DE69835778T2

DE69835778T2 - Bohrsystem mit exzentrischem Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel

Info

Publication number: DE69835778T2
Application number: DE69835778T
Authority: DE
Inventors: Jay M. Spring Eppink; David E. Houston Rios-Aleman; Albert C. Kingwood 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: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2018-12-04
Also published as: EP1398455B1; EP1398455A3; EP1044314A1; DE69829586T2; EP1405983B1; EP1044314A4; EP1398455A2; US6488104B1; US6494272B1; DE69837411T2; NO20002791D0; NO323571B1; EP1044314B1; US6227312B1; EP1405983A2; EP1405983A3; DE69837411D1; WO1999028587A1; DE69829586D1; NO20002791L

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bohrsysteme zum Stabilisieren und Lenken von Bohrmeißeln und insbesondere auf exzentrische Stabilisatoren mit einstellbarem Durchmesser zum Stabilisieren und Steuern der Trajektorie von Bohrmeißeln und genauer von Doppelmeißeln.
Beim Bohren von Öl- und Erdgasquellen werden konzentrische Ummantelungsstränge bei dem fortschreitenden Bohren in zunehmende Tiefen in dem Bohrloch installiert und einzementiert. Hinsichtlich der Abstützung zusätzlicher Ummantelungsstränge innerhalb der zuvor angelegten Stränge ist der ringförmige Raum um den neu installierten Ummantelungsstrang herum begrenzt. Wenn weiterhin Ummantelungen mit zunehmend kleineren Durchmessern innerhalb der Quelle aufgehängt werden, wird der Durchflussquerschnitt für die Öl- und Gasherstellung reduziert. Für eine Steigerung der ringförmigen Fläche für den Zementiervorgang und für eine Erhöhung des Produktionsdurchflussquerschnitts ist es üblich geworden, ein neues Bohrloch mit größerem Durchmesser unter das Anschlussende des zuvor installierten Ummantelungsstrangs und bestehenden ummantelten Bohrlochs zu bohren, um die Installation eines Ummantelungsstrangs mit größerem Durchmesser zu ermöglichen, der andernfalls in einem kleineren Bohrloch nicht installiert werden könnte. Durch das Bohren des neuen Bohrlochs mit einem größeren Durchmesser als dem Innendurchmesser des bestehenden ummantelten Bohrlochs wird eine größere ringförmige Fläche für den Zementiervorgang bereitgestellt und der nachfolgend aufgehängte neue Ummantelungsstrang kann einen größeren Innendurchmesser aufweisen, um einen größeren Durchflussquerschnitt für die Öl- und Gasproduktion bereitzustellen.
Es sind verschiedene Verfahren ersonnen worden, um eine Bohrbaugruppe oder -garnitur durch das bestehende ummantelte Bohrloch durchzuleiten und um es zu ermöglichen, dass die Bohrbaugruppe ein neues Bohrloch mit einem größeren Durchmesser als dem Innendurchmesser des oberen bestehenden ummantelten Bohrlochs bohrt. Ein derartiges Verfahren besteht in der Verwendung von Nachräumern, die zusammengelegt werden, um durch das bestehende ummantelte Bohrloch mit kleinerem Durchmesser geführt zu werden, wobei sie anschließend expandiert werden, um das neue Bohrloch zu räumen und um einen größeren Durchmesser für die Installation einer Ummantelung mit größerem Durchmesser bereitzustellen. Ein weiteres Verfahren besteht in der Verwendung eines geflügelten Räumers, der über einem konventionellen Meißel vorgesehen wird.
Ein weiteres Verfahren zum Bohren eines Bohrlochs mit einem größeren Durchmesser beinhaltet eine Bohrbaugruppe, die einen Doppelmeißel benutzt. Von Diamond Products International, Inc. of Houston, Texas, werden verschiedene Typen von Doppelmeißeln hergestellt, siehe die Broschüre von Diamond Products International.
Der Doppelmeißel ist eine Kombination aus Räumer und Führungsmeißel. Der Führungsmeißel ist an dem stromabwärtigen Ende der Bohrbaugruppe angeordnet, während der Räumerabschnitt stromaufwärts von dem Führungsmeißel vorgesehen ist. Der Führungsmeißel bohrt ein Führungsbohrloch mittig in der erwünschten Trajektorie des Bohrlochpfades und anschließend folgt der exzentrische Räumerabschnitt dem Führungsmeißel und räumt das Führungsbohrloch für das neue Bohrloch auf den erwünschten Durchmesser. Der Durchmesser des Führungsmeißels wird aus Stabilitätsgründen so groß wie möglich gemacht, wobei er immer noch das ummantelte Bohrloch durchqueren kann und dem Doppelmeißel das Bohren eines Bohrlochs ermöglicht, welches etwa 15 % größer als der Durchmesser des bestehenden ummantelten Bohrlochs ist. Da der Räumerabschnitt exzentrisch beschaffen ist, tendiert der Räumerabschnitt dazu, den Führungsmeißel taumeln zu lassen, wodurch er unerwünscht außermittig und somit aus der bevorzugten Trajektorie des Bohrens des Bohrlochpfades heraus abgelenkt wird. Der Doppelmeißel tendiert dazu, aus der Mitte des Bohrlochs heraus geschoben zu werden, da die resultierende Kraft aus der einerseits auf den Räumerflügel einwirkenden Radialkraft, die durch eine Belastung auf den Meißel bewirkt wird, und andererseits aus der durch die Bohrer an dem Führungsmeißel verursachte Umfangskraft nicht über die Mittellinie des Doppelmeißels einwirkt. Da diese resultierende Kraft nicht auf das Zentrum des Doppelmeißels einwirkt, tendiert der Doppelmeißel dazu, von der erwünschten Trajektorie des Bohrlochpfades abzuweichen.
Die Bohrbaugruppe muss einen Durchgangsdurchmesser aufweisen, der es ermöglicht, dass sie durch das bestehende ummantelte Bohrloch hindurch laufen kann. Der Räumerabschnitt des Doppelmeißels ist exzentrisch. Es ist empfohlen, dass der Stabilisator ungefähr 9,14 m (30 Fuß) über dem Räumerabschnitt des Doppelmeißels angeordnet wird, damit er radial abgelenkt werden kann, ohne sich bei seinem Durchlauf durch das obere bestehende ummantelte Bohrloch übermäßig zu verkeilen. Wenn der exzentrische Räumerabschnitt näher an dem Stabilisator angeordnet wird, könnte die Bohrbaugruppe nicht mehr ausreichend abgelenkt werden und damit nicht das obere bestehende ummantelte Bohrloch durchlaufen. Der Stabilisator und Schwerstangen müssen eine radiale Ablenkung des Doppelmeißels ohne ein übermäßiges Verkeilen ermöglichen, wenn dieser durch das bestehende ummantelte Bohrloch verläuft.
Typischerweise ist ein feststehender Flügelstabilisator an der Bohrbaugruppe montiert. Der feststehende Flügelstabilisator umfasst eine Mehrzahl von Flügeln, die um den Gehäuseumfang des Stabilisators herum unter Abstand zueinander azimutal angeordnet sind, wobei die äußeren Ränder der Flügel konzentrisch angeordnet und dazu ausgelegt sind, die Wand des bestehenden ummantelten Bohrlochs zu kontaktieren. Das Stabilisatorgehäuse hat ungefähr den gleichen Außendurchmesser wie der Doppelmeißel. Augenscheinlich muss der feststehende Flügelstabilisator über einen Durchmesser verfügen, der kleiner als der Innendurchmesser des oberen bestehenden ummantelten Bohrlochs ist, d.h. als der Durchgangsdurchmesser. Tatsächlich muss der feststehende Flügelstabilisator einen Durchmesser aufweisen, der gleich wie oder kleiner als der Außendurchmesser des Führungsmeißels des Doppelmeißels ist. Somit wird verständlich, dass die Flügel des feststehenden Flügelstabilisators nicht alle zusammen gleichzeitig mit der Wand des neuen Bohrlochs in Kontakt treten, da das neue Bohrloch einen größeren Durchmesser als das obere bestehende ummantelte Bohrloch hat. Da nicht alle feststehenden Flügel mit der Wand des neuen Bohrlochs mit größerem Durchmesser in Eingriff treten, ist der feststehende Flügelstabilisator innerhalb des neuen Bohrlochs nicht zentriert und vermag es häufig nicht zu verhindern, dass die resultierende Kraft auf den Doppelmeißel es bewirkt, dass die Mittellinie des Führungsmeißels von der Mittellinie der bevorzugten Trajektorie des Bohrlochs abweicht.
Ein einstellbarer konzentrischer Flügelstabilisator kann mit der Bohrbaugruppe verwendet werden. Der einstellbare Stabilisator ermöglicht es, dass die Flügel in dem Stabilisatorgehäuse zusammengelegt werden, wenn die Bohrbaugruppe das obere bestehende ummantelte Bohrloch durchläuft und danach innerhalb des neuen Bohrlochs mit größerem Durchmesser expandiert wird, wobei die Stabilisatorflügel mit der Wand des neuen Bohrlochs in Eingriff treten, um das Vermögen des Stabilisators zu verbessern, die Mittellinie des Führungsmeißels mit der Mittellinie des Bohrlochs übereinstimmend zu halten. Wenn der exzentrische Räumer an dem Doppelmeißel dazu tendiert, den Führungsmeißel aus der Mitte heraus zu drängen, treten die expandierten einstellbaren Stabilisatorflügel mit der gegenüberliegende Seite des neuen Bohrlochs in Kontakt, um diese Kraft auszugleichen und den Führungsmeißel mittig zu halten.
Ein Typ eines einstellbaren konzentrischen Stabilisators wird von Halliburton, Houston, Texas hergestellt und ist in den US-Patenten 5 318 137, 5 318 138 und 5 332 048 beschrieben. Ein weiterer Typ eines einstellbaren konzentrischen Stabilisators wird von Andergauge USA., Inc., Spring, Texas hergestellt, siehe den Artikel und die Broschüre von Andergauge World Oil.
Selbst mit einstellbaren konzentrischen Flügelstabilisatoren wird es immer noch empfohlen, dass der Stabilisator mindestens 9,14 m (30 Fuß) über dem Doppelmeißel angeordnet wird. Der Außendurchmesser des Gehäuses eines konzentrischen Stabilisators mit einstellbarem Durchmesser der Flügel ist etwas größer als der Außendurchmesser des steuerbaren Motors. Das Gehäuse des einstellbaren Flügelstabilisators umfasst eine große Anzahl an Flügeln, die um seinen Umfang herum unter Abstand zueinander azimutal angeordnet sind und sich radial von einem zentralen Strömungsdurchgang, der durch das Zentrum des Stabilisatorgehäuses verläuft, hinweg erstrecken. Um eine große Anzahl an Flügeln innerhalb des Gehäuses unterzubringen, ist es notwendig den Außendurchmesser des Gehäuses zu erhöhen. Dies erzeugt eine Unrundheit an dem Gehäuse. Allerdings darf der Außendurchmesser des einstellbaren Stabilisatorgehäuses den Außendurchmesser des Führungsmeißels nicht übertreffen, wenn der einstellbare Stabilisator innerhalb von 9,14 m (30 Fuß) von dem Doppelmeißel entfernt angeordnet werden soll. Selbst wenn der Außendurchmesser beispielsweise nur um 1,27 cm (1/2 inch) erhöht werden würde, bestünde keine ausreichende Ablenkung der Bohrbaugruppe, damit die Bohrbaugruppe hinunter durch dascbestehende ummantelte Bohrloch geführt werden könnte.
Der Stabilisator ist so weit von dem Doppelmeißel entfernt angeordnet, dass er die Tendenz des exzentrischen Räumerabschnitts zu einem Abstoßen von der Wand des neuen Bohrlochs nicht verhindern kann, wodurch der Führungsmeißel von der Mittellinie der Trajektorie des Bohrlochpfades abweicht und dadurch ein Bohrloch mit Untergröße erzeugt, d.h. mit einem Durchmesser, der kleiner als der erwünschte Durchmesser ist. Ein derartiges Bohren kann ein Bohrloch mit Untergröße erzeugen, das ungefähr den gleichen Durchmesser aufweist, wie dies durch einen konventionellen Bohrmeißel bewirkt werden würde.
Indem der Stabilisator ungefähr 9,14 m (30 Fuß) über dem Doppelmeißel angeordnet wird, fällt der Ablenkungswinkel zwischen dem Stabilisator und dem exzentrischen Räumerabschnitt so klein aus, dass er den Durchlauf der Bohrbaugruppe nicht beeinträchtigt. Wenn jedoch der Stabilisator näher zu dem Doppelmeißel hin bewegt wird, wird der Ablenkungswinkel so lange größer, bis sich der Stabilisator zu nahe an dem Doppelmeißel befindet, wodurch sich dieser in dem Bohrloch verkeilt und es verhindert, dass die Baugruppe das bestehende ummantelte Bohrloch durchlaufen kann.
Es ist bevorzugt, dass der Stabilisator nur zwei oder drei Fuß über dem Doppelmeißel angeordnet ist, um sicherzustellen, dass der Führungsmeißel mittig bohrt. Eine Anordnung des Stabilisators nahe bei dem Doppelmeißel ist bevorzugt, weil der Stabilisator den Führungsmeißel nicht nur mittig hält, sondern weil der Stabilisator auch einen Hebelpunkt für die Bohrbaugruppe bereitstellt, um die Bohrrichtung des Meißels auszurichten. Dies versteht sich anhand der verschiedenen Typen von Bohrbaugruppen, welche zum Bohren in einer erwünschten Richtung verwendet werden und zwar unabhängig davon, ob die Richtung ein gerades oder ein krummes Bohrloch vorgibt.
Eine Pendel-Bohrbaugruppe umfasst einen feststehenden Flügelstabilisator, der etwa 9,14 m–27,42 m (30–90 Fuß) über dem konventionellen Bohrmeißel angeordnet ist, wobei sich dazwischen Schwerstangen erstrecken. Der feststehende Stabilisator fungiert als der Hebel- oder Schwenkpunkt für den Meißel. Das Gewicht der Schwerstangen bewirkt es, dass der Meißel unter dem Einfluss der Schwerkraft an den Schwerstangen nach unten schwenkt, um Lochwinkel nach unten auszubilden. Allerdings ist für das Bohren Gewicht an der Längsachse des Meißels erforderlich. Die Biegung der Schwerstangen unter dem Stabilisator führt dazu, dass die Mittellinie des Bohrmeißels über die Richtung des gebohrten Bohrlochs hinaus weist. Wenn es notwendig ist, dass die Neigung des Bohrlochs mit einer langsameren Rate abnimmt, wird mehr Gewicht an den Meißel angelegt. Die größere resultierende Kraft in der nach oben verlaufenden Richtung durch das erhöhte Gewicht auf den Meißel versetzt einen Teil der von dem Schwerstangengewicht stammenden Seitenkraft, wodurch das Bohrloch mit einen geringeren Tendenz zu einem Abfallen nach unten gebohrt wird. Häufig wird die Pendelbaugruppe dazu verwendet, die Richtung des Bohrlochs zurück zu der Vertikalen zu bringen. Die Richtungstendenz der Pendelbaugruppe spricht sehr empfindlich auf Gewicht an dem Meißel an. Üblicherweise wird die Eindringrate zum Bohren des Bohrlochs drastisch verlangsamt, um eine akzeptable Richtung nahe bei der Vertikalen beizubehalten.
Eine gepackte Bohrloch-Bohrbaugruppe umfasst typischerweise einen konventionellen Bohrmeißel, wobei ein unterer Stabilisator ungefähr 0,91 m (3 Fuß) über dem Meißel, ein Zwischenstabilisator ungefähr 3,05 m (10 Fuß) über dem unteren Stabilisator und anschließend ein oberer Stabilisator ungefähr 9,14 m (30 Fuß) über dem Zwischenstabilisator angeordnet werden. Ein vierter Stabilisator ist nicht unüblich. Schwerstangen sind zwischen den Stabilisatoren vorgesehen. Jeder der Stabilisatoren ist ein feststehender Vollmaß-("Full-Gauge")-Flügelstabilisator, der einen nur geringen und oder gar keinen Zwischenraum zwischen den Stabilisatorflügeln und der Bohrlochwand aufweist. Die Aufgabe einer gepackten Bohrloch-Bohrbaugruppe besteht in der Bereitstellung einer kurzen steifen Bohrbaugruppe mit einer so geringen wie möglichen Ablenkung, um ein gerades Bohrloch bohren zu können. Die Tendenz der gepackten Bohrlochbaugruppe zu geraden Löchern ist bezüglich des Meißelgewichts normalerweise unempfindlich.
Eine Rotary-Bohrbaugruppe kann einen konventionellen Bolrmeißel umfassen, der an einem unteren Stabilisator montiert ist, welcher typischerweise 0,76 m–0,91 m (2,5 bis 3 Fuß) über dem Meißel angeordnet ist. Eine Mehrzahl von Schwerstangen erstreckt sich zwischen dem unteren Stabilisator und weiteren Stabilisatoren in der Grundlochbaugruppe. Der zweite Stabilisator befindet sich typischerweise etwa 3,05 m–4,57 m (10 bis 15 Fuß) über dem unteren Stabilisator. Es könnten auch zusätzliche Stabilisatoren über dem zweiten Stabilisator vorgesehen werden. Typischerweise hat der untere Stabilisator ein Mindermaß von 0,794 mm (1/32 inch) bis hin zu 6,35 mm (1/4 inch). Die zusätzlichen Stabilisatoren haben ein Mindermaß von typischerweise 0,32–6,35 mm (1/8 bis 1/4 inch). Der zweite Stabilisator kann entweder ein feststehender Flügelstabilisator oder seit kurzem ein einstellbarer Flügelstabili sator sein. Im Betrieb dient der untere Stabilisator als ein Hebel- oder Schwenkpunkt für den Meißel. Das Gewicht der Schwerstangen an einer Seite des unteren Stabilisators kann sich nach unten bewegen, bis der zweite Stabilisator aufgrund der Schwerkraft die untere Seite des Bohrlochs berührt, wodurch sich die Längsachse des Meißels nach oben auf die andere Seite des unteren Stabilisators in einer Richtung hin verschwenkt, um einen Bohrwinkel aufzubauen. Eine radiale Veränderung der entweder feststehenden oder einstellbaren Flügel des zweiten Stabilisators kann das vertikale Schwenken des Meißels an dem unteren Stabilisator derart steuern, dass ein steuerbares System auf der Basis zweidimensionaler Schwerkraft bereitgestellt wird, wodurch je nach Wunsch die Bohrlochrichtung aufgebaut oder die Neigung abgesenkt werden kann.
Im Unterschied zu Rotary-Bohrsystemen beinhalten steuerbare Systeme eine Grundloch-Bohrbaugruppe mit einem steuerbaren Motor zum Drehen des Meißels. Typischerweise werden Rotary-Baugruppen zum Bohren von im Wesentlichen geraden Löchern oder von Löchern verwendet, die unter Benutzung der Schwerkraft gebohrt werden können. Die Schwerkraft kann in einem sehr krummen oder horizontalen Bohrloch auf effektive Weise zur Steuerung der Neigung verwendet werden. Allerdings kann die Schwerkraft nicht zur Steuerung des Azimuts benutzt werden. Eine typische steuerbare Grundlochbaugruppe umfasst einen Meißel, der an der Abtriebswelle eines steuerbaren Motors montiert ist. Ein unterer feststehender oder einstellbarer Flügelstabilisator ist an dem Gehäuse des steuerbaren Motors montiert. Ein einstellbarer Flügelstabilisator an dem Motorgehäuse kann nicht mehrere Stellungen einnehmen, sondern entweder nur eine eingezogene oder eine expandierte Stellung. Der steuerbare Motor weist eine Krümmung auf, die typischerweise zwischen 3/4° und 3° liegt. Über dem steuerbaren Motor ist ein oberer feststehender oder konzentrisch einstellbarer Flügelstabilisator bzw. eine Schlickbaugruppe angeordnet. Typischerweise wird der untere feststehende Flügelstabilisator als der Hebel- oder Schwenkpunkt verwendet, wobei die Grundlochbaugruppe durch ein Einstellen der Flügel des oberen konzentrisch einstellbaren Stabilisators Bohrwinkel aufbauen oder abfallen lassen kann. Der obere konzentrisch einstellbare Stabilisator kann mehrere Stellungen einnehmen, wobei die Stabilisatorflügel über eine Mehrzahl von konzentrischen Radialstellungen von dem Gehäuse des Stabilisators verfügen, wodurch der Meißel mittels des Hebelpunkts des unteren feststehenden Flügelstabilisators nach oben oder nach unten schwenkt. Eine Montage eines konzentrischen einstellbaren Flügelstabilisators unterhalb des Motors an der Motorabtriebswelle zwischen dem Meißel und dem Motor ist bekannt, wobei sich der konzentrische einstellbare Flügelstabilisator mit dem Meißel dreht. Einer der prinzipiellen Vorteile des steuerbaren Motors besteht in der Ermöglichung, dass der Meißel lateral bewegt oder der Azimut verändert werden kann, während es eine konventionelle Drehbaugruppe prinzipiell ermöglicht, dass der Meißel Bohrwinkel ausbauen oder abfallen lassen kann.
Die steuerbare Bohrbaugruppe umfasst zwei Bohrmodi, namentlich einen Rotary-Modus und einen Gleitmodus. In dem Rotary-Bohrmodus dreht sich nicht nur der Meißel aufgrund des steuerbaren Motors, sondern es dreht sich auch der gesamte Bohrstrang durch einen Drehtisch an dem Bohrgestell, wodurch die Krümmung in dem steuerbaren Motor die Mittellinie der Grundlochbaugruppe umläuft. Typischerweise wird der Rotary-Bohrmodus zu einem gerade nach vorne verlaufenden Bohren und für leichte Neigungsveränderungen benutzt, und er wird aufgrund seiner hohen Bohrrate bevorzugt.
Der andere Bohrmodus ist der Gleitmodus, in welchem nur der Meißel durch den steuerbaren Motor rotiert wird, der Bohrstrang jedoch nicht mehr durch den Drehtisch an der Oberfläche gedreht wird. Die Krümmung in dem steuerbaren Motor weist zu einer spezifischen Richtung hin und nur der Meißel wird mittels Fluidströmung durch den steuerbaren Motor rotiert, um in der bevorzugten Richtung zu bohren und typischerweise die Bohrrichtung zu korrigieren. Anschließend geleitet der Rest der Grundlochbaugruppe in das durch den Meißel gebohrte Loch hinunter. Die Rotation des Meißels wird durch den Abtrieb der Antriebswelle des steuerbaren Motors bewirkt. Der Gleitmodus ist nicht bevorzugt, da er eine viel niedrigere Bohr- oder Eindringungsrate als der Rotary-Modus aufweist.
Es ist ersichtlich, dass die Drehbaugruppe und die steuerbare Baugruppe mit einem konventionellen Bohrmeißel auf einen Stabilisator angewiesen sind, der als ein Hebel- oder Schwenkpunkt zur Änderung der Bohrrichtung des Meißels dient. Wenn ein Doppelmeißel zusammen mit diesen Bohrbaugruppen benutzt wird, kann eine nahe am Meißel befindliche Stabilisierung nicht bewerkstelligt werden, da der am nächsten liegende Stabilisator nur ungefähr 9,14 m (30 Fuß) über dem Doppelmeißel angeordnet werden kann, weil die Bohrbaugruppe das obere bestehende ummantelte Bohrloch durchlaufen muss. Wenn sich der am nächsten liegende Stabilisator 9,14 m (30 Fuß) über dem Doppelmeißel befindet, wird die Bohrbaugruppe zu einer Pendel-Bohrbaugruppe und wirft wie zuvor erläutert ein Problem bei dem Steuern entlang der Mittellinie des Führungsmeißels und somit entlang der Bohrrichtung auf. Wie bei einer Pendelbaugruppe wird der Meißel in einer Richtung geneigt und baut einen Winkel auf. Bei einer normalen Pendelbaugruppe wirkt die Gravitationskraft auf den Meißel ein und bewirkt es, dass dieser seitlich in die untere Seite schneidet, sodass der Neigungseffekt des Meißels in Abhängigkeit von dem auf den Meißel wirkenden Gewicht, der Bohrrate, den Felseigenschaften, dem Meißelentwurf usw. nicht vorherrschend sein kann. Für die meisten Doppelmeißel ist die laterale Kraft von dem Räumer jedoch größer als die Schwerkraft bei geringen Neigungen, wodurch der Meißel nicht nur an der unteren Seite seitlich, sondern in sämtliche Richtungen um das Loch herum schneidet. Dies führt zu einem Überwiegen der Meißelneigung, wodurch der Doppelmeißel leichter als ein Standardmeißel Winkel aufbauen kann. Daher ist ersichtlich, dass die bestmöglichste Grundlochbaugruppe mit einem Doppelmeißel eine größere Instabilität als eine vergleichbare Grundlochbaugruppe mit einem Standardmeißel aufweist. Aufgrund dieser Instabilität würden Rotary-Baugruppen mit feststehenden Flügelstabilisatoren eine konstante Veränderung erfordern und müssten in das Bohrloch abgesenkt und aus diesem aufgeholt werden, um einen Stabilisator mit einem unterschiedlichen Durchmesser für eine Korrektur der Bohrlochneigung zu verändern. Weiterhin erfordern steuerbare Baugruppen aufgrund dieser Instabilität ein großes Ausmaß an erneuter Ausrichtung der Lochrichtung, um die Bohrrichtung zu korrigieren, wodurch die Benutzung des Gleitmodus des Bohrens mit seiner geringen Eindringrate erforderlich werden würde.
Das Bohren in dem Gleitmodus erzeugt ebenfalls häufig einen plötzlichen Knick bzw. eine Biegung in dem Bohrloch. Idealerweise sollte keine plötzliche Richtungsveränderung vorliegen. Obgleich ein graduell gleich bleibender Knick von 2° bei 30,48 m (100 Fuß) nicht abträglich ist, ist eine abrupte Änderung von 2° an einer beliebigen Stelle innerhalb von 30,48 m (100 Fuß) schädlich. Plötzliche Änderungen der Bohrtrajektorie führen zu einem Krümmungsreichtum. Der Begriff Krümmungsreichtum beschreibt dabei ein Bohrloch, dessen Trajektorie die einer Spirale ist, wodurch das Bohrloch viele Richtungsänderungen aufweist und einen sehr gewundenen Bohrlochpfad ausbildet, durch den sich die Grundlochbaugruppe und der Bohrstrang in dem Bohrloch an- und abschlagen. Ein Krümmungsreichtum erhöht das Drehmoment und den Zug auf den Bohrstrang wesentlich. Bei einem Bohren über große Strecken hinweg begrenzt der Krümmungsreichtum den Abstand, in welchem der Bohrstrang bohren kann, und somit die Länge des weitreichenden Bohrloches. Weiterhin begrenzt der Krümmungsreichtum das Drehmoment, das der Grundlochbaugruppe effektiv verliehen werden kann, und führt dazu, dass sich der Bohrstrang oder die Grundlochbaugruppe in dem Bohrloch verklemmt. Der Artikel mit dem Titel "Use of Bicenter PDC Bit Reduces Drilling Cost" von Robert G. Casto im Oil & Gas Journal in der Ausgabe von 13.11.1995 beschreibt die Unzulänglichkeiten des Bohrens in dem Gleitmodus. Es sollte sich verstehen, dass die Bohrausrüstungskosten außerordentlich hoch sind und es von daher erwünscht ist, den Gleitmodus so weit wie möglich einzuschränken.
FR 2 643 939 beschreibt einen exzentrischen einstellbaren Stabilisator.
Der oben erläuterte Stand der Technik bezieht sich eher auf das Bohren mit geringeren Winkeln. Für das Bohren mit großen Winkeln neigt der Räumerabschnitt des Doppelmeißels dazu, die untere Seite des Lochs zu räumen und zu unterschneiden, wodurch der Meißel den Winkel nach unten absenkt. Dies ist sehr formationsabhängig und lässt den Doppelmeißel sogar noch instabiler und unvorhersagbarer ausfallen.
Die vorliegende Erfindung überwindet die beim Stand der Technik bestehenden Unzulänglichkeiten.
Das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfassen eine Bohrbaugruppe mit einem exzentrischen Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel. Der exzentrische Stabilisator beinhaltet ein Gehäuse mit einem feststehenden Stabilisatorflügel sowie ein Paar einstellbarer Stabilisatorflügel. Die einstellbaren Stabilisatorflügel sind innerhalb von Öffnungen in dem Gehäuse des exzentrischen Stabilisators beherbergt. Ein Ausfahrkolben ist in einem Kolbenzylinder beherbergt, um mit den einstellbaren Stabilisatorflügeln in Eingriff zu treten und sie in eine ausgefahrene Stellung zu bewegen, und eine Rückstellfeder ist in dem Stabilisatorgehäuse angeordnet und tritt mit den einstellbaren Stabilisatorflügeln in Wirkeingriff, um sie in eine eingezogene Stellung zurückzuführen. Das Gehäuse umfasst Nockenflächen, die derart mit entsprechenden geneigten Oberflächen an den Stabilisatorflügeln in Eingriff treten, dass bei der axialen Bewegung der einstellbaren Stabilisatorflügel die Flügel nach außen zu ihrer ausgefahrenen Stellung hin in Eingriff gebracht werden. Ebenfalls beinhaltet der exzentrische Stabilisator eines oder mehrere Fließrohre, durch die Bohrfluide durchfließen und einen Druck an den erweiterten Kolben anlegen, sodass der Differentialdruck über das Stabilisatorgehäuse hinweg den Ausfahrkolben dazu betätigt, die einstellbaren Stabilisatorflügel axial stromaufwärts zu bewegen, um sie in ihre ausgefahrene Stellung zu bringen.
Der exzentrische Stabilisator ist an einem Doppelmeißel montiert, der einen exzentrischen Räumerabschnitt und einen Führungsmeißel aufweist. In der eingezogenen Stellung bilden die Kontaktflächen zwischen dem exzentrischen Stabilisator und dem Bohrloch eine Kontaktachse, die mit der Achse des Doppelmeißels übereinstimmt. In der ausgefahrenen Stellung verschieben die ausgefahrenen einstellbaren Stabilisatorflügel die Kontaktachse derart, dass die Kontaktflächen zwischen dem exzentrischen Stabilisator und dem Bohrloch eine Kontaktachse ausbilden, die mit der Achse des Führungsmeißels übereinstimmt. Im Betrieb befinden sich die einstellbaren Flügel des exzentrischen Stabilisators in ihrer eingezogenen Stellung, wenn die Bohrbaugruppe das bestehende ummantelte Bohrloch durchläuft, und danach werden die einstellbaren Flügel zu ihrer ausgefahrenen Stellung hin ausgefahren, um die Kontaktachse derart zu verschieben, dass der exzentrische Stabilisator den Führungsmeißel in der erwünschten Bohrrichtung stabilisiert, wenn der exzentrische Räumerabschnitt das neue Bohrloch räumt. Ist das Bohren abgeschlossen, werden die Flügel durch die Einzugsfeder eingefahren, wenn der Durchfluss abgeschaltet ist, so dass die Baugruppe zurück durch das bestehende ummantelte Bohrloch an die Oberfläche geführt werden kann.
Der exzentrische Stabilisator der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, dass der Stabilisator ein nahe am Meißel liegender Stabilisator ist, damit der Stabilisator innerhalb einiger weniger Fuß in der Nähe des Doppelmeißels angeordnet werden kann. Durch das Anordnen des exzentrischen Stabilisators nahe an dem Doppelmeißel und durch das Anheben und Absenken von stromaufwärts von dem exzentrischen Stabilisator verbundenen Schwerstangen fungiert der exzentrische Stabilisator als ein Hebelpunkt zur Einstellung der Bohrrichtung des Doppelmeißels. Indem weiterhin der Stabilisator nahe an dem Doppelmeißel angeordnet wird, wird die Stabilität der Grundlochbaugruppe in großem Ausmaß verbessert und die Belastungen aufgrund des Wirbelns bei zuvor nicht stabilisierten Bereichen der Grundlochbaugruppe werden deutlich verringert. Es sollte sich verstehen, dass sich die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt, einen nahe am Meißel liegenden Stabilisator zu verwenden, sondern sie kann auch als ein Strangstabilisator benutzt werden.
Im folgenden wird ein einstellbarer Flügelstabilisator zur Verwendung in einer Bohrbaugruppe zum Bohren eines Bohrlochs beschrieben, der versehen ist mit: einem Gehäuse mit einer Außenwand, die mindestens eine sich durch die Außenwand erstreckende Öffnung aufweist, einem in der Öffnung montierten einstellbaren Kontaktbauteil, wobei die Außenwand und das Kontaktbauteil mit dem Bohrloch in Kontakt treten und eine Kontaktachse ausbilden, und wobei das Kontaktbauteil eine eingezogene Stellung innerhalb der Öffnung aufweist, durch die eine erste Kontaktachse ausgebildet wird, sowie eine ausgefahrene Stellung innerhalb der Öffnung, durch die eine zweite Kontaktachse ausgebildet wird.
Der Stabilisator kann weiterhin ein Stellglied umfassen, das mit dem Kontaktbauteil in Eingriff tritt, und welches eine eingefahrene Stellung in der eingezogenen Stellung aufweist und zu einer Betätigungsstellung in der ausgefahrenen Stellung hin bewegbar ist. Das Stellglied kann einen beweglich in dem Gehäuse montierten Kolben umfassen. Der Kolben kann in Fluidverbindung mit Fluid stehen, das durch eine Durchflussbohrung in dem Gehäuse fließt. Das Stellglied kann wirkungsmäßig mit dem Kontaktbauteil verbunden werden.
Der Stabilisator kann weiterhin eine Einzugsanordnung umfassen, die mit dem Kontaktbauteil in Eingriff tritt und eine expandierte Stellung in der eingezogenen Stellung sowie eine zusammengelegte Stellung in der ausgefahrenen Stellung aufweist. Die Einzugsanordnung kann eine Rückstellfeder umfassen, die in der ausgefahrenen Stellung komprimiert und in der eingezogenen Stellung expandiert wird. Die Feder kann in Wirkverbindung mit dem Kontaktbauteil gebracht werden.
Weiterhin kann der Stabilisator Nockenflächen an dem Gehäuse umfassen, wobei das Kontaktbauteil das Kontaktbauteil radial bewegt, wenn sich das Kontaktbauteil axial von dem Gehäuse bewegt.
Das Gehäuse kann zwei Öffnungen umfassen, die jeweils ein einstellbares Kontaktbauteil beherbergen. Die einstellbaren Kontaktbauteile können im Wesentlichen 120° voneinander entfernt an dem Gehäuse angeordnet werden. Die Außenwand kann ein feststehendes Kontaktbauteil an dem Gehäuse umfassen. Die einstellbaren Kontaktbauteile können einen größeren radialen Abstand von der Kontaktachse in der ausgefahrenen Stellung als das feststehende Kontaktbauteil aufweisen.
Das Gehäuse kann drei Öffnungen umfassen, die jeweils ein einstellbares Kontaktbauteil beherbergen, wobei eines der Kontaktbauteile einen geringeren radialen Abstand von der Kontaktachse in der ausgefahrenen Stellung als die anderen beiden einstellbaren Kontaktbauteile aufweist.
Das Gehäuse kann eine Mehrzahl von axial ausgerichteten Öffnungen aufweisen, die jeweils ein einstellbares Kontaktbauteil beherbergen.
Die einstellbaren Kontaktbauteile können durch ein Druckdifferential über die Außenwand des Gehäuses hinweg betätigt werden.
Das Gehäuse kann eine Achse sowie einen Strömungsdurchgang durch die Achse hindurch aufweisen, wobei der Strömungsdurchgang an einer Seite der Achse des Gehäuses vorgesehen ist.
Weiterhin wird hier ein einstellbares Flügelstabilisatorsystem beschrieben, das versehen ist mit: einem Gehäuse mit zwei nicht-konzentrischen Schlitzen darin, einem in jedem der Schlitze montierten Stabilisatorflügel, einem Stellglied zur Bewegung der Flügel zu einer radial ausgefahrenen Stellung, einer Einzugsanordnung zur Bewegung der Flügel zu einer eingezogenen Stellung, und mit einem feststehenden Flügel an dem Gehäuse.
Das Gehäuse kann eine in den Schlitzen angeordnete Rampe umfassen, um mit einer geneigten Oberfläche an dem Stabilisatorflügel in Eingriff zu treten.
Ebenfalls ist eine Bohrbaugruppe zum Bohren eines Bohrlochs beschrieben, die versehen ist mit: einem Dorn mit einem feststehenden Flügel und einem Paar einstellbarer Flügel, die in Schlitzen in dem Dorn montiert sind, wobei die Flügel Kontaktflächen aufweisen, um mit dem Bohrloch in Eingriff zu treten und wobei sich der feststehende Flügel von dem Dorn in einer ersten Richtung erstreckt, einem Stellglied, das die einstellbaren Flügel zu einer ausgefahrenen Stellung hin erweitert und einer Einzugsanordnung, welche die einstellbaren Flügel zu einer eingezogenen Stellung kontrahiert, einem durch den Dorn verlaufenden Durchgang zur Durchleitung von Fluid durch den Dorn, einer Bohrung in dem Gehäuse, das Fluiddruck von dem Durchgang zu den einstellbaren Flügeln überträgt, um die einstellbaren Flügel in die ausgefahrene Stellung zu bewegen, und wobei sich die einstellbaren Flügel von dem Dorn in einer Richtung hin erstrecken, die der ersten Richtung gegenüberliegt und unter einem Winkel zu dieser angeordnet ist.
Die einstellbaren Flügel können im Wesentlichen mit 120 Grad von dem feststehenden Flügel angeordnet sein. Ebenfalls ist eine Bohrbaugruppe für ein Bohrloch mit einer Achse beschrieben, die versehen ist mit: einem Doppelmeißel mit einem Führungsmeißel und einem exzentrischen Räumerabschnitt, wobei der Doppelmeißel eine Doppelmeißelachse und der Führungsmeißel eine Führungsmeißelachse hat und sich der Räumerabschnitt radial in einer ersten Richtung von der Doppelmeißelachse aus erstreckt; einem an dem Doppelmeißel montierten exzentrischen einstellbaren Stabilisator, der einen sich radial in der ersten Richtung erstreckenden feststehenden Flügel und mindestens einen einstellbaren Flügel aufweist, wobei der einstellbare Flügel eine erste Stellung, welche die Doppelmeißelachse mit der Bohrlochachse zentriert, sowie eine zweite Stellung einnehmen kann, welche die Führungsmeißelachse mit der Bohrlochachse zentriert.
Die Bohrbaugruppe kann durch ein bestehendes ummanteltes Bohrloch geführt werden und ein neues Bohrloch bohren, wobei: der einstellbare Flügel in der ersten Stellung eingezogen wird, wenn die Bohrbaugruppe das bestehende ummantelte Bohrloch durchläuft, und wobei er in der zweiten Stellung ausgefahren wird, wenn das neue Bohrloch gebohrt wird, und wobei die Flügel mit der Wand des neuen Bohrlochs in Eingriff treten und den Führungsmeißel innerhalb des neuen Bohrlochs zentrieren.
Die Bohrbaugruppe kann weiterhin einen zweiten Stabilisator aufweisen, der an einer Schwerstange stromaufwärts von dem zweiten exzentrischen Stabilisator montiert ist. Der zweite Stabilisator kann ein einstellbarer konzentrischer Stabilisator mit daran montierten konzentrischen einstellbaren Flügeln sein, die mehrere Radialstellungen zur Schrägstellung des Doppelmeißels einnehmen können, wobei der exzentrische Stabilisator als ein Hebelpunkt für den Doppelmeißel fungiert.
Der zweite Stabilisator kann einen exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator beinhalten.
Weiterhin wird hier eine Baugruppe zum Richtungsbohren beschrieben, die versehen ist mit: einem Bohrlochbohrmotor mit einer Abtriebswelle, einem an der Abtriebswelle angeordneten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator, einem Doppelmeißel mit einem Führungsmeißel und einem sich radial in einer ersten Richtung erstreckenden exzentrischen Räumerabschnitt, wobei der Stabilisator einen sich radial in der ersten Richtung erstreckenden feststehenden Flügel sowie zwei einstellbare Flügel aufweist, die sich unter einem entgegengesetzt zu der ersten Richtung verlaufenden Winkel erstrecken, und wobei die einstellbaren Flügel eine eingezogene Stellung zum Durchlauf durch die Bohrbaugruppe durch ein bestehendes ummanteltes Bohrloch und eine ausgefahrene Stellung einnehmen können, in welcher der Führungsmeißel mittig gehalten wird.
Die Baugruppe zum Richtungsbohren kann weiterhin einen stromaufwärts von dem Bohrmotor vorgesehenen zweiten Stabilisator umfassen. Der zweite Stabilisator kann ein einstellbarer konzentrischer Flügelstabilisator sein, dessen Flügel mehrere Stellungen einnehmen können, wobei die konzentrischen einstellbaren Flügel den Führungsmeißel schräg stellen und wobei der exzentrische Stabilisator als ein Hebelpunkt fungiert.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Bohrbaugruppe bereitgestellt, die versehen ist mit: einem Bohrlochmotor mit einer Abtriebswelle, einem an der Abtriebswelle montierten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator, und einem an dem exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator montierten Meißel.
In einer Ausführungsform ist die Bohrbaugruppe weiterhin versehen mit: einem Bohrlochmotor mit einem Gehäuse, wovon sich die Abtriebswelle aus erstreckt und wobei das Gehäuse erste einstellbare Flügel aufweist, die in einer ersten Richtung von dem Gehäuse aus ausgefahren werden können; einem über dem Motor angeordneten zweiten Stabilisator mit zweiten einstellbaren Flügeln, die in einer entgegengesetzt zu der ersten Richtung liegenden Richtung ausgefahren werden können; wobei die ersten und die zweiten einstellbaren Flügel von einer eingezogenen Stellung zu einer ausgefahrenen Stellung bewegt werden können; und wobei die einstellbaren Flügel in der eingezogenen Stellung zum Bohren in einer geraden Richtung und in der ausgefahrenen Stellung zum Aufbauen eines Bohrwinkels angeordnet werden können.
Weiterhin ist hier eine Bohrbaugruppe beschrieben, die versehen ist mit: einem exzentrischen einstellba ren Flügelstabilisator, einem an dem stromabwärtigen Ende des Stabilisators montierten geflügelter Räumer, einer oder mehreren stromabwärts von dem geflügelten Räumer angeordnete(n) Schwerstange(n), einem an dem stromabwärtigen Ende der Schwerstangen angeordneten Bohrmeißel, wobei der exzentrische einstellbare Stabilisator einen feststehenden Flügel aufweist, der sich in der gleichen Richtung wie diejenige des geflügelten Räumers erstreckt und wobei sich zwei einstellbare Flügel unter einem Winkel und in einer Richtung, die entgegengesetzt zu der allgemeinen Richtung und unter einem Winkel zu dieser liegen.
Weiterhin wird hier ein Verfahren zum Durchleiten einer Bohrbaugruppe durch ein bestehendes Bohrloch und zum Bohren eines neuen Bohrlochs beschrieben, wobei im Zuge des Verfahrens: die einstellbaren Flügel eines exzentrischen Stabilisators kontrahiert werden; das bestehende ummantelte Bohrloch mit einem Räumerabschnitt eines Doppelmeißels und mit einer Seite eines Führungsmeißels eines Doppelmeißels in Kontakt gebracht wird; das bestehende ummantelte Bohrloch mit einem feststehenden Flügel und der Wand des exzentrischen Stabilisators in Kontakt gebracht wird, wobei sich die einstellbaren Flügel in der eingezogenen Stellung befinden und die Kontaktachse des Stabilisators mit der Achse des Doppelmeißels übereinstimmt; die einstellbaren Flügel des exzentrischen Stabilisators ausgefahren werden, das neue Bohrloch mit dem Doppelmeißel in Kontakt gebracht wird, das neue Bohrloch mit dem feststehenden Flügel kontaktiert wird, wobei sich die einstellbaren Flügel des Stabilisators mit den einstellbaren Flügeln in der ausgefahrenen Stellung befinden und die Kontaktachse des Stabilisators mit der Achse des Führungsmeißels übereinstimmt.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Für eine ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sei nun auf die beiliegenden Zeichnungen verwiesen, in welchen:
1 eine Querschnittsansicht des exzentrischen Stabilisators mit einstellbarem Durchmesser der Flügel der vorliegenden Erfindung in dem Bohrloch ist, wobei die einstellbaren Flügel in der eingezogenen Stellung dargestellt sind;
2A eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 2A in 1 ist und das Fließrohr sowie den Federzylinder zeigt;
2B eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 2B in 1 ist und die Kolben der Einzugsanordnung darstellt;
2C eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 2C in 1 ist und die einstellbaren Flügel in der eingezogenen Stellung zeigt;
2D eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 2D in 1 ist und das Fließrohr sowie die Kolbenzylinder darstellt;
2E eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 2E in 1 ist und das stromabwärtige Ende des Stabilisators zeigt;
2F eine Ansicht des feststehenden Stabilisatorflügels von hinten entlang der Ebene 2F in 1 ist;
3 ein Aufriss in Querschnittsansicht des exzentrischen Stabilisators mit einstellbarem Durchmesser der Flügel von 1 ist, wobei sich die einstellbaren Flügel in der ausgefahrenen Stellung befinden;
4A eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 4A in 3 ist und die einstellbaren Flügel in ihrer ausgefahrenen Stellung darstellt;
4B eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 4B in 3 ist und die Ausfahrkolben als im Eingriff mit den Flügeln in der ausgefahrenen Stellung stehend zeigt;
4C eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 4C in 3 ist und das stromabwärtige Ende des Stabilisators darstellt, wobei sich die Flügel in der ausgefahrenen Stellung befinden;
5 ein Aufriss in Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform des exzentrischen Stabilisators mit einstellbarem Durchmesser der Flügel der vorliegenden Erfindung ist, die über drei einstellbare Stabilisatorflügel verfügt;
6 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 6 in 5 ist und die drei einstellbaren Flügel in der eingezogenen Stellung darstellt;
7 ein Aufriss in Querschnittsansicht der alternativen Ausführungsform von 5 ist und die einstellbaren Flügel in der ausgefahrenen Stellung zeigt;
8 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 8 in 7 ist und die drei einstellbaren Flügel in der ausgefahrenen Stellung darstellt;
9 ein Aufriss in Querschnittsansicht noch einer weiteren Ausführungsform des exzentrischen Stabilisators mit einstellbarem Durchmesser der Flügel der vorliegenden Erfindung ist, die einen einzelnen einstellbaren Flügel hat, der in der eingezogenen Stellung gezeigt ist;
10 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 10 in 9 ist und den einstellbaren Flügel in seiner eingezogenen Stellung darstellt;
11 ein Aufriss in Querschnittsansicht des Stabilisators von 9 ist und den einstellbaren Flügel in der ausgefahrenen Stellung zeigt;
12 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 12 in 11 ist und den einstellbaren Flügel in der ausgefahrenen Stellung darstellt;
13 noch eine weitere Ausführungsform des in den 9–12 gezeigten exzentrischen Stabilisators mit einstellbarem Durchmesser der Flügel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, wobei diese Ausführungsform Knöpfe aufweist, die in der eingezogenen Stellung dargestellt sind;
14 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 14 von 13 ist und die Knöpfe in der eingezogenen Stellung zeigt;
15 ein Aufriss in Querschnittsansicht des in 13 dargestellten Stabilisators ist und die Knöpfe in der ausgefahrenen Stellung zeigt;
16 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 16 in 15 ist und die Knöpfe in der ausgefahrenen Stellung darstellt;
17 ein diagrammartiger Aufriss ist und eine Rotary-Bohrbaugruppe mit einem Doppelmeißel, dem Stabilisator der 1–4, Schwerstangen, und mit einem oberen feststehenden Flügelstabili sator darstellt;
18 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 18 in 17 ist und den feststehenden Flügelstabilisator in einem bestehenden ummantelten Bohrloch zeigt;
19 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 19 in 17 ist und den einstellbaren Flügelstabilisator in der eingezogenen Stellung darstellt;
20 ein diagrammartiger Aufriss der in 17 gezeigten Bohrbaugruppe ist, wobei sich die einstellbaren Flügel in der ausgefahrenen Stellung befinden und die Bohrbaugruppe in dem neuen Bohrloch angeordnet ist;
21 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 21 in 20 ist und die Anordnung des feststehenden Flügelstabilisators in dem neuen Bohrloch darstellt;
22 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 22 in 20 ist und die einstellbaren Flügel in der ausgefahrenen Stellung zeigt, in der sie mit der Wand des neuen Bohrlochs in Kontakt treten;
23 ein diagrammartiger Aufriss einer weiteren Ausführungsform der Bohrbaugruppe der 17–23 ist, die einen oberen exzentrischen Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei sich der obere Stabilisator in der eingezogenen Stellung in einem bestehenden ummantelten Bohrloch befindet;
24 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 24 in 23 ist und den oberen exzentrischen Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel in der eingezogenen Stellung darstellt;
25 ein diagrammartiger Aufriss ist und die Bohrbaugruppe von 23 zeigt, wobei sich die einstellbaren Flügel der oberen und unteren Stabilisatoren in der ausgefahrenen Stellung befinden;
26 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 26 in 25 ist und die einstellbaren Flügel in der ausgefahrenen Stellung zeigt;
27 ein diagrammartiger Aufriss ist und noch eine weitere Ausführungsform der Bohrbaugruppe der 17–22 mit einem einstellbarem konzentrischem Stabilisator als dem oberen Stabilisator in der eingezogenen Stellung in einem ummantelten Bohrloch darstellt;
28 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 28 in 27 ist und die einstellbaren Flügel des einstellbaren konzentrischen Stabilisators in der eingezogenen Stellung zeigt;
29 ein diagrammartiger Aufriss ist und die Bohrbaugruppe von 27 darstellt, wobei sich die einstellbaren Flügel der zwei Stabilisatoren in der ausgefahrenen Stellung befinden;
30 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 30 in 29 ist und die einstellbaren Flügel des einstellbaren konzentrischen Stabilisators in der ausgefahrenen Stellung zeigt;
31 ein diagrammartiger Aufriss einer Grundlochbaugruppe zum Richtungsbohren einschließlich eines Doppelmeißels und eines an der Abtriebswelle eines Bohrlochbohrmotors montierten exzentrischen Stabilisators mit einstellbarem Durchmesser der Flügel darstellt, wobei ein einstellbarer konzentrischer Stabilisator über dem Motor und die gesamte Baugruppe in einem ummantelten Bohrloch angeordnet ist und wobei sich die Flügel der Stabilisatoren in der eingezo genen Stellung befinden;
32 ein diagrammartiger Aufriss der Grundlochbaugruppe von 31 ist, wobei die Flügel der beiden Stabilisatoren in der ausgefahrenen Stellung angeordnet sind;
33 ein diagrammartiger Aufriss einer Grundlochbaugruppe wie derjenigen aus 31 mit einem feststehenden Flügelstabilisator als dem oberen Stabilisator ist;
34 ein diagrammartiger Aufriss der Grundlochbaugruppe von 33 ist, wobei sich die einstellbaren Flügel des unteren exzentrischen Stabilisators mit einstellbarem Durchmesser der Flügel in der ausgefahrenen Stellung befinden;
35 ein diagrammartiger Aufriss einer weiteren Ausführungsform der Grundlochbaugruppe unter Verwendung eines konventionellen Bohrmeißels mit einem an dem Gehäuse eines steuerbaren Bohrlochbohrmotors montierten unteren exzentrischen Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel und mit einem über dem Motor montierten oberen exzentrischen Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel ist, wobei der Durchgang der Grundlochbaugruppe durch ein bestehendes ummanteltes Bohrloch dargestellt ist;
36 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 36 in 35 ist und den Stabilisator in der eingezogenen Stellung zeigt;
37 ein diagrammartiger Aufriss der Grundlochbaugruppe von 35 ist und darstellt, wie die Grundlochbaugruppe ein neues gerades Bohrloch bohrt;
38 ein diagrammartiger Aufriss der Grundlochbaugruppe der 35 und 37 ist und den exzentrischen Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel zeigt, wobei sich die einstellbaren Flügel in der ausgefahrenen Stellung befinden und es bewirkt wird, dass der Meißel einen Bohrwinkel aufbaut;
39 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 39 in 37 ist und die einstellbaren Stabilisatorflügel in der ausgefahrenen Stellung darstellt;
40 ein diagrammartiger Aufriss noch einer weiteren Ausführungsform der Bohrbaugruppe mit einem Standardbohrmeißel mit einem geflügelten Räumer stromaufwärts des Meißels und einem über dem geflügelten Räumer montierten exzentrischen Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel ist, wobei sich die Flügel bei dem Durchlauf in der Baugruppe durch ein bestehendes ummanteltes Bohrloch in der eingezogenen Stellung befinden;
41 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 41 in 40 ist und den geflügelten Räumer darstellt;
42 ein diagrammartiger Aufriss der Bohrbaugruppe der 40 ist und die einstellbaren Flügel in der ausgefahrenen Stellung zeigt;
43 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 43 der 42 ist und die einstellbaren Flügel in der ausgefahrenen Stellung darstellt;
44 ein Querschnitt einer alternativen Ausführungsform des Stellkolbens in der eingezogenen Stellung für den exzentrischen Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel aus 1 ist;
45 ein Querschnitt des Stellkolbens von 44 in der ausgefahrenen Stellung ist;
46 ein Querschnitt des Stellkolbens von 44 in einer teilweise eingezogenen Stellung ist;
47 ein Aufriss im Querschnitt eines alternativen Stellglieds in der eingezogenen Stellung für den exzentrischen Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel von 1 ist ;
48 ein Aufriss im Querschnitt des Stellglieds von 47 in der ausgefahrenen Stellung ist;
49 eine Querschnittsansicht der Ausrichtungsbauteile für die Verbindung zwischen dem exzentrischen Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel und dem Doppelmeißel ist;
50 ein Querschnitt entlang der Ebene 50-50 in 49 des Ausrichtungsbauteils ist;
51 ein diagrammartiger Aufriss einer weiteren Ausführungsform der Bohrbaugruppe mit einem Standardbohrmeißel und einem exzentrischen Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel ist, der über dem Knickstück (Bent Sub) und dem steuerbaren Motor montiert ist;
52 eine perspektivische Ansicht des Nockenbauteiles für den exzentrischen Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel von 1 ist;
53 eine perspektivische Ansicht der Rampe für die Nockenbauteile von 52 ist;
54 eine Querschnittsansicht des Flügels des Stabilisators von 1 ist;
55 eine Ansicht des Flügels von 54 von hinten ist;
56 eine Ansicht des in 54 dargestellten Flügels von unten ist; und
57 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene 57-57 in 54 ist.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Stabilisieren von Meißeln und zum Verändern der Bohrtrajektorie von Meißeln beim Bohren verschiedener Typen von Bohrlöchern in einem Bohrloch. Die vorliegende Erfindung kann in Ausführungsformen in unterschiedlichen Formen realisiert werden. In den Zeichnungen sind spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei diese im folgenden ausführlich beschrieben werden und wobei sich versteht, dass die vorliegende Beschreibung als eine Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung zu verstehen ist und nicht beabsichtigt, die Erfindung auf das nachfolgend Dargestellte und Beschriebene zu begrenzen.
Im Einzelnen stellen verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Anzahl an unterschiedlichen Konstruktionen und Verfahren zum Betreiben des Bohrsystems bereit, wobei alle zum Bohren einer Vielzahl unterschiedlicher Bohrlochtypen für ein Bohrloch einschließlich eines neuen Bohrlochs, eines weitreichenden Bohrlochs, des Erweitern eines bestehenden Bohrlochs, eines Nebenbohrlochs, eines gekrümmten Bohrlochs, des Vergrößerns eines bestehenden Bohrlochs, des Räumens eines bestehenden Bohrlochs sowie anderer Typen von Bohrlöchern zum Bohren und Vervollständigen einer Ausbeutungszone verwendet werden können. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ebenfalls eine Mehrzahl von Verfahren zur Verwendung des Bohrsystems der vorliegenden Erfindung bereit. Dabei ist vollumfänglich zu verstehen, dass die unterschiedlichen nachstehend erläuterten Ausführungsformen getrennt voneinander oder in jeder geeigneten Kombination miteinander zur Bewerkstelligung der erwünschten Ergebnisse verwendet werden können.
Zu Anfang auf die 1 und 2A–E Bezug nehmend ist ein exzentrischen Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel dargestellt, der allgemein durch das Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist. Insbesondere auf 2A Bezug nehmend umfasst der Stabilisator 10 ein allgemein röhrenförmiges Gehäuse 12 mit einer Achse 17 und einer primären Dicke bzw. einem primären Durchmesser 14, der ungefähr dem Durchgangsdurchmesser von Schwerstangen 16 und anderen Komponenten 18 entspricht, die zur Ausbildung von einer der nachstehend beschriebenen Baugruppen an ihnen befestigt sind. Das Gehäuse 12 beinhaltet an jedem Ende des Gehäuses 12 mit Gewinden versehene Gehäuseenden 20, 22. Das stromaufwärtige Gehäuseende 20 ist an einem mit Gewinde versehenen Stiftende eines röhrenförmigen Adapterstücks 21 befestigt, das wiederum ein weiteres Stiftende aufweist, welches mit dem Gehäuseende der Schwerstange 16 verbunden ist. Das stromabwärtige Gehäuseende 22 ist mit den anderen Komponenten 18 der Bohrbaugruppe verbunden. Die anderen Komponenten der Bohrbaugruppe bzw. Bohrgarnitur und der (nicht dargestellte) Bohrstrang bilden einen Ringraum 32, wobei die Wand von je nach Fall entweder dem bestehenden ummantelten Bohrloch oder dem neuen Bohrloch allgemein mit 34 bezeichnet ist.
In dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Stabilisator 10 weiterhin drei mit der Innenwand des Bohrlochs 34 in Kontakt stehende Kontaktbauteile, und namentlich einen feststehenden Stabilisatorflügel 30 sowie einem Paar einstellbarer Stabilisatorflügel 40, 42, die jeweils mit einem gleichen Abstand zueinander ungefähr 120° um den Umfang des Gehäuses 12 herum angeordnet sind. Es sollte sich verstehen, dass die in den 1 und 3 dargestellten Querschnitte durch die Flügel 30 und 40 verlaufen, wie dies einer zusätzlichen Klarheit halber in 2C dargestellt ist. Jeder der Stabilisatorflügel 30, 40, 42 beinhaltet eine stromaufwärtige abgeschrägte oder geneigte Oberfläche 48 und eine stromabwärtige abgeschrägte oder geneigte Oberfläche 50, um den Durchtritt des Stabilisators 10 durch das Bohrloch 34 zu erleichtern.
Anhand des in 2A dargestellten Querschnitts ist ersichtlich, dass der generelle Querschnitt des Gehäuses 12 kreisförmig ist, jedoch mit der Ausnahme von bogenförmigen Phantombereichen 36, 38, die sich in der Richtung des feststehenden Flügels 30 hin erstrecken, um das Gehäuse 12 benachbart zu jeder Seite des feststehenden Stabilisatorflügels 30 zu verkleinern. Diese reduzierten Abschnitte verringern das Gewicht des Gehäuses 12 und ermöglichen eine verbesserte Fluidströmung durch den Ringraum 32 um Schwerpunkts des Gewichts des exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisators 10, um die Unrundheit des Gewichts des Stabilisators 10 und/oder des Gewichts des Räumerabschnitts des Doppelmeißels, der im Folgenden ausführlich beschrieben werden wird, auszugleichen. Wie in 2A dargestellt, bewirken die reduzierten Abschnitte 36, 38 eine Absenkung des Schwerpunkts auf den exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator 10. Somit wird das Gewicht des Stabilisators 10 an dem festen Druckstück der Grundlochbaugruppe eingestellt oder die exzentrische Doppelmeißel-Stabilisatorbaugruppe wird ausgeglichen, indem derart Material von dem Stabilisatorgehäuse 12 nahe bei dem feststehenden Flügel 30 entfernt wird, dass der exzentrische einstellbare Flügelstabilisator 10 das versetzte Gewicht des Räumerabschnitts ausgleicht und die Anordnung von mehr Gewicht gegenüberliegend zu dem Räumerabschnitt an der Grundlochbaugruppe ermöglicht. Ebenso trägt er zu dem Zentrieren des Gewichts auf die Grundlochbaugruppe bei, die im Folgenden ausführlich beschrieben werden wird.
Eine Durchflussbohrung 26 wird durch die Schwerstangen 16, einen stromaufwärtigen Körperhohlraumn 24 des Gehäuses 12 und durch die anderen Komponenten 18 der Bohrbaugruppe sowie durch einen stromabwärtigen Körperhohlraum 28 des Gehäuses 12 ausgebildet. Das Gehäuse 12 umfasst ein oder mehrere außermittige Fließrohre 44, die es ermöglichen, dass Fluid durch den Stabilisator 10 fließt. Das Fließrohr 44 erstreckt sich durch das Innere des Gehäuses 12, und zwar vorzugsweise an einer Seite der Achse 17, und es ist integral mit dem Inneren des Gehäuses 12 ausgebildet. Ein Fließrichtungsrohr 23 ist in dem stromaufwärtigen Ende des Gehäuses 12 aufgenommen, um die Fluidströmung in das Fließrohr 44 hinein auszurichten. Das Fließrichtungsrohr 23 wird durch ein Adapterstück 21 an Ort und Stelle gehalten. Das stromabwärtige Ende des Fließrichtungsrohrs 23 beinhaltet eine winkelige Öffnung 243, die eine Verbindung zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Fließrohrs 44 und dem stromaufwärtigen Körperhohlraum 24 herstellt, der mit der Durchflussbohrung 26 in Verbindung steht. Das stromabwärtige Ende des Fließrohrs 44 steht mit dem stromabwärtigen Körperhohlraum 28 des Gehäuses 12 in Verbindung. Es sollte sich verstehen, dass sich zusätzliche Fließrohre durch das Gehäuse 12 erstrecken können, wobei das Fließrichtungsrohr 23 die Strömung in diese zusätzlichen Fließrohre führt.
Das Fließrohr 44 wird außermittig angeordnet, um es zu ermöglichen, dass die einstellbaren Stabilisatorflügel 40, 42 eine adäquate Größe und einen angemessenen Bereich für die Radialbewegung, d.h, für den Hub haben können. Das Gehäuse 12 muss für ausreichend Platz sorgen, damit die Flügel 40, 42 in ihrer zusammengelegten Stellung, die in 1 dargestellt ist, vollständig in das Gehäuse 12 eingefahren werden können. Die außermittige Anordnung des Fließrohrs 44 macht es erforderlich, dass der Fluidstrom durch die Durchflussbohrung 26 durch das Fließrichtungsrohr 23 umgeleitet wird. Obwohl der Durchflussquerschnitt durch die Durchflussbohrung 44 kleiner als derjenige der Durchflussbohrung 26 ist, fällt der Durchflussquerschnitt groß genug aus, damit eine kleine Erhöhung der Geschwindigkeit des Fluidstroms durch das Fließrohr 44 und dadurch ein kleiner Druckabfall zustande kommt, damit sich keine Erosion aus der ausreichenden Strömung durch das Fließrohr 44 ergibt. Die Strömung reicht aus, um Verschnitte von dem Meißel abzukühlen und zu entfernen und im Falle eines steuerbaren Systems den Bohrlochmotor anzutreiben.
Nun auf die 1 und 2F Bezug nehmend ist der feststehende Flügel 30, obgleich er auch integral mit dem Gehäuse 12 ausgeformt sein kann, vorzugsweise ein austauschbarer Flügeleinsatz 31, der in einem Schlitz 33 in einem Vorsprung 52 angeordnet ist, der von dem Gehäuse 12 vorsteht, wodurch die Einstellung des Ausmaßes an radialem Abstehen des feststehenden Flügels 30 von dem Gehäuse 12 ermöglicht wird. Der austauschbare Flügeleinsatz 31 umfasst eine C-förmige Dübelnut 35 an jeder seiner Längsseiten, die zu einer C-förmigen Nut 37 in jeder der Seitenwände ausgerichtet ist und einen Schlitz 33 in dem Vorsprung 52 ausbildet. Der Vorsprung 52 beinhaltet ein Paar reduzierter stromaufwärtiger Bohrungen 47 und ein Paar nicht begrenzter stromabwärtiger Bohrungen 43. Passstifte 39 erstrecken sich über die gesamte Länge durch die nicht begrenzten stromabwärtigen Bohrungen 43 und die Nute 35, 37, um den Einsatz 31 in dem Schlitz 33 zu sichern. Schraubenfederstifte 41 sind in den nicht begrenzten stromabwärtigen Bohrungen 43 angeordnet, um die Passstifte 39 an Ort und Stelle innerhalb den Nuten 35, 37 zu halten. Es sollte sich verstehen, dass zur Befestigung des Einsatzes 31 innerhalb des Schlitzes 33 auch andere Mittel wie z.B. Bolzen, die in mit Gewinde versehene Löcher in dem Gehäuse 12 eingeschraubt sind, verwendet werden können. Die austauschbaren Einsätze 31 dienen als ein Druckstück, das an dem Gehäuse 12 montiert ist. Der Einsatz 31 kann eine abweichende Dicke aufweisen und in dem Schlitz 33 montiert sein. Wenn der exzentrische einstellbare Flügelstabilisator 10 nahe bei dem Meißel im Sollmaß betrieben werden soll, weist der feststehende Flügel 30 einen vorbestimmten Durchmesser auf. Wenn der Meißel jedoch mit einem Mindermaß von 3,18 mm (1/8 inch) betrieben werden soll, wird der Durchmesser des feststehenden Flügels 30 um 1,59 mm (1/16 inch) reduziert.
Die einstellbaren Stabilisatorflügel 40, 42 sind in zwei sich axial erstreckenden Taschen oder Flügelschlitzen 60, 62 montiert, die sich radial durch den mittleren Bereich des Gehäuses 12 an einer Seite der Achse 17 erstrecken. Da die einstellbaren Flügel 40, 42 und die Schlitze 60 bzw. 62 der Einfachheit halber ähnlich ausfallen, werden lediglich der in den 1 und 3 dargestellte einstellbare Flügel 40 und der Schlitz 60 ausführlich beschrieben werden. Bezüglich der Beschreibung des Betriebs des Stabilisators 10 werden die Unterscheidungen zwischen dem Betrieb der Flügel 40, 42 und der Schlitze 60, 62 ausführlich erörtert werden.
Insbesondere auf die 1 und 2B Bezug nehmend weist der Schlitz 60 einen rechtwinkligen Querschnitt mit parallelen Seitenwänden 64, 66 und einer Basiswand 68 auf. Der Flügelschlitz 60 steht mit einem sich zu dem stromaufwärtigen Körperhohlraum 24 des Fließrichtungsrohrs 23 hin erstreckenden Rückkehrzylinder 70 und mit einem Betätigungszylinder 72 in Verbindung, der sich zu dem stromabwärtigen Körperhohlraum 28 des Gehäuses 12 hin erstreckt. Der Flügelschlitz 60 steht mit den Körperhohlräumen 24, 28 nur an den Enden des Schlitzes, die aus dem integral mit dem Gehäuse 12 ausgebildeten Fließrohr 44 austreten, und mit den Seitenwänden 64, 66 des Schlitzes 60 in Verbindung, um dadurch einen Durchfluss zu übertragen.
Nun auf die 1, 52 und 53 Bezug nehmend umfasst der Schlitz 60 weiterhin ein Paar Nockenbauteile 74, 76, die jeweils eine geneigte Oberfläche oder Rampe 78 bzw. 80 ausbilden. Obgleich die Nockenbauteile 74, 76 integral mit dem Gehäuse 12 ausgebildet sein können, umfassen die Nockenbauteile 74, 76 vorzugsweise ein Querschlitzbauteil und ein austauschbares Rampenbauteil. Insbesondere auf die 52 und 53 Bezug nehmend ist dargestellt, dass die Nockenbauteile 76 ein Querschlitzbauteil 75 aufweisen, dass zur Aufnahme eines austauschbaren Rampenbauteils 79 mit einer Rampe 80 einen kreuzförmigen Schlitz 77 ausbildet. Das Rampenbauteil 79 verfügt über einen T-förmigen Querschnitt, der in dem äußeren radialen Bereich 91 des kreuzförmigen Schlitzes 77 aufgenommen ist, und über eine Endschulter 245, die gegen ein Ende 99 des Querschlitzbauteils 75 anstößt. Der innere radiale Bereich 95 des kreuzförmigen Schlitzes 77 ist offen, um eine Fluidströmung durch die Nockenbauteile 76 zu ermöglichen. Ein Paar Bolzen 83 mit einer Endscheibe 85 sind in das andere Ende des Rampenbauteils 79 eingeschraubt, um die Endschulter 245 fest gegen das Ende 99 des Querschlitzbauteils 75 zu ziehen. Ein Querbolzen 87 durchläuft den äußeren radialen Bereich 91 des Rampenbauteils 79 und ist in eine Befestigungsplatte 93 eingeschraubt, die in dem äußeren radialen Bereich 91 aufgenommen ist. Die Bolzen 83, 87 verriegeln das austauschbare Rampenbauteil 79 an Ort und Stelle und halten es davon ab, aus dem Querschlitz 77 herauszugleiten und radial in dem Querschlitz 77 sich hinu her zu bewegen. Dies verhindert jegliches Scheuern der Rampe 80 bezüglich der Nockenbauteile 76. Die Rampenbauteile 79 können dahingehend verändert werden, dass sie den Winkel der Rampen 78, 80 leicht verändern. Ebenfalls beinhaltet das Rampenbauteil 79 Schlitze 101, die einen T-förmigen Kopf 103 ausbilden.
Nun auf die 1 und 54–57 Bezug nehmend ist der einstellbare Stabilisatorflügel 40 in dem Schlitz 60 angeordnet. Der F1ügel 40 ist ein im allgemein längliches planares Bauteil mit einem Paar Kerben 82, 84 an seiner Basis 86. Die Kerben 82, 84 bilden jeweils eine Rampe oder geneigte Oberfläche 88 bzw. 90 aus, um die entsprechenden Nockenbauteile 74, 76 mit den Rampen 78 bzw. 80 aufzunehmen und mit diesen in einen Nockeneingriff zu treten. Gegenüberliegende Schienen 81, 83 verlaufen parallel zu den Rampen 88, 90, um einen T-förmigen Schlitz 85 auszubilden. Der T-förmige Kopf 103 des Rampenbauteils 79 ist innerhalb des T-förmigen Schlitzes 85 aufgenommen, wodurch die Rillen 89 an der inneren Seite des Kopfs 103 des Rampenbauteils 79 mit den Schienen 81, 83 in Eingriff treten, um den Flügel 40 innerhalb des Schlitzes 60 und den Flügel 40 gegen die Rampe 80 zu halten. Die entsprechenden Rampenoberflächen 78, 88 und 80, 90 sind unter einem vorbestimmten Winkel zu der Achse 17 geneigt oder schräg gestellt, um eine radial nach außen verlaufende Bewegung der Flügel 60 mit einem vorbestimmten Abstand oder Hub zu bewirken, wenn sich der Flügel 40 axial nach oben bewegt, und um eine radial nach innen verlaufende Bewegung zu bewirken, wenn sich der Flügel 40 axial nach unten bewegt. Die 1 und 2A–E illustrieren den Flügel 40 in seiner radial innen liegenden und eingezogenen Stellung, und die 3 und 4A–C stellen den Flügel 40 in seiner radial außen liegenden und ausgefahrenen Stellung dar.
Es ist bevorzugt, dass die Weite 96 des Flügels 40 maximiert wird, um den Hub des Flügels 40 zu maximieren. Die Weite des Flügels 40 wird durch die Position und den notwendigen Durchflussquerschnitt des Fließrohrs 44 bestimmt sowie durch eine gewisse minimale Wanddicke, die zwischen der Basis 68 des Schlitzes 60 und der am nächsten liegenden Wand des Fließrohrs 44 beibehalten wird. Obgleich die Länge des Flügels 40 ähnlich ausfällt, verfügt der Flügel 40 über eine größere Weite als die Flügel in anderen einstellbaren konzentrischen Flügelstabilisatoren, indem das Fließrohr 44 außermittig des Gehäuses 12 angeordnet wird, wodurch ein größerer radialer Hub des Flügels ermöglicht wird, wie dies in 3 dargestellt ist.
Auf jeder planaren Seite 92, 94 des Flügels 40 muss eine ausreichende Auflagefläche oder Abstützung vorhanden sein, um den Flügel 40 während des Bohrens in dem Schlitz 60 des Gehäuses 12 zu halten. Befindet sich der Flügel 40 in seiner ausgefahrenen Stellung, ist es bevorzugt, dass eine größere planare Fläche des Flügels 40 innerhalb des Schlitzes 60 als außerhalb des Schlitzes 60 vorsteht. Noch bevorzugter ist es, wenn mindestens etwa 50 % der Oberfläche der Seite 92 des Flügels 40 in einem Auflageflächenkontakt mit der entsprechenden Wand des Schlitzes 60 in der ausgefahrenen Stellung stehen. Der Auflageflächenkontakt der vorliegenden Erfindung kann bis zu sechsmal größer als der beim Stand der Technik bekannter Flügel sein. Die Abstützung des Flügels durch den Stabilisatorkörper ist sehr wichtig, da die Flügel ohne eine Abstützung dazu tendieren könnten, während des Bohrens aus den Schlitzen herausgeschwenkt zu werden. Somit weisen die einstellbaren Flügel 40, 42 der vorliegenden Erfindung nicht nur einen größeren Hub als die Flügel vom Stand der Technik auf, sondern sie stellen auch einen größeren Auflageflächenkontakt zwischen den Flügeln und dem Gehäuse bereit.
Nun auf die 1 und 3 und ebenfalls auf die 44–46 einer alternativen Ausführungsform der Ausfahranordnung Bezug nehmend umfasst der Stabilisator 10 eine Betätigungsanordnung mit einer Ausfahranordnung 100 zum radial nach außen verlaufenden Ausfahren der Flügel 40, 42 in ihre in 3 dargestellte ausgefahrene Stellung sowie eine Einfahranordnung 102, um die Flügel 40, 42 radial nach innen in ihre in 1 dargestellte eingezogene Stellung einzufahren. Die Ausfahranordnung 100 beinhaltet eine Ausfahrstange bzw. einen Ausfahrkolben 104, die/der innerhalb des Betätigungszylinders 72 hin und her gehend montiert ist. Ein Strömungsdurchgang 201 erstreckt sich von der Achse des Kolbens 104 an einem Einlassanschluss 105 und nimmt dann zu der Basis 68 des Schlitzes 60 hin einen Winkel an, um eine Strömung des Fluids zu der Sohle des Schlitzes 60 hin zu ermöglichen. Eine Düse 231 ist in den Einlassanschluss 105 des Strömungsdurchganges 201 an dem stromabwärtigen Ende 106 des Betätigungszylinders 72 eingeschraubt. Eine Keilkappe 107 ist bei 109 mit dem stromaufwärtigen Ende 108 des Kolbens 104 verschraubt. Die Keilkappe 107 umfasst einen Keil 111, der in einem Kanal 113 in der Basis 68 des Schlitzes 60 aufgenommen ist, um eine Rotation zu verhindern und die Ausrichtung des Kolbens 104 innerhalb des Zylinders 72 beizubehalten. Ein Abstreifer 115 und eine Dichtung 117 sind in dem Zylinder 72 beherbergt, um mit dem Kolben 104 in Eingriff zu treten.
Eine Filterbaugruppe 121, die am deutlichsten in 44 einer alternativen Ausführungsform der Ausfahranordnung dargestellt ist, ist in dem Eingangsdurchlass 105 des Zylinders 72 montiert. Die Baugruppe 121 beinhaltet eine Sicherungsmutter 123, die in den Zylinder 72 eingeschraubt ist, und eine Buchse 125 mit Öffnungen 125A, die in das Ende der Sicherungsmutter 123 eingeschraubt ist. Ein Sieb 127 aus einem röhrenförmigen Gitter ist über der Buchse 125 aufgenommen und wird durch einen Abstandshalter 129 sowie eine mit Gewinde versehene Endkappe 131 an Ort und Stelle gehalten. Das stromabwärtige Ende 106 des Stellkolbens 104 ist dem Fluiddruck an dem stromabwärtigen Körperhohlraum 28 des Gehäuses 12 ausgesetzt und sein stromaufwärtiges Ende 108 steht mit dem stromabwärtigen Anschlussende des Flügels 60 in Eingriff und ist dem Fluiddruck in dem Ringraum 32 ausgesetzt. Das Sieb 127 und die Buchse 125 ermöglichen es, dass das durch das innere Fließrohr 44 strömende reinere Fluid in den Betätigungszylinder 72, durch die Düse 103 und in den Durchgang 201 zu dem Schlitz 60 fließt, der den Flügel 40 beherbergt. Dann fließt das Fluid in den Ringraum 34. Diese Fluidströmung reinigt die Sohle des Schlitzes 60 von den Verschnitten und wäscht diese aus, um sicherzustellen dass sich der F1ügel 40 zurück zu seiner in 1 dargestellten eingezogenen Stellung bewegt.
Die Einfahranordnung 102 umfasst eine innerhalb des Federzylinders 70 angeordnete Rückstellfeder 110, deren stromaufwärtiges Ende in der Bohrung eines stromaufwärtigen Halters 112 und deren stromabwärtiges Ende in der Bohrung eines stromabwärtigen Halters 114 aufgenomnen sind. Der stromaufwärtige Halter 112 ist bei 116 in das stromaufwärtige Ende des Zylinders 70 eingeschraubt und weist Dichtungen 118 auf, um den Zylinder 70 abzudichten. Ein Federstützdübel 133 erstreckt sich in die Rückstellfeder 110. Der Dübel 133 verfügt über ein mit Gewinde versehenes Ende 223, das gegen den Halter 112 mit einem Absatz versehen ist und in eine Gewindebohrung in dem stromaufwärtigen Halter 112 eingeschraubt ist. Der Dübel 133 weist eine derartige vorbestimmte Länge auf, dass das andere Anschlussende 129 des Dübels 133 mit dem stromabwärtigen Halter 114 in Eingriff tritt, um die Wegstrecke bzw. den Hub des Flügels 40 zu begrenzen. Die Länge des Dübels 133 kann eingestellt werden, indem zwischen der Schulter des mit Gewinden versehenen Endes 223 und dem Halter 112 angeordnete Scheiben hinzugefügt oder entfernt werden. Abflachungen 135 sind für die Montage des Halters 112 bereitgestellt. Es sollte sich verstehen, dass eine wie die Kappe 107 beschaffene Keilkappe 137 an dem stromabwärtigen Ende des Halters 114 angeordnet ist und einen Keil 225 beinhaltet, der in einem zweiten Kanal 227 in der Basis 68 des Schlitzes 60 aufgenommen ist. Die Rückstellfeder 110 liegt an ihrem stromabwärtigen Ende gegen den stromabwärtigen Halter 114 an, wobei dessen stromabwärtiges Ende 120 mit dem stromaufwärtigen Ende des Flügels 40 in Eingriff steht. Die Stirnflächen des Flügels 40 sowie der entsprechende Halter 114 und der Kolben 108 sind vorzugsweise angewinkelt, um den Flügel 40 dazu zu drängen, den Kontakt mit der Seitenwand 66 aufrechtzuerhalten, um Bewegungen und Reibabnutzungen zu verhindern, wodurch ein Verschleiß vermieden wird.
Im Betrieb werden die Flügel 40, 42 durch eine (nicht dargestellte) Pumpe an der Oberfläche betätigt. Bohrfluide werden durch den Bohrstrang, durch die Durchflussbohrung 26 und durch das Fließrohr 44 nach unten gepumpt, wobei der Druck der Bohrfluide auf das stromabwärtige Ende 106 des Ausfahrkolbens 104 einwirkt. Die Bohrfluide fließen um das untere Ende der Bohrbaugruppe herum und strömen durch den Ringraum 32 nach oben an die Oberfläche, wodurch ein Druckabfall bewirkt wird. Der Druckabfall kommt aufgrund des Durchflusses des Bohrfluids durch die Meißeldüsen und im Falle des Richtungsbohrens durch einen Bohrlochmotor zustande und wird nicht durch irgendeine Begrenzung in dem Stabilisator 10 selbst erzeugt. Der Druck der durch den Bohrstrang fließenden Bohrfluide ist daher größer als der Druck in dem Ringraum 32, wodurch ein Druckdifferential generiert wird. Der Ausfahrkolben 104 spricht auf dieses Druckdifferential an, wobei das Druckdifferential auf den Ausfahrkolben 104 wirkt und dazu führt, dass sich dieser innerhalb des Kolbenzylinders 72 nach oben bewegt. Der Ausfahrkolben 104 tritt wiederum derart mit dem unteren Anschlussende des Flügels 40 in Eingriff, dass wenn ein ausreichender Druckabfall über den Meißel vorliegt, der Kolben 104 den F1ügel 40 nach oben drängt.
Wenn sich der Ausfahrkolben 104 nach oben bewegt, bewegt sich der Flügel 40 ebenfalls axial nach oben und durch Nockenwirkung radial nach außen an den Rampen 88, 90 zu einer Laststellung. Wenn sich der Flügel 40 axial nach oben bewegt, drängt das stromaufwärtige Ende des Flügels 40 den Halter 114 in den Rückkehrzylinder 70 hinein, wodurch die Rückstellfeder 110 zusammengedrückt wird. Es sollte sich verstehen, dass die Fluidströmung (Gallonen pro Minute) durch den Bohrstrang genügend hoch ausfallen muss, um einen ausreichend großen Druckabfall zu erzeugen, damit der Kolben 104 den Stabilisatorflügel 40 gegen die Rückstellfeder 110 drängt und die Feder 110 in ihre in 3 dargestellte kollabierte Stellung zusammendrückt.
Wie am einfachsten aus 4A ersichtlich erstrecken sich die F1ügel 40, 42 in einer Richtung, die zu der Richtung des feststehenden Flügels 30 gegenüber liegt, wobei eine Richtungskomponente der Flügel 40, 42 in einer Richtung gegenüberliegend zu derjenigen des feststehenden Flügels 30 angeordnet ist. Weiterhin ist ersichtlich, dass die Achse der einstellbaren Flügel 40, 42 unter einem Winkel zu der Achse des feststehenden Flügels 30 angeordnet ist.
Um den Flügel 40 zurück zu seiner in 1 dargestellten eingezogenen Stellung zu bewegen, wird die Pumpe an der Oberfläche abgeschaltet und der Durchfluss von Fluid durch den Bohrstrang wird gestoppt, wodurch das Druckdifferential über dem Ausfahrkolben 104 hinweg beendet wird. Anschließend drängt die komprimierte Rückstellfeder 110 den stromabwärtigen Halter 114 axial nach unten gegen das stromaufwärtige Anschlussende des Flügels 40, wodurch sich der Flügel 40 an den Rampenoberflächen 88, 90 nach unten und zurück in den Schlitz 60 zu einer in 1 dargestellten Nichtlaststellung hin bewegt. Die Schwerkraft trägt ebenfalls dazu bei, dass sich der F1ügel 40 nach unten bewegt.
Die Flügel 40, 42 sind einzeln in den Schlitzen 60, 62 des Stabilisatorgehäuses 12 beherbergt und werden weiterhin durch ihre eigenen individuellen Ausfahrkolben 104 und Rückstellfedern 110 betätigt. Da die einstellbaren Flügel 40, 42 jedoch jeweils einzeln auf den Differentialdruck ansprechen, tendieren sie dazu, sich zusammen entweder zu der ausgefahrenen oder zu der eingezogenen Stellung hin zu bewegen. Es ist bevorzugt, dass die F1ügel 40, 42 gleichzeitig, nicht jedoch einzeln betätigt werden.
Nun auf die 44–46 Bezug nehmend ist ein alternativer Ausfahrkolben 139 dargestellt. Der Strömungsdurchgang 201 weist einen Bereich 141 mit vergrößertem Durchmesser an seinem stromabwärtigen Ende auf, wodurch eine ringförmige Schulter 249 ausgebildet wird. Eine große Düse 145 ist an dem Übergang des Bereichs 141 mit vergrößertem Durchmesser eingeschraubt. Eine innere Sitzbuchse 147 ist innerhalb des Bereichs 141 mit vergrößertem Durchmesser montiert und umfasst einen Flansch 149, der gegen eine ringförmige Schulter 151 anliegt und durch einen Haltering 153 zurückgehalten wird. Eine Dichtung 155 ist bereitgestellt, um mit den Kolben 139 dichtend in Eingriff zu treten. Die Sitzbuchse 147 beinhaltet einen kegelstumpfförmigen Bereich, der einen Sitz 157 ausbildet. Eine Feder 143 ist gegen die ringförmige Schulter 249 anliegend montiert. Ein Schaft 159 erstreckt sich durch die Öffnung 161 in der Sitzbuchse 147 und weist für die Zwecke des Zusammenbaus zwei Bauteile auf, und zwar einen Federrückhalter 163, der bei 165 mit einem Ventilelement 167 verschraubt ist, das einen kegelstumpfförmigen Bereich 169 hat, um mit dem Sitz 157 zusammen zu passen. Der Federrückhalter 163 sitzt gegen das andere Ende der Feder 143 an. Die Feder 143 ist leicht genug, damit der Druckabfall durch den Schaft 159 die Feder 143 zusammendrückt und es ermöglicht, dass der Schaft 159 an dem Sitz 157 ansitzt und diesen abdichtet. Dichtungen 171 sind an dem Ventilelement 167 für einen abdichtenden Eingriff mit dem Sitz 157 bereitgestellt. Der Schaft 159 umfasst einen durch ihn hindurch laufenden eingeschränkten Durchgang 173. Der Schaft 159 beinhaltet eine vergrößerte Bohrung um das stromabwärtige Ende des Durchgangs 173 herum, um mit einer kleineren Düse 103 verschraubt zu werden. Der Strom von der Filterbaugruppe 121 läuft zunächst durch die kleinere Düse 103 durch den eingeschränkten Durchgang 173 des Schafts 159 und anschließend durch die größere Düse 145 und in den Hauptströmungsdurchgang 201 in dem Kolben 139.
Im Betrieb wird es ermöglicht, dass die Strömung kontinuierlich durch den Stellkolben 139 fließt, um die Sohle des Flügelschlitzes 60 auszuschwemmen. Wenn bestimmter Gründe halber die Pumpen abgeschaltet werden, kann die Rückstellfeder 110 den Flügel 40 und den Stellkolben 139 nicht vollständig in den Betätigungszylinder 72 einziehen, wie dies in 46 dargestellt ist. Die Feder 143 drängt den Schaft 159 stromabwärts und hebt das Ventilelement 167 von dem Sitz 157 ab, wodurch ein Strömungsdurchgarg 175 um den Schaft 167 und den Sitz 157 herum sowie durch Durchflussrillen 177 in dem Federrückhalter 163 geöffnet wird. Anschließend fließt diese Strömung durch die größere Düse 145, um die zum Ausschwemmen der Sohle des Flügelschlitzes 60 verfügbare Fluidmenge zu erhöhen. Der Durchfluss durch den Stabilisator 10 kann durch ein An- und Abschalten der Pumpe gestartet und gestoppt werden, damit das Volumen des Durchflusses durch den Betätigungszylinder 70 und den Kolben 139 verändert wird, um dazu beizutragen, die Verschnitte in dem Flügelschlitz 60 zu entfernen und auszuschwemmen. Dieser höhere Durchfluss bewirkt aufgrund des verringerten Durchflusses an dem Meißel einen insgesamt reduzierten Druckabfall über die Düsen des Führungsmeißels hinweg.
Wenn dieser reduzierte Druckabfall auftritt, wird dies weiterhin an der Oberfläche festgestellt werden und der Anwender ist in Kenntnis gesetzt, dass die Flügel nicht vollständig eingefahren sind und dass Verschnitte in dem Flügelschlitz 60 festsitzen. Dann kann der Anwender die Pumpen an- und abschalten um dazu beizutragen, die Verschnitte auszuschwemmen. Durch das An- und Abschalten der Pumpen wird der Durchfluss durch den Schlitz 60 variiert, um zu versuchen, die Verschnitte zu lösen. Weiterhin ermöglicht die größere Düse 145 einen zusätzlichen Durchfluss durch den Stellkolben 139, um dazu beizutragen die Verschnitte zu entfernen. Die Doppeldüse stellt eine Anzeigevorrichtung bereit, um den Anwender davon in Kenntnis zu setzen, wann die Flügel nicht vollständig über den gesamten Weg in den Schlitz 60 eingefahren sind.
Nun auf die 47 und 48 Bezug nehmend sind eine alternative Vorrichtung sowie ein alternatives Verfahren zum Betätigen der Flügel des Stabilisators dargestellt. Ein Stellkolben 179 ist in dem Zylinder 72 beherbergt und mit einem elektrischen Motor 181 verbunden. Der Motor 181 weist ein Gehäuse mit einer mit Gewinden versehenen Stütze 183 zwecks eines Gewindeeingriffs mit der Sicherungsmutter 123 auf. Der Motor 181 umfasst eine Abtriebswelle 185 mit einem daran montierten Ritzel 187. Das Ritzel 187 und die Abtriebswelle 185 verfügen über ausgerichtete Schlitze zur Aufnahme eines Keils 189, um eine Drehung des Ritzels 187 relativ zu der Abtriebswelle 185 zu verhindern. Ein Abstandshalter 191 wird über das Ende der Abtriebswelle 185 geschoben und tritt mit einem Ende des Ritzels 187 in Eingriff. Dann wird eine Mutter in die Abtriebswelle 187 eingeschraubt, um zu bewirken, dass der Abstandshalter 191 das Ritzel 187 gegen den Keil 189 vorspannt, um das Ritzel 187 an Ort und Stelle zu halten. Es sollte sich verstehen, dass eine zweite Abstandshalterbuchse zwischen dem Motorgehäuse und der Innenseite des Ritzels angeordnet werden könnte. Der Stellkolben 179 weist eine Gewindebohrung 191 auf, in die das Ritzel 187 eingeschraubt ist. Im Betrieb bewirkt bei einer Drehung der Abtriebswelle 185 das Ritzel 187, dass der Stellkolben 179 innerhalb des Zylinders 72 hin und her geht und somit den Flügel 40 bewegt.
Es ist bevorzugt, dass der Stellkolben 179 und der elektrische Motor 181 in dem oberen Ende des Stabilisators angeordnet werden. Indem der Motor stromaufwärts vorgesehen wird, ist nicht länger eine Einzugsanordnung notwendig. Der Motor 181 würde den Flügel 60 nicht nur betätigen, sondern auch einziehen.
Es sollte sich verstehen, dass die Flügel auch dadurch betätigt werden könnten, dass Gewicht auf den Meißel gelegt wird. Wenn Gewicht auf den Meißel gelegt wird, bewegt sich ein Dorn nach oben, wodurch die Flügel durch Nockenwirkung nach außen bewegt werden. Der von Andergauge hergestellte Stabilisator wird auf diese Weise betätigt.
Es sollte sich verstehen, dass der in dem US-Patent 5 318 137 beschriebene Steuerabschnitt für eine Verwendung mit dem Stabilisator 10 der vorliegenden Erfindung angepasst werden kann, wobei ein von der Oberfläche her gesteuerter einstellbarer Anschlag die nach oben verlaufende Axialbewegung der F1ügel 40, 42 einstellbar begrenzen kann, wodurch die Radialbewegung der Flügel 40, 42 an den Rampen 88, 90 je nach Wunsch begrenzt wird. Der einstellbare Anschlag tritt mit dem stromaufwärtigen Anschlussende des Flügels 40 in Eingriff, um seine nach oben verlaufende Axialbewegung an den Rampen 88, 90 anzuhalten, wodurch der radiale Hub des Flügels begrenzt wird. Eine Begrenzung der axialen Bewegung der Flügel 40, 42 beschränkt ihre radiale Ausweitung. Die Positionierung des einstellbaren Anschlags kann derart auf Kommandos von der Oberfläche ansprechen, dass die Flügel 40, 42 mehrere Positionen einnehmen und auf Befehl zu einer Anzahl an unterschiedlichen radialen Entfernungen ausgefahren oder eingezogen werden können.
Ebenfalls sollte sich verstehen, dass ein Mechanismus dazu verwendet werden kann, die Flügel 40, 42 in der eingezogenen Stellung bei einem Zurückholen aus dem Bohrloch zu verriegeln. Ein Verfahren beinhaltet das Anordnen einer kleinen Düse in jedem Ausfahrkolben, damit sich nicht eine kleine Durchflussrate von weniger als 1,14 m³/min (300 GPM) gegen die Reaktionsfeder bewegt, sondern Verschnitte von unterhalb den Flügeln ausschwemmt, die sich dort angesammelt haben können. Wenn sich die Flügel nicht vollständig einziehen, ist der oberste Winkel dahingehend ausgelegt, eine Belastung gegen den Beginn der Sohle des ummantelten Abschnitts des Bohrlochs auszuüben, sodass die Belastung in derjenigen Richtung erfolgt, mit der sich die Flügel entlang den Rampen zu der eingezogenen Stellung hin bewegen würden. Die Flügel bewegen sich mindestens bei jedem Anfügen von Bohrgestängeabschnitt in die vollständig eingezogene Stellung, da die Pumpen abgeschaltet werden, um die nächste Rohrverbindung an den Bohrstrang anzufügen. Dieser Vorgang schwemmt Verschnitte, die sich angesammelt haben können, aus.
Nun auf die 5–8 Bezug nehmend ist schematisch eine alternative Ausführungsform des exzentrischen Stabilisators mit einstellbarem Durchmesser der Flügel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der exzentrische Stabilisator 120 mit einstellbarem Durchmesser der Flügel ersetzt den feststehenden Flügel 30 der bevorzugten Ausführungsform der 1–4 durch einen dritten einstellbaren Flügel 122. Die anderen beiden einstellbaren Flügel weisen eine ähnliche Konstruktion wie die einstellbaren Stabilisatorflügel 40, 42 der bevorzugten Ausführungsform der 1–4 auf und werden ähnlich wie diese betrieben. Aufgrund des dritten einstellbaren Flügels 122 ist der Durchmesser 124 des Gehäuses 126 kleiner als der Durchmesser 14 der bevorzugten Ausführungsform der 1–4. Der Durchmesser 124 ist kleiner, da das durch das Gehäuse 126 verlaufende Fließrohr 128 weiter innen liegend als das Fließrohr 44 der bevorzugten Ausführungsform angeordnet werden muss. Das Fließrohr 44 der bevorzugten Ausführungsform wird an einer Seite der Gehäuseachse 17 angeordnet, während die Gehäuseachse 130 des Stabilisators 120 durch das Fließrohr 128 verläuft. Dies führt dazu, dass die Weite 132 der Flügel 40, 42 etwas kleiner als die Weite 96 der Flügel der bevorzugten Ausführungsform ist. Weiterhin fällt der Bereich der Wegstrecke in der radialen Richtung des dritten einstellbaren Flügels 122 kleiner als derjenige der beiden anderen einstellbaren Flügel 40, 42 aus. Der den dritten einstellbaren Flügel 122 beherbergende Schlitz 134 umfasst ein Paar Nockenbauteile 136, 138 mit geneigten Oberflächen oder Rampen 140 bzw. 142, die integral mit dem Gehäuse 126 ausgebildet sind. Der dritte einstellbare Flügel 122 beinhaltet ebenfalls Kerben 144, 146, die geneigte Oberflächen oder Rampen 148, 150 ausbilden. Der Winkel der Rampen 140, 148 und 142, 150 ist bezüglich der Achse 130 kleiner, sodass sich bei einer Axialbewegung des dritten einstellbaren Flügels 122 der dritte Flügel 122 aufgrund des verringerten Winkels der Rampen nicht so weit wie die Flügel 40, 42 radial nach außen bewegt. Weiterhin sollte sich verstehen, dass die Weite 152 des dritten einstellbaren Flügels 122 kleiner als die Weite 132 der Flügel 40, 42 ist. Der dritte einstellbare Flügel 122 wird als der obere Flügel betrachtet und vorzugsweise mit dem Räumerabschnitt des Doppelmeißels ausgerichtet, was nachfolgend beschrieben ist.
Nun auf die 9–12 Bezug nehmend ist noch eine weitere alternative Ausführungsform des exzentrischen Stabilisators mit einstellbarem Durchmesser der Flügel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Obwohl in der bevorzugten Ausführungsform der 1–4 der Stabilisator so beschrieben ist, dass er zwei einstellbare Flügel aufweist, und in der alternativen Ausführungsform der 5–8 der Stabilisator mit drei einstellbaren Flügeln beschrieben ist, sollte sich verstehen, dass der exzentrische Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel der vorliegenden Erfindung auch nur einen einstellbaren Flügel aufweisen kann. Der einzelne einstellbare Flügel 154 des Stabilisators 160 ist innerhalb eines Schlitzes 156 in dem Gehäuse 158 angeordnet. Der einzelne Flügel 154 ist hinsichtlich seiner Struktur und seines Betriebs vergleichbar mit den einstellbaren Flügeln 40, 42, die mit Bezug auf die bevorzugte Ausführungsform der 1–4 dargestellt und beschrieben wurden. Es sollte sich jedoch verstehen, dass die Weite 162 des Flügels 154 größer als die Weite der Flügel 40, 42 der bevorzugten Ausführungsform sein kann, da nur ein einzelner einstellbarer Flügel innerhalb des Gehäuses 158 angeordnet ist. Obgleich das Fließrohr 44 des Stabilisators 160 eine ähnliche Struktur wie das Fließrohr der bevorzugten Ausführungsform hat und ähnlich angeordnet wird, stellt die Eliminierung des zweiten einstellbaren Flügels eine größere Innenfläche des Gehäuses 158 und somit einen größeren Schlitz 156 bereit, in welchem der individuelle einstellbare Flügel 154 untergebracht ist.
Nun auf die 13–16 Bezug nehmend ist eine alternative Ausführungsform der Kontaktbauteile, d.h. der in den 1–12 dargestellten Flügel gezeigt. Die in den 1–12 dargestellten Flügel sind im Allgemeinen längliche planare Bauteile, die sich axial in Schlitzen in dem Gehäuse des Stabilisators erstrecken. Die Kontaktbauteile der in den 13–16 dargestellten alternativen Ausführungsform beinhalten einen oder mehrere Zylinder oder Knöpfe 164, 166, die innerhalb des Gehäuses 168 des Stabilisators 170 angeordnet sind. Es ist bevorzugt, dass die Knöpfe 164, 166 in einer gemeinsamen Ebene mit der Gehäuseachse 172 ausgerichtet sind. Eine Anordnung zur Betätigung der Knöpfe 164, 166 umfasst eine Feder 174, die zwischen einem benachbart zu der Unterseite 178 der Knöpfe 164, 166 angeordneten ringförmigen Flansch 176 und einem in Gewindeeingriff mit dem Gehäuse 168 stehenden Halterbauteil 180 angeordnet ist.
Wenn die Pumpen im Betrieb an der Oberfläche angeschaltet werden, strömt Bohrfluid durch das Fließrohr 44 und legt Druck an die Unterseite 178 der Knöpfe 164, 166 an. Der Differentialdruck zwischen der Durchflussbohrung 26 und dem Ringraum 32, der wie oben beschrieben durch das Bohrloch 34 ausgebildet wird, bewirkt es, dass sich die Zylinder 164, 166 durch das Druckdifferential radial nach außen bewegen. Die Rückstellfedern 174 werden derart komprimiert, dass bei dem Abschalten der Pumpen die Federn 174 die Knöpfe 164, 166 zu ihrer in 13 dargestellten eingezogenen Stellung zurückführen. Es sollte sich verstehen, dass die Außenfläche 182 der Knöpfe 164, 166 eine angeschrägte oder sich verjüngende vordere und hintere Kante aufweisen kann. Ebenfalls sollte sich verstehen, dass die Unterseite 178 der Knöpfe 164, 166 so angeordnet werden kann, dass sie mit der inneren Wand des Fließrohrs 44 bündig abschließt, um für die Knöpfe 164, 166 eine maximale Breite bereitstellen zu können. Dies ermöglicht ebenfalls die Maximierung des Hubs der Knöpfe 164, 166. Weiterhin sollte sich verstehen, dass die Knöpfe 164, 166 in ihrer radial ausgefahrenen Stellung verriegelt werden können. Obgleich eine Anordnung zur Betätigung der Knöpfe 164, 166 beschrieben worden ist, sollte sich verstehen, dass die Knöpfe 164, 166 ähnlich wie diejenigen Knöpfe betätigt werden können, die für den von Andergauge hergestellten und vertriebenen einstellbaren konzentrischen Flügelstabilisator beschrieben und verwendet wurden. Die Broschüre von Andergauge dient hier als Referenz.
Es sollte sich verstehen, dass die in den 1–16 beschriebenen exzentrischen Stabilisatoren mit einstellbarem Durchmesser der Flügel in vielen unterschiedlichen Bohrbaugruppen zum Rotary-Bohren und in vielen unterschiedlichen Grundlochbaugruppen zum Richtungsbohren verwendet werden können. Im folgenden sind einige der repräsentativen Baugruppen beschrieben, bei denen die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, wobei diese Baugruppen nicht als die einzigen Baugruppen betrachtet werden sollten, bei denen der Stabilisator der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Der exzentrische Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel kann in jeder Baugruppe benutzt werden, in der ein Stabilisator erforderlich ist, welcher als ein Schwenk- oder Hebelpunkt für den Meißel fungiert oder der für ein mittiges Bohren des Meißels sorgt.
Nun auf die 17–22 Bezug nehmend ist eine Drehbaugruppe 200 einschließlich eines Doppelmeißels 202, des exzentrischen Stabilisators 10 mit einstellbarem Durchmesser der Flügel, einer oder mehrerer Schwerstangen 16, und eines feststehenden Flügelstabilisators 204 dargestellt. Obwohl die folgenden Baugruppen dahingehend beschrieben werden, dass der exzentrische Stabilisator 10 mit einstellbarem Durchmesser der Flügel der bevorzugten Ausführungsform verwendet wird, sollte sich verstehen, dass auch jede der alternativen Ausführungsformen benutzt werden kann. Der Stabilisator 10 ist benachbart zu und unmittelbar über dem Doppelmeißel 202 angeordnet. Der Doppelmeißel 202 umfasst einen Führungsmeißel 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 des Doppelmeißels 202 vorgesehen. Der feststehende Flügelstabilisator 204 wird vorzugsweise ungefähr 30 Fuß über dem Doppelmeißel 202 angeordnet.
Die 17–19 und 49–50 illustrieren die Rotary-Bohrbaugruppe 200, welche ein bestehendes ummanteltes Bohrloch 210 mit einer Achse 211, die am deutlichsten in 18 dargestellt ist, durchläuft. Wie am deutlichsten in 17 ersichtlich ist der feststehende Flügel 30 derart zu einem exzentrischen Räumerabschnitt 208 ausgerichtet, dass der feststehende Flügel 30 und der Räumerabschnitt 208 in einer gemeinsamen Ebene liegen, um mit einer Seite 212 der Wand 209 des bestehenden ummantelten Bohrlochs 210 entlang einer gemeinsamen axialen Linie in Eingriff zu treten, wodurch es bewirkt wird, dass die andere Seite des Führungsmeißels 206 mit der gegenüberliegenden Seite 213 des bestehenden ummantelten Bohrlochs 210 in Eingriff tritt. Nun auf die 49 und 50 Bezug nehmend wird die Drehschulterverbindung zwischen dem Doppelmeißel 202 und dem exzentrischen Stabilisator 10 durch einen Abstandshalter 233 an der Drehmomentschulter 205 umfänglich angepasst, wobei die Weite des Abstandshalters 233 je nach Erfordernis eingestellt wird. Der Doppelmeißel 202 und der Stabilisator 10 weisen ein erweitertes Bauteil 209 bzw. 207 in der Richtung des Räumerabschnitts 208 bzw. eines (nicht dargestellten) festen Druckstücks auf, wobei ein Schlitz 211 dazu ausgeformt ist, ein Scherbauteil 251 aufzunehmen. Der Scherbolzen wird durch einen Bolzen oder einen Federstift 241 an Ort und Stelle gehalten. Die Verschraubung des Doppelmeißels 202 an dem Stabilisator 10 wird bis zu einem spezifischen Maß unter Drehmoment gesetzt, sodass bei dem Erreichen dieses Drehmoments die Schlitze 211 der Flanschbauteile 207, 209 bei dem geeigneten veranlagten Verbindungsdrehmoment axial angeglichen werden, damit das Scherbolzenbauteil 213 gleichzeitig durch beide Schlitze 211 eingesetzt werden kann, um die relative Drehstellung zwischen dem Meißel 202 und dem Stabilisator 10 zu fixieren, sodass das feste Druckstück und der Räumerabschnitt 208 dauerhaft axial ausgerichtet werden. Bei der Montage wird der feststehende Flügel 30 mit dem Räumerabschnitt 208 des Doppelmeißels 202 ausgerichtet. Diese Ausrichtung ermöglicht es, dass die Bohrbaugruppe das bestehende ummantelte Bohrloch 34 durchlaufen kann. Der feststehende Flügel 30 kann mit einer Erweiterung des Räumerabschnitts 208 des Doppelmeißels 202 verglichen werden.
Der Durchgangsdurchmesser des bestehenden ummantelten Bohrlochs 210 ist derjenige Durchmesser, der es ermöglicht, dass die Bohrbaugruppe 200 das Bohrloch 210 durchläuft. Typischerweise entspricht der Durchgangsdurchmesser in etwa dem Durchmesser des bestehenden ummantelten Bohrlochs und verfügt über eine gemeinsame Achse 216. Wie am einfachsten in 19 ersichtlich befinden sich die einstellbaren Flügel 40, 42 in ihrer kollabierten oder eingezogenen Stellung in den Schlitzen 60, 62, wobei die Flügel 30, 4 und 42 Umfangskontaktflächen 31, 41 bzw. 43 aufweisen, die mit der Innenfläche der Wand 209 des bestehenden ummantelten Bohrlochs 210 in Eingriff treten. Der feststehende Flügel 30 und die beiden einstellbaren Flügel 40, 42 stellen drei Kontaktflächen mit der Wand 209 des Bohrlochs bereit, die ungefähr 120° entfernt voneinander vorliegen. Die drei Kontaktflächen 31, 41 und 43 bilden eine Kontaktachse bzw. ein Zentrum 215 aus, das mit der Achse 216 des Durchgangsdurchmessers und mit der Meißelachse bzw. dem Zentrum 214 des Doppelmeißels 202 übereinstimmt. Der Mittelpunkt 214 des Doppelmeißels 202 liegt äquidistant zwischen der Schneidseite 235 des Räumerabschnitts 208 und der gegenüberliegenden Schneidseite 229 des Führungsmeißels 206. Wenn die Durchgangsachse 216, die Kontaktachse 215 und die Meißelachse 214 zusammenfallen, ist keine Ablenkung zwischen dem Stabilisator 10 und dem Doppelmeißel 202 erforderlich, um die Bohrbaugruppe 200 durch das bestehende ummantelte Bohrloch 210 zu führen. Wie in 17 dargestellt, ist die Achse 217 der Bohrbaugruppe 200 mittig zu der Achse 216 des ummantelten Bohrlochs 210 an dem oberen feststehenden Flügelstabilisator 204 angeordnet, jedoch wird sie durch den feststehenden Flügel 30 und den Räumerabschnitt 208 an dem Boden der Bohrbaugruppe 200 abgelenkt, wie dies durch das Zentrum 203 des Führungsmeißels 206 gezeigt wird. Diese Ablenkung erfordert es, dass der obere feststehende Flügelstabilisator 204 etwa 30,48 m (100 Fuß) entfernt von dem Doppelmeißel 202 angeordnet wird.
Nun auf die 20–22 Bezug nehmend ist die Rotary-Bohrbaugruppe 200 zum Bohren eines neuen Bohrlochs 220 dargestellt. Die einstellbaren Flügel 40, 42 sind aufgrund des Druckdifferentials zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Stabilisatorgehäuses 12 zu ihrer ausgefahrenen Stellung hin betätigt worden. Wie am besten in 22 ersichtlich verschieben die ausgefahrenen Flügel 40, 42 die Kontaktachse 215 von der in 19 gezeigten Stellung zu der in 22 gezeigten Stellung. Wie am besten in 20 ersichtlich stimmt die Kontaktachse 215 nun mit der Achse 217 der Bohrbaugruppe 200, mit der Achse 222 des neuen Bohrlochs 220 und, was am wichtigsten ist, mit der Achse 203 des Führungsmeißels 206 überein. Die drei Kontaktflächen 31, 41 und 43 der Flügel 30, 40 und 42, die bei ungefähr 120°-Intervallen zu der Innenfläche der Wand 221 des neuen Bohrlochs 220 in der Nähe des Führungsmeißels 206 liegen, stabilisieren den Führungsmeißel 206 und bewirken ein mittiges Bohren des Führungsmeißels 206, d.h. ein Bohren, bei dem die Achsen 217 und 222 zusammenfallen. Wie am besten aus 22 ersichtlich überstreichen die Flügel 40, 42 radial außerhalb einen Abstand bzw. ein radiales Ausmaß 45, das erforderlich ist, um die Kontaktachse 215 von dem in 17 dargestellten Durchgangsmodus zu dem in 20 dargestellten Bohrmodus für das neue Bohrloch 220 auf geeignete Weise zu verschieben. Der auf den Führungsmeißel 206 folgende Räumerabschnitt 208 vergrößert das Bohrloch 220, wenn er in exzentrischer Weise um die Drehachse 217 rotiert. Da der Durchmesser des neuen Bohrlochs 220 größer als der Durchmesser des ummantelten Bohrlochs 210 ist, treten die Flügel des feststehenden Flügelstabilisators 204 nicht gleichzeitig mit der Wand 221 des neuen Bohrlochs 220 in Kontakt, wie dies in 21 dargestellt ist.
Die in den 17–22 dargestellte Bohrbaugruppe 200 bewirkt es, dass der exzentrische Stabilisator 10 mit einstellbarem Durchmesser der Flügel zu einem nahe am Meißel liegenden Stabilisator wird. Ein nahe am Meißel liegender Stabilisator muss im Mindermaß vorliegen, um einen vollständigen Steuerungsbereich aufzuweisen, wenn sich die einstellbaren Flügel 40, 42 entweder in ihrer ausgefahrenen oder in ihrer eingezogenen Stellung befinden. Die Größes des Mindermaßes durch die Länge des Hubs 45 bestimmt, die für die einstellbaren Stabilisatorflügel 40, 42 erwünscht ist. Wenn das Gehäuse 12 des Stabilisators 10 beispielsweise ein Mindermaß von 3,18–6,35 mm (1/8–1/4 inch) hat, muss die Wegstrecke der einstellbaren Flügel 40, 42 dementsprechend eingestellt werden. Diese Einstellung der Wegstrecke muss erfolgen, bevor die Bohrbaugruppe 200 in das Bohrloch verbracht wird. Die Wegstrecke 45 der einstellbaren Flügel 40, 42 wird durch eine Begrenzen des Hubs der Flügel eingestellt, wobei die Radialbewegung der Flügel 40, 42 stoppt, wenn ihre Bewegung an den Rampen 78, 80 gestoppt wird. Der Hub wird durch die Dübel 133 begrenzt. Der Hub wird durch ein Einstellen der Länge des Dübels 133 begrenzt, z.B. indem Scheiben an der Schulter des mit Gewinden versehenen Endes 223 hinzugefügt oder entfernt werden.
Nun auf die 23–26 Bezug nehmend ist eine gepackte Bohrlochbaugruppe 230 dargestellt, die versehen ist mit einem Doppelmeißel 202, einem unteren exzentrischen Stabilisator 10 mit einstellbarem Durchmesser der Flügel, einer Mehrzahl von Schwerstangen 16 und mit einem oberen exzentrischen Stabilisator 232 mit einstellbarem Durchmesser der Flügel, der im Wesentlichen gleich zu dem unteren Stabilisator 10 beschaffen ist. Der untere Stabilisator 10 ist unmittelbar über dem Doppelmeißel 202 montiert, wie dies mit Bezug auf die 17–22 beschrieben wurde, und der obere exzentrische Stabilisator 232 mit einstellbarem Durchmesser der Flügel ist etwa 15 bis 20 Fuß über dem unteren exzentrischen Stabilisator 10 mit einstellbarem Durchmesser der Flügel angeordnet, was am besten aus 23 ersichtlich wird. Indem die einstellbaren Flügel an dem oberen Stabilisator 232 angeordnet sind, kann der obere Stabilisator 232 näher zu dem unteren Stabilisator 10 angeordnet werden, da der Durchgangsdurchmesser des oberen Stabilisators 232 kleiner als derjenige des in der Ausführungsform der 17–22 dargestellten feststehenden Flügelstabilisators 204 ist. Mit einem kleineren Durchgangsdurchmesser wird die Ablenkung der Baugruppe 230 während der Durchquerung des bestehenden ummantelten Bohrlochs 210 reduziert. Wie in 23 dargestellt ermöglichen es die feststehenden Flügel 30 der oberen und unteren Stabilisatoren 232, 10, dass die Achse 217 der gepackten Bohrlochbaugruppe 230 im Wesentlichen parallel zu der Achse 216 des ummantelten Bohrlochs 210 liegt. Weiterhin und wie am besten anhand 26 ersichtlich treten die Flügel 30, 40, 42 mit der Wand des neuen Bohrlochs 220 in Eingriff, während die feststehenden Flügel des in der Ausführungsform der 17–22 dargestellten Stabilisators 204 nicht gleichzeitig mit der Wand des neuen Bohrlochs 220 in Eingriff treten. Somit wird die gepackte Bohrloch-Bohrbaugruppe 230 durch die Verwendung des oberen einstellbaren Flügelstabilisators 232 stabiler, wodurch es dem Führungsmeißel 206 ermöglicht wird, ein gerades Loch zu bohren.
Nun auf die 27–30 Bezug nehmend wird eine weitere Ausführungsform der gepackten Bohrlochbaugruppe dargestellt. Die gepackte Bohrlochbaugruppe 240 beinhaltet den Doppelmeißel 202, den exzentrischen Stabilisator 10 mit einstellbarem Durchmesser der Flügel, Schwerstangen 16, und einen etwa 9,14 m (30 Fuß) über dem Doppelmeißel 202 angeordneten einstellbaren konzentrischen Stabilisator 242. Der einstellbare konzentrische Stabilisator 242 kann der von Halliburton hergestellte TRACS-Stabilisator sein. Der einstellbare konzentrische TRACS-Stabilisator stellt mehrere Stellungen der einstellbaren Flügel 244 bereit, wodurch es dem Führungsmeißel 206 ermöglicht wird, unter Verwendung des unteren Stabilisators 10 als ein Hebelpunkt mit einer Neigung zu bohren. Es sollte sich verstehen, dass der Hub 45 der Flügel 40, 42 verringert werden kann, um einen Radius für die Kontaktachse 215 zu erzeugen, der zum Beispiel ein Mindermaß von 6,35 mm (1/4 inch) hat, sodass der konzentrische einstellbare Stabilisator 242 einen Absenkungswinkel ermöglichen würde.
Nun auf die 31 und 32 Bezug nehmend ist eine Grundlochbaugruppe 250 zum Richtungsbohren dargestellt. Die Grundlochbaugruppe 250 umfasst einen Bohrlochbohrmotor 252, der steuerbar sein kann, und sie kann bei 254 eine Krümmung aufweisen. Der Bohrlochmotor 252 weist eine Abtriebswelle 256 auf, an welcher der exzentrische Stabilisator 10 mit einstellbarem Durchmesser der Flügel montiert ist. Eine oder mehrere Schwerstangen 16 sind an dem Gehäuse des steuerbaren Motors 252 montiert und erstrecken sich stromaufwärts, um an dem oberen einstellbaren konzentrischen Stabilisator 242 befestigt zu werden. Es sollte sich verstehen, dass der Bohrlochmotor 252 eine Krümmung aufweisen kann oder nicht, und dass er einen an seinem Gehäuse montierten Stabilisator haben kann oder nicht. Der exzentrische Stabilisator 10 mit einstellbarem Durchmesser der Flügel dreht sich mit dem Doppelmeißel 202. Somit dreht sich der Stabilisator 10 sowohl in dem Rotary-Modus wie in dem Gleitmodus der Grundlochbaugruppe 250. Der untere Stabilisator 10 dient als ein Schwenkpunkt oder Hebelpunkt für den Doppelmeißel 202, wenn die Flügel des Stabilisators 242 radial eingestellt werden.
Nun auf die 33 und 34 Bezug nehmend kann die Grundlochbaugruppe 260 die gleiche wie die in den 31 und 32 dargestellte Baugruppe sein, jedoch mit der Ausnahme, dass ein feststehender Flügelstabilisator 204 anstatt eines einstellbaren konzentrischen Stabilisators verwendet werden kann. Allerdings ist der oben erläuterten Gründe halber die Verwendung eines feststehenden Flügelstabilisators als der obere Stabilisator in der Grundlochbaugruppe weniger bevorzugt, da die feststehenden Flügel nicht mit der Wand des neuen Bohrlochs 220 in Eingriff treten, wie dies z.B. in 21 illustriert ist.
Obgleich die Bohrbaugruppen unter Verwendung der in den 1–4 dargestellten bevorzugten Ausführungsform des exzentrischen Stabilisators mit einstellbarem Durchmesser der Flügel mit einem oberen feststehenden Flügel beschrieben wurden, sollte sich verstehen, dass die alternativen Ausführungsformen der 5–8, 9–12 und 13–16 ebenfalls in diesen Bohrbaugruppen verwendet werden können. Beispielsweise auf die 5–8 Bezug nehmend kann der dritte einstellbare Flügel 122 den feststehenden Flügel 30 ersetzen und immer noch die notwendige Kontaktfläche mit dem Bohrloch bei 123 und die erforderliche Kontaktachse 215 bereitstellen. Wie am einfachsten in 8 ersichtlich ist die Kontaktachse 215 als zum Bohren verschoben dargestellt. Wie ebenfalls in den 9–12 dargestellt kann die dem einstellbaren Flügel 154 gegenüberliegende Seite des Gehäuses 158 mit der Bohrlochwand in Kontakt treten und die notwendige Kontaktfläche bzw. Kontaktachse 215 bereitstellen. Ähnliches trifft für die Ausführungsform der 13–16 zu.
Obgleich sich der exzentrische Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel der vorliegenden Erfindung in einer Bohrbaugruppe mit einem Doppelmeißel am nützlichsten erweist, kann die vorliegende Erfindung mit anderen Bohrbaugruppen verwendet werden, die einen Standard-Bohrmeißel aufweisen. Im Folgenden werden einige Beispiele von Bohrbaugruppen beschrieben, die den exzentrischen Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel der vorliegenden Erfindung verwenden können.
Die vorliegende Erfindung begrenzt sich nicht auf einen nahe am Meißel liegenden Stabilisator. Der Stabilisator der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls ein "Strang"-Stabilisator sein. In einem derartigen Fall wird der exzentrische einstellbare Flügelstabilisator an dem Bohrstrang mit einem Abstand von mehr als 9,14 m (30 Fuß) über dem unteren Ende der Grundlochbaugruppe montiert. In bestimmten Rotary-Baugruppen wird der exzentrische einstellbare Flügelstabilisator 3,05 m (10 Fuß) über dem konventionellen Meißel angeordnet. Der exzentrische einstellbare Flügelstabilisator ersetzt in einem derartigen Fall den konzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator, der typischerweise ungefähr 4,57 m (15 Fuß) über dem konventionellen Meißel angeordnet wird.
Nun auf die 35–39 Bezug nehmend ist eine Grundlochbaugruppe 270 dargestellt, die einen an dem stromabwärtigen Ende eines steuerbaren Motors 274 montierten konventionellen Bohrmeißel 272 aufweist. Ein exzentrischer Stabilisator 278 mit einstellbarem Durchmesser der Flügel ist als an dem Gehäuse 284 des Motors 274 benachbart zu dem Bohrmeißel 272 montiert dargestellt. Ein oberer exzentrischer Stabilisator 276 mit einstellbarem Durchmesser der Flügel ist an dem stromaufwärtigen Anschlussende des steuerbaren Motors 274 montiert. Die Stabilisatoren 276 und 278 sind gegenüber der in den 1–4 dargestellten bevorzugten Ausführungsform leicht modifiziert. Die Stabilisatoren 276, 278 beinhalten die einstellbaren Flügel 40, 42, jedoch benötigen bzw. verfügen sie nicht über einen oberen Flügel bei 278. Es ist kein oberer Flügel an den Stabilisatoren 276, 278 bereitgestellt, um es zu ermöglichen, dass die Grundlochbaugruppe 270 zum Bohren von Bohrlöchern mit einer Krümmung mit einem mittleren Radius bohren kann, da wegen des exzentrischen einstellbaren Stabilisators 278 die Krümmung bei 282 in dem Motor 274 reduziert werden kann. Die einstellbaren Flügel 40, 42 an dem Stabilisator 278 fungieren als ein Druckstück gegen die Wand des neuen Bohrlochs 280, um die Neigung des Meißels 272 auszurichten. 37 illustriert die Flügel 40, 42 in der in 36 dargestellten eingezogenen Stellung. Dies ermöglicht dem Meißel 272 das Bohren eines geraden Lochs. 38 illustriert die einstellbaren Flügel 40, 42 in der ausgefahrenen Stellung, wodurch der Stabilisator 278 als ein Druckstück an einem steuerbaren Motor fungiert, damit der Meißel 272 den Lochwinkel erhöht. Eine Tangente des geraden Abschnitts des steuerbaren Motors 274 wird gebohrt, wenn sich die Flügel 40, 42 in der eingezogenen Stellung befinden. Die Stabilisatoren 276, 278 werden mit der Werkzeugseite des steuerbaren Motors 274 so ausgerichtet, dass die Flügel 40, 42 gegenüberliegend zu oder in der Richtung der Lochkrümmung liegen. Das Ausfahren der Flügel 40, 42 erhöht den Krümmungsradius des neuen Bohrlochs 280. Die einstellbaren Flügel 40, 42 auf der Oberseite des stromaufwärtigen Stabilisators 276 drücken die Wand des Bohrlochs 280 ab, um die Lochkrümmung zu steigern. Ebenfalls sollte sich verstehen, dass der obere Stabilisator 276 ein einstellbarer konzentrischer Stabilisator sein kann, der mehrere Stellungen einnehmen kann.
Nun auf die 51 Bezug nehmend ist eine Grundlochbaugruppe 300 dargestellt, die einen an dem stromabwärtigen Ende eines Knickstücks 304 montierten konventionellen Bohrmeißel 302 aufweist. Ein steuerbarer Motor 306 ist über dem Knickstück 304 und ein exzentrischer einstellbarer Flügelstabilisator 308 ist über dem steuerbaren Motor 306 angeordnet. Ein festes Druckstück 310 ist an dem Motor 306 mit derjenigen Höhe befestigt, die für die Grundlochbaugruppe 300 erwünscht ist. Anschließend können die Flügel 312 an dem exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator 308 eingestellt werden, um die Neigung des Meißels 302 zu justieren, wobei das feste Druckstücks 310 als ein Hebelpunkt verwendet wird. Der exzentrische einstellbare Flügelstabilisator 308 wird zur Steuerung des aufgebauten Winkels benutzt. In dieser Anwendung wird der exzentrische einstellbare Flügelstabilisator der vorliegenden Erfindung nicht nur dazu verwendet, einen Doppelmeißel mittig zu halten, sondern auch dazu, die Neigung des Meißels zum Aufbauen eines Bohrwinkels und somit der Neigung einzustellen. Durch die Anordnung des exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisators 308 über dem Motor 306 besteht Platz für die Bereitstellung eines adäquaten Hubs, um den Meißel 302 geeignet schräg stellen zu können.
Indem alle drei Flügel in mehreren Stellungen wie z.B. in der Ausführungsform der 47–48 einstellbar sind, kann der Anwender die direktionale Bewegung in drei Richtungen steuern. Diese Baugruppe wäre ein dreidimensionales Drehwerkzeug, da die Flügel zu jedem Zeitpunkt einzeln eingestellt werden könnten. Die Radialbewegung von jedem der Flügel wird unabhängig voneinander gesteuert. Weiterhin könnte diese Baugruppe (der Doppelmeißel und der exzentrische Stabilisator) vorlaufend vor jedem beliebigen dreidimensionalen Bohrwerkzeug betrieben werden, und zwar dreh- oder per Bohrlochmotor angetrieben, um ein vergrößertes Bohrloch zu bohren.
Nun auf die 40–43 Bezug nehmend ist noch eine weitere Ausführungsform einer Bohrbaugruppe dargestellt, die den exzentrischen Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Grundlochbaugruppe 290 umfasst einen Standard-Bohrmeißel 272, wobei ein geflügelter Räumer 292 an Schwerstangen 294 ungefähr 30 bis 60 Fuß über dem Meißel 272 montiert ist. Der exzentrische Stabilisator 10 mit einstellbarem Durchmesser der Flügel ist stromaufwärts von dem geflügelten Räumer 292 montiert. Der Stabilisator 10 dient als ein Schwenk- oder Hebelpunkt für den Meißel 272 und stabilisiert die Bohrrichtung des Meißels 272.
Eine weitere Anwendung beinhaltet die Anordnung eines feststehenden Flügels an dem steuerbaren Motor und eines exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisators über dem Motor. Befinden sich die Stabilisatorflügel in ihrer eingezogenen Stellung, bohrt der Bohrstrang gerade voraus. Zum Aufbau eines Winkels wird die Rotation gestoppt und die Flügel werden derart aus dem exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator heraus gepumpt, dass die Flügel gegen die Seite des Bohrlochs drücken, um eine Seitenlast bereitzustellen. Diese Seitenlast drückt die Rückseite des Motors nach unten, wodurch der Meißel nach oben geschwenkt wird und einen Winkel aufuaut.
Mit dieser gleichen Baugruppe können die Flügel an dem exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator einstellbar ausgefahren werden, um den Bohrwinkel beizubehalten. Befindet sich mit anderen Worten der Flügel an dem exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator gegenüberliegend zu dem feststehenden Flügel an dem Motorgehäuse, versetzen sie sich jeweils mit Bezug auf die Seitenlasten zueinander, um den Lochwinkel aufrechtzuerhalten. Sowohl der exzentrische Flügelstabilisator wie der feststehende Flügel würden sich in dem Bohrloch drehen. Obgleich diese Anwendung so beschrieben worden ist, als dass sie in dem Gleitmodus verwendet wird, kann sie auch in dem Rotary-Modus benutzt werden. Somit kann der obere exzentrische einstellbare Flügelstabilisator in dem Rotary-Modus verwendet werden, um die von dem feststehenden Flügel an dem Motorgehäuse verursachte Seitenlast zu versetzen und um zum Aufbau eines Winkels durch das weitere Ausfahren der Flügel des exzentrischen einstellbaren Flügelsta bilisators in der Radialstellung beizutragen, indem er Seitenlast zuführt und somit zum Aufbau eines Winkels beiträgt.
Bei noch einer anderen Anwendung der vorliegenden Erfindung ersetzt der exzentrische einstellbare Flügelstabilisator in einer einen Doppelmeißel verwendenden Rotary-Baugruppe den konzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator, wobei er 3,05 m oder 4,57 m (10 oder 15 Fuß) über dem Doppelmeißel angeordnet wird. In dieser Situation wird der exzentrische einstellbare Flügelstabilisator als ein Strang-Stabilisator verwendet.
Weiterhin sollte sich verstehen, dass der exzentrische Stabilisator mit einstellbarem Durchmesser der Flügel der vorliegenden Erfindung auch dazu verwendet werden kann, zum Zwecke einer Vergrößerung des Bohrlochs erneut in ein bestehendes Bohrloch eingeführt zu werden. In solch einem Fall liegt kein Führungsmeißel zum Zentrieren des geflügelten Räumers vor. Somit zentriert der exzentrische einstellbare Stabilisator 10 die Grundlochbaugruppe innerhalb des Bohrlochs, wodurch es dem geflügelten Räumer ermöglicht wird, das bestehende Bohrloch zu räumen und zu vergrößern.
Obgleich eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben worden ist, vermag der Fachmann Modifikationen zu ersinnen, die in den Rahmen der beiliegenden Ansprüche fallen.

Claims

Bohrbaugruppe, die Folgendes umfasst: einen Bohrlochmotor (252, 306) mit einer Abtriebswelle (256); einen an der genannten Abtriebswelle (256) angebrachten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator (10, 308) und einen an dem genannten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator (10, 308) angebrachten Meißel (202, 272, 302).
Bohrbaugruppe nach Anspruch 1, bei dem: der Bohrlochmotor (252, 306) ein Gehäuse hat, von dem sich die Abtriebswelle (256) erstreckt; das genannte Gehäuse erste einstellbare Flügel (40, 42) hat, die in einer ersten Richtung von dem genannten Gehäuse ausgefahren werden können; einen zweiten Stabilisator (232, 242), der oberhalb des genannten Motors (252, 306) angeordnet ist und zweite einstellbare Flügel (244) hat, die in einer der genannten ersten Richtung entgegengesetzten Richtung ausgefahren werden können; wobei die genannten ersten und zweiten ausfahrbaren Flügel (40, 42, 244) aus einer eingezogenen Stellung auf eine ausgefahrene Stellung bewegt werden können; wobei die genannten einstellbaren Flügel zum Bohren in einer geraden Richtung in der genannten eingezogenen Stellung und zum Aufbauen eines Bohrwinkels in der genannten ausgefahrenen Stellung sind.
Bohrbaugruppe nach Anspruch 1, bei der der genannte exzentrische einstellbare Flügelstabilisator (10, 308) einen feststehenden Flügel (30), der radial in einer Richtung verläuft, und wenigstens einen einstellbaren Flügel (40, 42, 312) hat, der in einem zur genannten Richtung entgegengesetzten Winkel verläuft.
Bohrbaugruppe nach Anspruch 1, bei der der genannte einstellbare Flügelstabilisator einstellbare Flügel (40, 42, 312) hat, die eine eingezogene Stellung und eine ausgefahrene Stellung haben.
Bohrbaugruppe nach Anspruch 4, bei der die genannten einstellbaren Flügel (40, 42, 312) Zwischenstellungen zwischen den genannten eingezogenen Stellungen und der genannten ausgefahrenen Stellung haben.
Bohrbaugruppe nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder 5, bei der der genannte Bohrlochmotor (252, 306) ein Gehäuse mit einer Krümmung (254) hat.
Bohrbaugruppe nach einem der Ansprüche 1, 3, 4, 5 oder 6, die ferner einen zweiten Stabilisator (232, 242) aufweist, der oberhalb des genannten Bohrlochmotors (252) angebracht ist.
Bohrbaugruppe nach einem der Ansprüche 1, 3, 4, 5, 6 oder 7, bei denen der genannte Meißel (202, 272, 302) ein Doppelmeißel (202) ist.
Bohrbaugruppe nach Anspruch 8, bei der der genannte Doppelmeißel (202) einen Räumer hat, der mit einem feststehenden Flügel (30) an dem genannten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator (10) fluchtet (208).
Verfahren zum Bohren eines Bohrlochs, das Folgendes umfasst: Senken einer Grundlochbaugruppe, die einen Bohrlochmotor (252, 306), einen an einer Abtriebswelle (256) des Bohrlochmo tors (252, 306) angebrachten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator (10, 308) und einen an dem exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator (10, 308) angebrachten Meißel (202, 272, 302) hat; Bewegen einstellbarer Flügel (40, 42, 312) an dem genannten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator (10, 308) aus einer eingezogenen Stellung auf eine ausgefahrene Stellung; Drehen des Meißels (202, 272, 302) und des exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisators (10, 308) mit dem Bohrlochmotor (252, 306) in einem Gleitbetrieb.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der genannte exzentrische einstellbare Flügelstabilisator (10, 308) einstellbare Flügel (40, 42, 312) hat und das ferner das Einstellen der einstellbaren Flügel (40, 42, 318) des exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisators (10, 308) radial zum Schwenken des Meißels (202, 272, 302) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem der Meißel (202, 272, 302) einen Räumerabschnitt (208) hat, der mit einem feststehenden Flügel (30) an dem exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator (10, 304) fluchtet.
Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, das ferner das Einstellen eines einstellbaren konzentrischen Stabilisators (242) oberhalb des Bohrlochmotors (252) umfasst.
Bohrbaugruppe nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: einen zweiten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator (232), der in einer vorbestimmten Entfernung oberhalb des genannten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisators (10) angebracht ist; und wobei die genannten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisatoren (10, 232) jeweils zwei in eine Richtung verlaufende einstellbare Flügel (40, 42) und keine in eine entgegengesetzte Richtung verlaufenden Flügel haben.
Bohrbaugruppe nach Anspruch 14, bei der die genannten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisatoren (10, 232) nur zwei einstellbare Flügel (40, 42) haben, die sich zum Führen des Motors (252) mit einer Wand des Bohrlochs in Eingriff befinden.
Bohrbaugruppe nach Anspruch 14 oder 15, bei der die einstellbaren Flügel (40, 42) des exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisators (10) in einer ersten Richtung verlaufen und die Flügel des zweiten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisators in einer entgegengesetzten Richtung verlaufen.
Bohrbaugruppe nach Anspruch 14, 15 oder 16, bei der die einstellbaren Flügel (40, 42) auf eine Werkzeugseite des Motors (252) eingestellt sind, so dass die einstellbaren Flügel (40, 42) des exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisators (10) der Werkzeugseite gegenüberliegen und die einstellbaren Flügeln des zweiten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisators (232) in der Richtung der Lochkrümmung sind.
Bohrbaugruppe nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: einen konzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator (242), der in einer vorbestimmten Entfernung oberhalb des genannten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisators (10) angebracht ist; wobei der genannte exzentrische einstellbaren Flügelstabilisator (10) zwei einstellbare Flügel (40, 42) mit einer eingezogenen Stellung hat, die hydraulisch auf eine Mehrzahl von Radialstellungen einstellbar sind; und wobei der genannte konzentrische einstellbare Stabilisator (242) Flügel mit einer eingezogenen Stellung hat, die hydraulisch auf eine Mehrzahl von Radialstellungen einstellbar sind.
Verfahren zum Bohren eines neuen Bohrlochs nach Anspruch 10, das ferner Folgendes umfasst: einen zweiten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator (232), der oberhalb des genannten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisators (10) angebracht ist, wobei die exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisatoren (10, "232) jeweils zwei in eine Richtung verlaufende einstellbare Flügel (40, 42) und keine in eine entgegengesetzte Richtung verlaufenden Flügel haben; Ausfahren einstellbarer Flügel an dem exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator (1O) zum Eingreifen mit der Wand des Bohrlochs und Verursachen, dass der Meißel (202, 272, 302) den Lochwinkel vergrößert.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner Folgendes umfasst: Ausfahren der einstellbaren Flügel des zweiten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisators (232) in einer den einstellbaren Flügeln (40, 42) des exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisators entgegengesetzten Richtung; Ineingriffbringen der einstellbaren Flügel des zweiten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisators (232) an der Wand des Bohrlochs und Abdrücken von der Wand des Bohrlochs mit den einstellbaren Flügeln des zweiten exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisators (232) zum Vergrößern der Lochkrümmung.
Bohrbaugruppe nach Anspruch 2, die ferner Folgendes umfasst: ein Knickstück (Bent Sub) (304) mit dem Bohrmeißel (302); den Motor (306), der ein erstes und ein zweites Ende hat, wobei das Knickstück (304) an dem genannten ersten Ende angeordnet ist; den exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator (308), der an dem genannten zweiten Ende des genannten Motors (306) angeordnet ist, wobei der genannte exzentrische einstellbare Flügelstabilisator (308) einen einstellbaren Flügel (312) mit einer eingezogenen Stellung und einer Mehrzahl von erweiterten Radialstellungen hat; ein an dem genannten Motor (306) angebrachtes festes Druckstück (310); und wobei der genannte einstellbare Flügel (312) hydraulisch radial auf eine der genannten Mehrzahl von erweiterten Radialstellungen in einer dem genannten festen Druckstück (310) entgegengesetzten Richtung einstellbar ist, was verschiedene Einstellungen der Neigung des genannten Meißels (302) erlaubt.
Verfahren zum Bohren eines Bohrlochs nach Anspruch 10, das ferner Folgendes umfasst: Senken der Grundbohrungsbaugruppe mit dem Meißel (302), einem Knickstück (Bent Sub) (304), dem ein festes Druckstück (310) aufweisenden Motor (306) und dem exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator (10, 308), der einstellbare Flügel (312) hat, die eine eingezogene Stellung und eine Mehrzahl von ausgefahrenen Radialstellungen haben; hydraulisches Einstellen der einstellbaren Flügel (312) am exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator (10, 308) auf eine der Mehrzahl von ausgefahrenen Radialstellungen, wodurch das feste Druckstück (310) als Hebelpunkt wirkt; und Einstellen der Neigung des Meißels (302).
Bohrbaugruppe nach Anspruch 1, bei der der Motor (306) einen feststehenden Flügel hat und der genannte exzentrische einstellbare Flügelstabilisator (10, 308) einstellbare Flügel (40, 42) hat mit einer eingezogenen Stellung, die hydraulisch auf eine Mehrzahl von verschiedenen Radialabständen von der genannten eingezogenen Stellung einstellbar sind und für den Eingriff mit einer Wand der Bohrung ausgebildet sind.
Bohrbaugruppe nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: einen geflügelten Räumer (292), der am in Bohrrichtung hinteren Ende des genannten Stabilisators (10) angebracht ist; eine oder mehrere Schwerstangen (294), die in Bohrrichtung nach dem genannten geflügelten Räumer (292) angeordnet sind; den Meißel (272), der am in Bohrrichtung hinteren Ende der genannten Schwerstangen (294) angeordnet ist; wobei der genannte exzentrische Stabilisator (10) einen feststehenden Flügel (30), der in einer mit dem genannten geflügelten Räumer (292) gemeinsamen Richtung verläuft, und zwei einstellbare Flügel (40, 42) hat, die in einem Winkel und in einer der genannten gemeinsamen Richtung entgegengesetzten Richtung und im Winkel zu ihr verlaufen.
Bohrbaugruppe nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: einen geflügelten Räumer (292), der mit dem genannten exzentrischen Stabilisator (10) verbunden ist; eine oder mehrere mit dem genannten geflügelten Räumer (292) verbundenen Schwerstangen (294) und den mit den genannten Schwerstangen (294) verbundenen Meißel (272).
Verfahren zum Bohren eines Bohrlochs nach Anspruch 10, bei dem die Grundbohrungsbaugruppe ferner einen geflügelten Räumer (292) und eine oder mehrere Schwerstangen (294) hat; ferner umfassend die folgenden Schritte: Ausrichten eines feststehenden Flügels (30) des exzentrischen einstellbaren Flügelstabilisator (10) auf den genannten geflügelten Räumer (292) und Schwenken des Meißels (272) an dem genannten exzentrischen Flügelstabilisator mit einstellbarem Durchmesser (10) zum Stabilisieren der Bohrrichtung des Meißels (272).