42 hier in ihrer zusammengeklappten oder eingefahrenen Position in den Schlitzen 60, 62, wobei die Flügel 30, 40 und 42 jeweils umlaufende Kontaktbereiche 31, 41, und 43 umfassen, welche in die Innenoberfläche der Wand 209 des vorhandenen verrohrten Bohrlochs 210 eingreifen. Der feststehende Flügel 30 und zwei einstellbare Flügel 40, 42 erstellen drei Kontaktbereiche mit der Wand 209 des Bohrlochs, ungefähr 120° voneinander entfernt. Die drei Kontaktbereiche 31, 41, und 43 formen eine Kontaktachse oder einen Mittelpunkt 215, welches die Achse 216 des Durchführdurchmessers und die Bohrkronenachse oder den Mittelpunkt 214 der bizentralen Bohrkrone 202 überliegt. Der Mittelpunkt 214 der bizentralen Bohrkrone 202 ist halbwegs zwischen der Schneidefläche 235 des Räumerabschnitts 208 und der gegenüber liegenden Schneideseite 229 der Pilotenbohrkrone 206 angeordnet. Da diese Durchführachse 215 die Kontaktachse 215 und die Bohrkronenachse 214 überliegt, ist keine Ablenkung zwischen dem Stabilisator 10 und der bizentralen Bohrkrone 202 erforderlich, um die Bohreinheit 200 durch das vorhandene verrohrte Bohrloch 210 hindurch zu führen. Wie in 17 dargestellt liegt die Achse 217 der Bohreinheit 200 an dem oberen feststehenden Flügelstabilisator 204 zentral über der Achse 216 des verrohrten Bohrlochs 210, wird jedoch durch den feststehenden Flügel 30 und den Räumerabschnitt 208 auf dem Boden der Bohreinheit 200 abgelenkt, wie durch den Mittelpunkt 203 der Pilotenbohrkrone 206 veranschaulicht wird. Diese Ablenkung setzt voraus, dass der obere feststehende Flügelstabilisator 204 ungefähr 30 Fuß von der bizentralen Bohrkrone 202 entfernt positioniert wird.
Unter Bezugnahme auf 20-22 wird hier die Rotierbohreinheit 200 dargestellt, welche ein neues Bohrloch 220 bohrt. Die einstellbaren Flügel 40, 42 wurden hier mittels des Druckdifferentials zwischen der Innenseite und der Außenseite des Stabilisatorgehäuses 12 auf ihre ausgefahrene Position bewegt. Wie aus 22 am besten ersichtlich ist verlegen die ausgefahrenen Flügel 40, 42 die Kontaktachse 215 von der in 19 dargestellten Position auf die in 22 veranschaulichte Position. Wie am besten aus 20 ersichtlich ist, liegt die Kontaktachse 215 nun über der Achse 217 der Bohreinheit 200, und auch über der Achse 222 des neuen Bohrlochs 220 und, am allerwichtigsten, über der Achse 203 der Pilotenbohrkrone 206. Die drei Kontaktbereiche 31, 41, und 43 der Flügel 30, 40, und 42 mit ihrem ungefähren 120° Abstand von der Innenoberfläche der Wand 221 des neuen Bohrlochs 220 nahe der Pilotenbohrkrone 206 stabilisieren die Pilotenbohrkrone 206 und stellen ein zentralen Bohren derselben Pilotenbohrkrone 206 sicher, d.h. die Achsen 217 und 222 liegen übereinander. Wie am besten in 22 dargestellt ist, bewegen sich die Flügel 40, 42 radial nach aussen über einen Abstand oder eine radiale Erweiterung 45, welche notwendig ist, um die Kontaktachse 215 aus dem in 17 dargestellten Durchführmodus korrekt auf den in 20 dargestellten Bohrmodus für das neue Bohrloch 220 zu verlegen. Der Räumerabschnitt 208 folgt der Pilotenbohrkrone 206 und vergrößert das Bohrloch 220 während des exzentrischen Rotierens um die Rotierachse 217 herum. Da der Durchmesser des neuen Bohrlochs 220 größer ist als der Durchmesser des verrohrten Bohrlochs 210 kontaktieren die Flügel des feststehenden Flügelstabilisators 204 nicht gleichzeitig die Wand 221 des neuen Bohrlochs 220, wie in 21 veranschaulicht wird.
Die in 17-22 dargestellte Bohreinheit 200 verwandelt den Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser 10 in einen bohrkronennahen Stabilisator. Ein Stabilisator nahe der Bohrkrone muß ein wenig unter dem vollen Ausmaß liegen, um einen kompletten Kontrollbereich aufweisen zu können, wenn die einstellbaren Flügel 40, 42 sich entweder in ihrer ausgefahrenen oder in ihrer eingefahrenen Position befinden. Der Umfang der Größenreduzierung wird mittels der Länge des Hubs 45 bestimmt, welcher für die einstellbaren Stabilisatorflügel 40, 42 erwünscht ist. So muß zum Beispiel der Pfad der einstellbaren Flügel 40, 42 dementsprechend angepaßt werden, wenn das Gehäuse 12 des Stabilisators 10 3,2 bis 6,4mm (1/8 bis ¼ Zoll) kleiner ist als die Gesamtgröße. Diese Pfadanpassung muß vor dem Einführen der Bohreinheit 200 in das Bohrloch durchgeführt werden. Der Pfad 45 der einstellbaren Flügel 40, 42 wird durch das Einschränken des Hubs der Flügel eingestellt, d.h. die radiale Bewegung der Flügel 40, 42 stoppt, wenn deren Bewegung entlang der Rampen 78, 80 gestoppt wird. Der Hub wird mittels des Dübels 133 eingeschränkt. Der Hub wird durch Einstellen der Länge des Dübels 133 eingestellt, zum Beispiel durch das Hinzufügen oder Entfernen von Unterlegscheiben an dem Anschlag des Gewindeendes 223.
Unter Bezugnahme auf 23-26 wird hier eine Lochverdichtungseinheit 230 dargestellt, welche eine bizentrale Bohrkrone 202, einen unteren Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser 10, eine Reihe von Meißelschäften 16, und einen oberen Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser 232 umfasst, welcher im Wesentlichen dem unteren Stabilisator 10 gleicht. Der untere Stabilisator 10 ist direkt über der bizentralen Bohrkrone 202 befestigt, wie auch unter Bezugnahme auf 17-22 beschrieben wird, und der obere Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser 232 ist ungefähr 4,6 bis 6,1m (15 bis 20 Fuß) über dem unteren Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser 10 befestigt, wie in 23 am besten veranschaulicht wird. Das Ausstatten des oberen Stabilisators 232 mit einstellbaren Flügeln ermöglicht das Positionieren des oberen Stabilisators 232 in der Nähe des unteren Stabilisators 10, da der Durchführdurchmesser des oberen Stabilisators 232 geringer ist als derjenige des für die Ausführungsformen von 17-22 dargestellten feststehenden Flügelstabilisators 204. Bei einem kleineren Durchführdurchmesser wird die Ablenkung der Einheit 230 während des Durchführens durch das vorhandene verrohrte Bohrloch 210 reduziert. Wie in 23 dargestellt wird, erlauben die feststehenden Flügel 30 der oberen und unteren Stabilisatoren 232, 10 einen im Wesentlichen parallelen Verlauf der Achse 217 der Lochverdichtungseinheit 230 mit der Achse 216 des verrohrten Bohrlochs 210. Außerdem werden die Flügel 30, 40, 42 wie in 26 dargestellt in die Wand des neuen Bohrlochs 220 eingreifen, während die in der Ausführung von 17-22 dargestellten feststehenden Flügel des Stabilisators 204 nicht gleichzeitig in die Wand des neuen Bohrlochs 220 eingreifen. Auf diese Weise wird die Lochverdichtungseinheit 230 durch Anwenden des oberen einstellbaren Flügelstabilisators 232 weitaus stabiler und ermöglicht das Bohren eines geraden Lochs mit der Pilotenbohrkrone 206.
Unter Bezugnahme auf 27-30 wird hier eine weitere Ausführungsform der Lochverdichtungseinheit dargestellt. Die Lochverdichtungseinheit 240 umfasst eine bizentrale Bohrkrone 202, einen Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser 10, Meißelschäfte 16, und einen einstellbaren konzentrischen Stabilisator 242, welcher ungefähr 30 Fuß über der bizentralen Bohrkrone 202 positioniert ist. Der einstellbare konzentrische Stabilisator 242 kann aus dem von Halliburton hergestellten TRACS Stabilisator bestehen. Der einstellbare konzentrische TRACS Stabilisator weist mehrere Positionen für die einstellbaren Flügel 244 auf, welche es der Pilotenbohrkrone 206 ermöglichen, mit einer Neigung zu bohren, wobei der untere Stabilisator 10 als ein Drehpunkt verwendet wird. Es sollte dabei berücksichtigt werden, dass der Hub 45 der Flügel 40, 42 reduziert werden kann, um einen Radius für die Kontaktachse 215 zu produzieren, welcher zum Beispiel 6,4mm (¼ Zoll) kleiner sein kann als die volle Größe, so dass der konzentrisch einstellbaren Stabilisator 242 einen Abfallwinkel ermöglichen würde.
Unter Bezugnahme auf 31 und 32 wird hier eine Bohrlocheinheit 250 für das direktionale Bohren dargestellt. Die Bohrlocheinheit 250 umfasst einen Bohrlochmotor 252, welcher aus einem steuerbaren Motor bestehen und bei 252 eine Krümmung umfassen kann. Der Bohrlochmotor 252 umfasst eine Abgangswelle 256, an welcher der Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser 10 befestigt ist. Ein oder mehrere Meißelschäfte 16 sind an dem Gehäuse des steuerbaren Motors 252 befestigt und erstrecken sich stromaufwärts, für das Befestigen an dem oberen einstellbaren konzentrischen Stabilisator 242. Es sollte dabei berücksichtigt werden, dass der Bohrlochmotor 252 eine Krümmung umfassen, oder auch keine Krümmung umfassen kann, und dass ein Stabilisator an dessen Gehäuse befestigt sein kann, oder auch nicht. Der Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser 10 rotiert mit der bizentralen Bohrkrone 202. Auf diese Weise rotiert der Stabilisator 10 sowohl im Rotiermodus wie auch im Gleitmodus der Bohrlocheinheit 250. Der untere Stabilisator 10 übernimmt die Rolle eines Drehgelenks oder Drehpunktes für die bizentrale Bohrkrone 202, wenn die Flügel des Stabilisators 242 radial eingestellt werden.
Unter Bezugnahme auf 33 and 34 kann die Bohrlocheinheit 260 die gleiche sein, die auch in 31 und 32 dargestellt ist, mit der Ausnahme, dass ein feststehender Flügelstabilisator 204 anstelle eines einstellbaren konzentrischen Stabilisators angewendet werden kann. Auf weiter oben schon erwähnten Gründen wird die Anwendung eines feststehenden Flügelstabilisators als ein oberer Stabilisator innerhalb der Bohrlocheinheit normalerweise jedoch weniger bevorzugt, da die feststehenden Flügel nicht wie in 21 dargestellt in die Wand des neuen Bohrlochs 220 eingreifen.
Obwohl die Bohreinheiten hier unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen des in 104 dargestellten Flügelstabilisators mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser mit einem oberen feststehenden Flügel beschrieben wurden sollte berücksichtigt werden, dass die alternativen Ausführungsformen von 5-8, 9-12, und 13-16 auch für diese Bohreinheiten angewendet werden können. So kann zum Beispiel unter Bezugnahme auf 5-8 der dritte einstellbare Flügel 122 den feststehenden Flügel 30 ersetzen und immer noch den erforderlichen Kontaktbereich mit dem Bohrloch bei 123 sowohl wie die erforderliche Kontaktachse 215 bereitstellen. Wie in 8 am besten erkennbar ist, ist die Kontaktachse 215 hier verlegt angezeigt, um ein neues Bohrloch zu bohren. Wie in 9-12 dargestellt ist, kann diese Seite des Gehäuses 158 gegenüber des einstellbaren Flügels 154 die Bohrlochwand kontaktieren und den erforderlichen Kontaktbereich und die Kontaktachse 215 bereitstellen. Gleichermaßen ist dies der Fall mit den Ausführungsformen der 13-16.
Obwohl der Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser der vorliegenden Erfindung sich für das Anwenden mit einer Bohreinheit mit einer bizentralen Bohrkrone am nützlichsten erwiesen hat, kann die vorliegende Erfindung auch mit anderen Bohreinheiten mit einer standardgemäßen Bohrkrone angewendet werden. Die Folgenden sind lediglich einige Beispiele von Bohreinheiten, welche den Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser der vorliegenden Erfindung anwenden können.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf einen Stabilisator nahe der Bohrkrone beschränkt. Der Stabilisator der vorliegenden Erfindung kann auch als ein „Kettenstabilisator" angewendet werden. In einer solchen Situation wird der exzentrisch einstellbare Flügelstabilisator mehr als 30 Fuß über dem unteren Ende der Bohrlocheinheit an dem Bohrgestänge befestigt. Bei bestimmten Rotiereinheiten befindet sich der exzentrisch einstellbare Flügelstabilisator 3,0m (10 Fuß) oder mehr über der herkömmlichen Bohrkrone. Der exzentrisch einstellbare Flügelstabilisator ersetzt in einer solchen Situation den konzentrisch einstellbaren Flügelstabilisator, welcher normalerweise ungefähr 4,6m (15 Fuß) über der herkömmlichen Bohrkrone positioniert wird.
Unter Bezugnahme auf 35-39 wird hier eine Bohrlocheinheit 270 dargestellt, welche eine herkömmliche Bohrkrone 272 umfasst, die an dem stromabwärtigen Ende eines steuerbaren Motors 274 befestigt ist. Ein Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser 278 wird hier als an dem Gehäuse 294 des Motors 274 neben der Bohrkrone 272 befestigt gezeigt. Ein oberer Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser 276 ist an dem stromaufwärtigen Anschlußende des steuerbaren Motors 274 befestigt. Die Stabilisatoren 276, 278 sind im Vergleich mit der in 1-4 dargestellten bevorzugten Ausführungsform ein wenig modifiziert. Die Stabilisatoren 276, 278 umfassen einstellbare Flügel 40, 42, umfassen oder benötigen jedoch keinen oberen Flügel bei 278. Es ist auch kein oberer Flügel an den Stabilisatoren 276, 278 vorhanden, so dass die Bohrlocheinheit 270 dazu angewendet werden kann, Bohrlöcher mit einem mittelgroßen Krümmungsradius zu bohren. Dank des exzentrisch einstellbaren Stabilisators 278 kann die Krümmung des Motors 274 bei 282 reduziert werden. Die einstellbaren Flügel 40, 42 des Stabilisators 278 übernehmen die Rolle eines Polsters gegen die Wand des neuen Bohrlochs 280, für das Ausrichten der Neigung der Bohrkrone 272. 37 veranschaulicht die Flügel 40, 42 in ihrer in 36 dargestellten eingefahrenen Position. Dies ermöglicht der Bohrkrone 272 das Bohren eines geraden Lochs. 38 veranschaulicht einstellbare Flügel 40, 42 in ihrer ausgefahrenen Position, welche den Stabilisator 278 dazu veranlaßt, die Rolle eines Polsters an dem steuerbaren Motor zu übernehmen, und auf diese Weise die Bohrkrone 272 dazu zu veranlassen, den Lochwinkel zu steigern. Eine Tangente des geraden Abschnitts des steuerbaren Motors 274 wird gebohrt, wenn die Flügel 40, 42 sich in ihrer eingefahrenen Position befinden. Die Stabilisatoren 276, 278 sind auf die Werkzeugfläche des steuerbaren Motors 274 abgestimmt, so dass die Flügel 40, 42 entweder entgegen die oder in Richtung der Lochkrümmung positioniert sind. Ein Ausfahren der Flügel 40, 42 vergrößert den Krümmungsradius des neuen Bohrlochs 280. Die einstellbaren Flügel 40, 42 auf dem stromaufwärtigen Stabilisator 276 drücken sich von der Wand des Bohrlochs 280 ab, um die Lochkrümmung zu vergrößern. Es sollte dabei auch berücksichtigt werden, dass der obere Stabilisator 276 aus einem einstellbaren konzentrischen Stabilisator mit mehreren Position bestehen kann.
Unter Bezugnahme auf 51 wird hier eine Bohrlocheinheit 300 mit einer herkömmlichen Bohrkrone 302 dargestellt, welche an dem stromabwärtigen Ende einer gekrümmten Untereinheit 304 befestigt ist. Ein steuerbarer Motor 306 ist über der gekrümmten Untereinheit 304 positioniert, und ein exzentrisch einstellbarer Flügelstabilisator 308 ist über dem steuerbaren Motor 306 positioniert. Eine feststehende Fläche 310 ist an dem Motor 306 auf einer beliebigen, für die Bohrlocheinheit 300 erwünschten Höhe befestigt. Die Flügel 312 können dann an dem exzentrisch einstellbaren Flügelstabilisator 308 eingestellt werden, um die Neigung der Bohrkrone 302 mittels der feststehenden Fläche 310 als ein Drehpunkt einzustellen. Der exzentrisch einstellbare Flügelstabilisator 308 wird für das Kontrollieren des Konstruktionswinkels angewendet. Bei dieser Anwendung wird der exzentrisch einstellbare Flügelstabilisator der vorliegenden Erfindung nicht dazu angewendet, eine bizentrale Bohrkrone zentral zu halten, sondern um die Neigung der Bohrkrone für das Konstruieren des Bohrwinkels, und daher deren Neigung einzustellen. Das Positionieren des exzentrisch einstellbaren Flügelstabilisators 308 über dem Motor 306 liefert ausreichend Platz für einen Hub, mittels welchem die Bohrkrone 302 richtig geneigt werden kann.
Die Tatsache, dass alle drei Flügel auf mehrere Positionen eingestellt werden können, wie dies zum Beispiel für die Ausführungsform der 47-48 möglich ist, erlaubt dem Betriebspersonal die Kontrolle der direktionalen Bewegung in drei Richtungen. Diese Einheit würde somit aus einem dreidimensionalen Rotierwerkzeug bestehen, da die Flügel zu beliebigen Zeitpunkten individuell eingestellt werden können. Die radiale Bewegungen eines jeden Flügels werden unabhängig voneinander kontrolliert. Außerdem könnte diese Einheit (bizentrale Bohrkrone und exzentrischer Stabilisator) vor einem beliebigen dreidimensionalen, rotier- oder bohrlochmotorbetriebenen Bohrwerkzeug betrieben werden, um ein vergrößertes Bohrloch zu bohren.
Unter Bezugnahme auf 40-43 wird hier eine weitere Ausführungsform einer Bohreinheit dargestellt, welche den Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Bohrlocheinheit 290 umfasst eine standardgemäße Bohrkrone 272 mit einem Flügelräumer 292, welcher ungefähr 30 bis 60 Fuß über der Bohrkrone 272 an Meißelschäften 294 befestigt ist. Der Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser 10 ist stromaufwärts von dem Flügelräumer 292 befestigt. Der Stabilisator 10 übernimmt die Rolle eines Drehgelenks oder Drehpunktes für die Bohrkrone 272 und stabilisiert die Bohrrichtung der Bohrkrone 272.
Eine weitere Anwendung beinhaltet das Platzieren eines feststehenden Flügels an dem steuerbaren Motor, und eines exzentrisch einstellbaren Flügelstabilisators über dem Motor. Wenn die Stabilisatorflügel sich in ihrer eingefahrenen Position befinden, bohrt das Bohrgestänge geradeaus. Um einen Winkel zu konstruieren, wird die Rotierbewegung gestoppt, und die Flügel werden aus dem exzentrisch einstellbaren Flügelstabilisator herausgepumpt, so dass die Flügel gegen die Seite des Bohrlochs drücken, um eine Seitenlast zu erzeugen. Diese Seitenlast drückt die Rückseite des Motors nach unten und verursacht ein aufwärtiges Ausrichten der Bohrkrone und erzeugt einen Konstruktionswinkel.
Mit derselben Einheit können die Flügel des exzentrisch einstellbaren Flügelstabilisators einstellbar ausgefahren werden, um den Bohrwinkel aufrecht zu erhalten. Mit anderen Worten anullieren sich die beiden Flügel gegenseitig mit Bezug auf Seitenlast, wenn der Flügel des exzentrisch einstellbaren Flügelstabilisators gegenüber des feststehenden Flügels an dem Motorgehäuse positioniert ist, und halten den Lochwinkel aufrecht. Sowohl der exzentrische Flügelstabilisator wie auch der feststehende Flügel würden so innerhalb des Bohrlochs rotieren. Obwohl diese Anwendung hier als im Gleitmodus angewendet beschrieben wird, kann dieselbe auch für den Rotiermodus genutzt werden. Auf diese Weise kann der obere exzentrisch einstellbare Flügelstabilisator im Rotiermodus dazu angewendet werden, die Seitenlast zu anullieren, welche durch den feststehenden Flügel an dem Motorgehäuse erzeugt wird, und assistiert außerdem bei der Konstruktion eines Winkels durch Ausfahren der Flügel des exzentrisch einstellbaren Flügelstabilisators in die radiale Position, um auf diese Weise Seitenlast zu erzeugen und die Konstruktion des Winkels zu unterstützen.
Bei einer weiteren Anwendung der vorliegenden Erfindung mit einer Rotiereinheit und einer bizentralen Bohrkrone ersetzt der exzentrisch einstellbare Flügelstabilisator den konzentrisch einstellbaren Flügelstabilisator, und ist 10 oder 15 Fuß (3 oder 4,6m) über der bizentralen Bohrkrone positioniert. In dieser Situation wird der exzentrisch einstellbare Flügelstabilisator als ein Kettenstabilisator angewendet.
Es sollte außerdem berücksichtigt werden, dass der Flügelstabilisator mit exzentrisch einstellbarem Durchmesser der vorliegenden Erfindung auch für das erneute Einführen in ein vorhandenes Bohrloch für Zwecke des Vergrößerns desselben Bohrlochs angewendet werden kann. In einem solchen Fall ist keine Pilotenbohrkrone für das Zentralisieren des Fügelräumers vorhanden. Der exzentrisch einstellbare Stabilisator 10 zentriert deshalb die Bohrlocheinheit innerhalb des Bohrlochs, und ermöglicht dem Flügelräumer auf diese Weise das Räumen und Vergrößern des vorhandenen Bohrlochs.
Obwohl hier eine bevorzugte Ausführungsform dargestellt und beschrieben wurde, sind dem Fachmann auf diesem Gebiet Modifizierungen derselben innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche durchaus denkbar.

Claims

Ein einstellbarer Flügelstabilisator (10) für Anwendung mit einer Bohreinheit für das Bohren eines Bohrloches (34), umfassend: ein Gehäuse (12) mit einer Längsachse (17) und einer Außenwand mit mindestens zwei Öffnungen (60, 62), welche sich unter verschiedenen Winkeln radial mit Bezug auf die Längsachse durch die Außenwand hindurch erstrecken; ein einstellbares Kontaktteil (40, 42), welches innerhalb einer jeden genannten Öffnung (60, 62) befestigt ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator weiter ein feststehendes Kontaktteil (30) an dem Gehäuse (12) umfasst: und dass die genannten Kontaktteile (40, 42) innerhalb der genannten Öffnungen (60, 62) eine simultan eingefahrene Position umfassen und mit dem Bohrloch (34) eine erste Kontaktachse formen, und eine simultan ausgefahrene Position innerhalb der genannten Öffnungen (60, 62), welche mit dem Bohrloch (34) eine zweite Kontaktachse formt.
Ein Stabilisator (10) nach Anspruch 1, welcher weiter individuelle Betätiger umfasst, welche in die genannten Kontaktteile (40, 42) eingreifen und eine eingezogene Position in der genannten eingefahrenen Position umfassen, und welche in der genannten ausgefahernen Position auf eine Betätigungsposition bewegt werden können.
Ein Stabilisator (10) nach Anspruch 2, bei welchem die genannten Betätiger einen Kolben (104) umfassen, welcher bewegbar an einer Achse in dem genannten Gehäuse befestigt ist, welche nicht parallel zu der Achse des Gehäuses verläuft.
Ein Stabilisator (10) nach Anspruch 3, bei welchem der genannte Kolben (104) mit Flüssigkeit in Flüssigkeitsverbindung steht, welche durch eine in dem genannten Gehäuse versetzt angeordnete Fließbohrung (44) fließt.
Ein Stabilisator (10) nach Anspruch 2, bei welchem ein jeder Betätiger operativ mit dem genannten Kontaktteil (40, 42) verbunden ist, um das genannte Kontaktteil (40, 42) an einer Nockenfläche (78, 80, 88, 90) entlang zu bewegen.
Ein Stabilisator (10) nach Anspruch 1, welcher weiter einen Einzieher (102) umfasst, welcher in einer allgemein parallelen Ausrichtung zu der Achse des Gehäuses (12) befestigt ist und in eines der genannten Kontaktteile (40, 42) eingreift und in der genannten eingefahrenen Position über eine ausgefahrene Position verfügt, und über eine zusammengeklappte Position in der genannten ausgefahrenen Position.
Ein Stabilisator (10) nach Anspruch 6, bei welchem die genannten Einzieher (102) eine Rückstellfeder umfassen, welche in der genannten ausgefahrenen Position zusammengedrückt wird, und in der genannten eingefahrenen Position ausgedehnt wird.
Ein Stabilisator (10) nach Anspruch 7, bei welchem die genannte Feder (110) operativ mit dem genannten Kontaktteil (40, 42) verbunden ist.
Ein Stabilisator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die genannten einstellbaren Kontaktteile (40, 42) aus gestreckten Flügeln bestehen, welche im Wesentlichen 120° voneinander getrennt an dem genannten Gehäuse positioniert sind.
Ein Stabilisator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die genannte Außenwand ein feststehendes Kontaktteil (30) an dem genannten Gehäuse (12) umfasst; und wobei die genannten zwei einstellbaren Kontaktteile (40, 42) in der genannten ausgefahrenen Position in einem größeren radialen Abstand von der genannten Kontaktachse angeordnet sind als das genannte feststehende Kontaktteil (30).
Ein Stabilisator (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das genannte Gehäuse (12) drei Öffnungen (60, 62) umfasst, wobei ein jedes Gehäuse ein einstellbares Kontaktteil (40, 42) umfasst und eines der Kontaktteile (40, 42) in der genannten ausgefahrenen Position in einem geringeren radialen Abstand von der genannten Kontaktachse angeordnet ist als die anderen zwei einstellbaren Kontaktteile (40, 42).
Ein Stabilisator (10) nach Anspruch 1, welcher weiter ein Einstellteil (133) umfasst, welches operativ mit den genannten Kontaktteilen (40, 42) verbunden ist, wobei das genannte Kontaktteil (133) bewegbar innerhalb des genannten Gehäuses positioniert ist, um das radiale Ausfahren der genannten einstellbaren Kontaktteile (40, 42) auf eine dritte Position zwischen der genannten eingefahrenen und der genannten ausgefahrenen Position einzustellen.
Ein Stabilisator (10) nach Anspruch 1, welcher weiter einen Motor (181) umfasst, welcher mit den genannten einstellbaren Kontaktteilen (40, 42) verbunden ist, um ein Bewegen der genannten einstellbaren Kontaktteile (40, 42) zusammen mit dem genannten Gehäuse zu verursachen.
Ein Stabilisator (10) nach Anspruch 1, bei welchem die genannten Nockenflächen (78, 80, 88, 90) an dem genannten Gehäuse (12) angeordnet sind, und wobei die genannten Kontaktteile (40, 42) sich selber (40, 42) radial bewegen, d.h. die genannten Kontaktteile (40, 42) bewegen sich axial aus dem genannten Gehäuse heraus.
Ein Stabilisator (10) nach Anspruch 1, bei welchem die genannten einstellbaren Kontaktteile (40, 42) mittels eines Druckdifferentials über der genannten Außenwand des genannten Gehäuses (12) betätigt werden können.
Ein Stabilisator (10) nach Anspruch 1, bei welchem das genannte Gehäuse (12) einen Fließdurchgang (44) durch dasselbe umfasst, und wobei der genannte Fließdurchgang (44) auf einer Seite der genannten Achse (17) des genannten Gehäuses (12) positioniert ist.
Eine Bohreinheit für ein Bohrloch (34), mit einer Achse (211), umfassend: eine bizentrale Bohrkrone (202) mit einer Pilotenbohrkrone (206) und einem exzentrischen Räumerabschnitt (208), wobei die bizentrale Bohrkrone (202) eine bizentrale Bohrkronenachse umfasst, und wobei die genannte Pilotenbohrkrone (206) eine Pilotenbohrkronenachse umfasst, wobei der genannte Räumerabschnitt (208) sich von der genannten bizentralen Bohrkronenachse radial in eine erste Richtung erstreckt; ein exzentrisch einstellbarer Stabilisator (10) nach Anspruch 1, welcher an der genannten bizentralen Bohrkrone (202) befestigt ist; das genannte einstellbare Kontaktteil (40, 42) umfasst eine erste Position, in welcher die genannte bizentrale Bohrkronenachse auf die genannte Bohrlochachse (211) zentriert wird, und eine zweite Position, in welcher die genannte Pilotenbohrkronenachse auf die genannte Bohrlochachse (211) zentriert wird.
Eine Bohreinheit nach Anspruch 17, für das Hindurchführen durch ein vorhandenes verrohrtes Bohrloch und das Bohren eines neuen Bohrloches (34), wobei: das genannte einstellbare Kontaktteil (40, 42) auf die erste genannte Position eingefahren ist, wenn die Bohreinheit während des Bohrens eines neuen Bohrlochs (34) durch das vorhandene verrohrte Bohrloch hindurch geführt und in die genannte zweite Position ausgefahren wird; und die genannten Kontaktteile (40, 42) greifen in die Wand des genannten neuen Bohrlochs (34) ein und zentrieren die genannte Pilotenbohrkrone (206) innerhalb des genannten neuen Bohrlochs.
Eine Bohreinheit nach Anspruch 18, welche weiter einen zweiten Stabilisator umfasst, welcher an einem Meißelschaft stromaufwärts von dem genannten exzentrischen Stabilisator (10) befestigt ist.
Eine Bohreinheit nach Anspruch 18, bei welcher der genannte zweite Stabilisator aus einem einstellbaren konzentrischen Stabilisator (242) mit daran befestigten konzentrischen, einstellbaren Kontaktteilen besteht und mehrere radiale Positionen für das Abschrägen der genannten bizentralen Bohrkrone (202) aufweist, wobei der genannte exzentrische Stabilisator (10) die Rolle eines Drehpunktes für die genannte bizentrale Bohrkrone (202) übernimmt.
Eine Bohreinheit nach Anspruch 18, bei welcher der genannte zweite Stabilisator exzentrische einstellbare Kontaktteilstabilisatoren (232) umfasst.
Eine direktionale Bohreinheit, umfassend: einen Tieflochbohrmotor (252) mit einer Abgangswelle (28); einem exzentrischen, einstellbaren Flügelstabilisator (10) nach Anspruch 1, welcher an der genannten Abgangswelle (256) befestigt ist; eine bizentrale Bohrkrone (202) mit einer Pilotenbohrkrone (206) und einem exzentrischen Räumerabschnitt (208), welcher sich radial in eine erste Richtung erstreckt; das genannte feststehende Kontaktteil (30) erstreckt sich radial in die genannte erste Richtung, und die genannten zwei einstellbaren Kontaktteile (40, 42) erstrecken sich unter einem Winkel entgegen der genannten ersten Richtung; die genannten einstellbaren Kontaktteile (40, 42) umfassen eine eingefahrene Position für das Hindurchführen der genannten Bohreinheit durch ein vorhandenes verrohrtes Bohrloch, und eine ausgefahrene Position für das zentrale Halten der Pilotenbohrkrone (206).
Eine direktionale Bohreinheit nach Anspruch 22, welche weiter einen zweiten Stabilisator umfasst, welcher stromaufwärts von dem genannten Bohrmotor (252) positioniert ist.
Eine direktionale Bohreinheit nach Anspruch 23, bei welcher der genannte zweite Stabilisator aus einem einstellbaren konzentrischen Flügelstabilisator (242) besteht, wobei die genannten Kontaktteile über mehrere Positionen verfügen, und wobei die konzentrischen, einstellbaren Kontaktteile die genannte Pilotenbohrkrone (206) abschrägen, und der genannte exzentrische Stabilisator (10) die Rolle eines Drehpunktes übernimmt.
Eine Bohreinheit, umfassend: einen exzentrischen, einstellbaren Stabilisator (10) nach Anspruch 1; einen Flügelräumer (292), welcher am stromabwärtigen Ende des genannten Stabilisators (10) befestigt ist; ein oder mehrere Meißelschäfte (294), welche stromabwärts von dem genannten Flügelräumer (292) positioniert sind; eine Bohrkrone (272), welche an dem stromabwärtigen Ende der genannten Meißelschäfte (294) positioniert ist; der genannte exzentrische, einstellbare Stabilisator (10) umfasst das genannte feststehende Kontaktteil (30), welches sich in eine Richtung erstreckt, welche derjenigen des genannten Flügelräumers (292) gleicht, wobei sich die genannten zwei einstellbaren Kontaktteile unter einem Winkel der in eine der genannten gleichen Richtung entgegen gesetzten Richtung erstrecken.
Eine Methode für das Hindurchführen einer Bohreinheit durch ein vorhandenes Bohrloch und das Bohren eines neuen Bohrlochs (34), umfassend: das Einfahren von einstellbaren Kontaktteilen (40, 42) innerhalb des Gehäuses (12) eines exzentrischen Stabilisators (10) nach Anspruch 1; das Kontaktieren des vorhandenen verrohrten Bohrlochs mit einem Räumerabschnitt einer bizentralen Bohrkrone (202) und mit einer Seite einer Pilotenbohrkrone (206) einer bizentralen Bohrkrone (202); das Kontaktieren des vorhandenen verrohten Bohrlochs mit einem feststehenden Kontaktteil (30), und des Gehäuses (12) des exzentrischen Stabilisators (10) mit dem einstellbaren Kontaktteil (40, 42) in der eingefahrenen Position, und mit der Kontaktachse des Stabilisators (10), welche entlang der Achse der bizentralen Bohrkrone (202) verläuft; das Ausfahren der einstallbaren Kontaktteile (40, 42) des exzentrischen Stabilisators (10); das Kontaktieren des neuen Bohrlochs (34) mit der bizentralen Bohrkrone (202); das Kontaktieren des neuen Bohrlochs (34) mit dem feststehenden Kontaktteil (30), und der einstellbaren Kontaktteile (40, 42) des Stabilisators (10) mit den einstellbaren Kontaktteilen (40, 42) in der ausgefahrenen Position, wobei die Kontaktachse des Stabilisators (10) entlang der Achse der Pilotenbohrkrone (206) verläuft.