EP0317605A1 - Vorrichtung zur führung eines bohrwerkzeugs und/oder eines bohrgestänges - Google Patents

Vorrichtung zur führung eines bohrwerkzeugs und/oder eines bohrgestänges

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Publication number
EP0317605A1
EP0317605A1 EP88904928A EP88904928A EP0317605A1 EP 0317605 A1 EP0317605 A1 EP 0317605A1 EP 88904928 A EP88904928 A EP 88904928A EP 88904928 A EP88904928 A EP 88904928A EP 0317605 A1 EP0317605 A1 EP 0317605A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
outer tube
guide
guide strips
inner tube
drilling tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP88904928A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Trevellyn Moeller Coltman
Alfred Eric Walter Fletcher
Bernhard Prevedel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Preussag AG
Original Assignee
Preussag AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Preussag AG filed Critical Preussag AG
Publication of EP0317605A1 publication Critical patent/EP0317605A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/06—Deflecting the direction of boreholes
    • E21B7/062—Deflecting the direction of boreholes the tool shaft rotating inside a non-rotating guide travelling with the shaft
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/10—Wear protectors; Centralising devices, e.g. stabilisers
    • E21B17/1014—Flexible or expansible centering means, e.g. with pistons pressing against the wall of the well

Definitions

  • the invention relates to a device for guiding a drilling tool and / or a drill rod for producing bores, consisting of an inner tube which can be connected to the drilling tool or the drill rod and an outer tube which is rotatably mounted thereon and provided with guide strips.
  • Devices of this type have the task of stabilizing the drilling tool or the drill string in the borehole and counteracting a deviation of the drilling head from the predefined drilling direction. The undesirable deviations occur during deep drilling, in particular in transition zones between harder and softer layers, in particular if the drilling strikes these layers at an acute angle.
  • target boring bars so-called target boring bars or stabilizers.
  • These are drill pipes with attached guide strips, which correspond to the bore diameter in the outer diameter and follow the advancing drilling tool to guide it concentrically.
  • Such devices are available in various designs, for. B. in rigid Ausry ⁇ tion, the guide strips are rigidly connected to the drill pipe and rotate in the borehole or those of the type mentioned, where the guide rails are arranged on a separate outer tube in which the actual drill pipe is rotatably mounted.
  • vertical bores with target bores with built-in automatic vertical control using the gravitational force and using the pressure of the flushing liquid or the rotation of the drill pipe to generate a control pressure.
  • the known rigid guide devices have the disadvantage that they only insufficiently counteract the deviation of the drilling tool from the drilling direction.
  • One reason for this can be seen in the fact that the diameter of the drilling tool must always be dimensioned somewhat larger than the diameter of the guide device in order to avoid the guide device becoming stuck in the borehole. This is particularly important because the diameter of the borehole can decrease if the drill bit wears out.
  • the knownskysvoriquese ⁇ are therefore drilling not always * firmly to the Bohrlochwa ⁇ d, so that the Bohr ⁇ tool has the ability to dodge.
  • the object of the invention is to provide a guide device of the type mentioned at the outset which enables precise guidance of the drilling tool and the drill string in the bore and in which the risk of jamming in the borehole is avoided.
  • this object is achieved in that the guide strips are arranged so as to be radially movable in slot-like recesses in the outer tube of the device and in that means which can be changed in position or shape are provided between the bottom of the recesses and the underside of the guide strips which the guide strips can be pressed against the bore wall.
  • the guide strips therefore remain in constant contact with the bore wall and in this way ensure sufficient stabilization of the drilling tool and thus also precise compliance with the predefined drilling direction.
  • the means for pressing the guide strips against the wall of the bore preferably consist of prestressed compression springs which are arranged between the underside of the guide strips and the bottom of the recess in the outer tube.
  • compression springs Tellerfeder ⁇ coil springs or leaf springs can be seen '.
  • the guide strips are held in the recesses by screws which engage in threaded bores in the outer tube and whose heads are recessed in stepped bores in the guide strips. With the aid of the screws, the largest possible outer diameter up to which the outer sides of the guide strips can extend can be limited, the compression springs in this position of the guide strips already having a certain pretensioning force.
  • the screws preferably penetrate into the stepped bores, against which the heads of the screws can be tightened. In this way, the screws can be secured against automatic loosening. Furthermore, the maximum outer diameter taken up by the guide strips can be precisely defined by the length of the spacer sleeves.
  • blind holes are preferably arranged on the underside of the guide strips, into which the compression springs engage.
  • the rotatable mounting between the inner tube and the outer tube can consist of two sliding bearings with radially and axially effective sliding surfaces.
  • Such a bearing is characterized by a low radial height and is insensitive to high temperatures.
  • the rotatable bearing between the inner tube and the outer tube can also consist of two tapered roller bearings which are supported on the axial shoulders of the outer tube and are held on the inner tube with locking nuts.
  • the tapered roller bearings allow high radial forces to be absorbed with a small radial installation space and sufficient resilience in the axial direction.
  • the bearing play can be set precisely and manufacturing tolerances can be compensated.
  • the ends of the outer tube are preferably sealed off from the inner tube by means of mechanical seals. A particularly suitable lubricant can therefore be used to lubricate the bearing, which is poured into the annular space between the outer tube and inner tube, which is separated from the mechanical seals.
  • the annular space filled with a lubricant is connected to a pressure compensation device which is exposed to the pressure in the deep bore.
  • the pressure equalization thus achieved between the annular space and its surroundings relieves the mechanical seals, thereby increasing their service life.
  • the pressure compensation device can consist of at least one flexible wall, for example a bellows or a membrane, which is arranged on the wall of the outer tube.
  • the compensating device can also consist of a piston that is axially displaceable and sealed in a longitudinal bore in the inner tube.
  • this is achieved in that the underside of a guide bar or the bottom of a recess is inclined to the longitudinal axis of the device and that a wedge with a correspondingly inclined surface is provided between the guide bar and the bottom of the recess, which is adjusted in the longitudinal direction by an adjusting device is movable.
  • the guide bar can be adjusted in the radial direction to such an extent that the device and the drilling tool connected to the device can be displaced from the center of the borehole in order to correct the drilling direction.
  • the device preferably has
  • the adjusting device preferably has a spindle-nut gear, to which an electrically driven adjusting motor is coupled. Furthermore, a hydraulic generator driven with the aid of the flushing current is provided to generate the drive energy for the servomotor. According to the invention, the generator is preferably driven by a purging turbine which is arranged in the purging channel running through the inner tube.
  • the inventive adjustment of the guide rails with the aid of wedges and electrically driven actuating devices has the advantage that the actuating forces that can be achieved are largely independent of the flushing pressure and that the executives that can be supported on the guide rails are one Many times the actuating forces that can be generated can be achieved, since the guide strips are supported directly on the outer tube via the wedges. Since the drive energy for moving the actuating devices is generated with the aid of the flushing flow, the device according to the invention can also be used to align the drill bit when the drill string is not rotating.
  • the actuating devices can be controlled from above ground with the aid of telemetric devices.
  • automatic control of the device can also be provided such that a measuring device for detecting the drilling direction and a control device connected to the measuring device are provided in a recess in the wall of the outer tube, which process the measurement results and the adjusting devices for Controls compliance with a predetermined Bohrrichtu ⁇ g.
  • the measuring device can have an inclinometer (inclinometer) and / or a direction meter (gyroscope, magnetometer).
  • the outer tube of the device has at one end a plurality of guide strips acted upon by compression springs and at the other end a plurality of, preferably three, guide strips adjustable by means of wedges.
  • a guide bar acted upon by compression springs is arranged on the opposite side.
  • the ver ⁇ adjustable by means of the wedge guide strip is in 'this embodiment, pressed by the reaction force of supported at the opposite guide strip compression springs.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a device according to the invention for guiding and stabilizing the drill string in the bore
  • FIG. 2 shows a section along the line 2-2 in FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a partial section along the line 3-3 in FIG. 1,
  • Figure 5 shows a semi-longitudinal section through another
  • FIG. 6 shows a section along the line 6-6 in FIG. 5
  • FIG. 7 shows an enlarged illustration of section “A” in FIG. 5
  • FIG. 8 shows a longitudinal section through a device for guiding and controlling a device
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of the movement of the guide strips in the event of a correction of the drilling direction in the device according to FIG. 9
  • the embodiment shown in Figure 1 has a Bohrstrangeleme ⁇ t 10, which is provided at its front end with a threaded sleeve 12 and a rearward shoulder 14.
  • the rear end of the drill string element 10 is provided with an external thread 16.
  • the threaded sleeve 12 is provided for receiving a threaded pin which is located at the rear end of a preceding drill string element.
  • the external thread 16 is screwed to the front end of a drill string element 18, which also forms part of the device according to the invention.
  • the rear end of the element 18 is formed as a threaded pin 20 which can be screwed into a threaded sleeve at the front end of a subsequent further drill string element.
  • the elements 10 and 18 form part of a drill string and serve to transmit torque, rotary movement and feed to a drilling tool which is located at the front end of the most distant drill string element located in a borehole.
  • Rinsing channels 23 and 25 are formed in the elements 10 and 18.
  • a tubular body 26 is rotatably arranged between the shoulder 14 and a shoulder 24 at the front end of the element 18.
  • Tapered roller bearings 28 provide a free rotation between the body 26 and the drill string ele ent 10.
  • the tapered roller bearings 28 are located in Laqer housing 30 at both ends of the body 26, and the Lager ⁇ housing 30 are sealed by means of seals 32.
  • the bearing housing 30 at the front end of the body 26 is provided with nipples 34 for filling lubricating and sealing oil or grease into the bearing housing 30.
  • the body 26 carries a row, in the present case six guide strips 35 of elongated shape, which extend in the longitudinal direction. As shown in FIGS. 3 and 4, each guide strip is provided with a row of spring housings 36 and a row of cavities 38. In the cavities 38 are the heads of screws 40, the threaded shank of which is screwed into threaded bores in the body 26 and which connect the guide strips 35 to the body 26. Plugs 43 close off the cavities 38 from the outside.
  • An element 42 is fastened to the body 26 within each spring housing 36, which element has a cup-shaped part in which a pin 46 projects, which is carried by an element 48 arranged on the guide bar.
  • Disc springs 44 are arranged within the cup-shaped part and are clamped between the bottom of the element 42 and the pin end of the element 48 and endeavor to press the guide bar 35 radially outward.
  • the screws 40 are adjusted so that the guide device is held in the collar of the borehole by friction.
  • the body 26 and its guide strips 35 are held in the borehole in a rotationally fixed manner, following the axial movement of the drilling tool and the drill string.
  • a plurality of guide devices of the type described above will be arranged at intervals in the drill string in order to stabilize the drill string and to keep the drilling tool on course.
  • the guide device adapts to this, since the plate springs allow the guide strips 35 to move radially inwards. Likewise, as the drilling progresses, the borehole may expand in diameter. This can also be compensated for by the described guide device by expanding the plate springs 44 and moving the guide strips outward.
  • the device described can be easily adapted to different drill bit diameters by using guide strips of different heights.
  • the guide device can therefore also be used in the production of bores drilled with different diameters.
  • FIG. 1 An important feature of the device shown in FIG. 1 is the formation of a channel 50 which extends from the bearing housing 30 to the rear end of the element 18, where a breathing plug 52 is located.
  • a floating piston 54 is arranged in the channel 50.
  • the channel 50 and the piston 54 form a device for compensating for the pressures loading the bearing housing 30.
  • the pressure within the bearing housing 30 can be the ambient pressure be adjusted.
  • the bearing housing and especially the seals are therefore not exposed to any significant differential pressures even when drilling at great depth.
  • the guide device 50 has a hollow drill string element 51, which is provided at both ends with a threaded pin 52, onto which a drill string pin connector 53 is screwed on the one hand, and a drill string sleeve connector 54 is screwed on the other hand.
  • the Bohrstra ⁇ gelement 51 Bohr ⁇ strand-pin connector 53 and the drill string Muffenver ⁇ binder 54 between two drill pipes of a Bohr ⁇ are strand used to form 'in this way a portion of a drill string with a torque and a feed rate * and rotational movement to a drill bit is transferable.
  • a tubular body 55 is rotatably arranged on the drill string element 51 between the shoulders of the drill string pin connector 53 and the drill string sleeve connector 54 facing each other.
  • a smooth-running rotary movement is brought about by tapered roller bearings 56, which are located in bearing housings 57 at both ends of the body 55 and rest in the axial direction on shoulders 58 of the body 55 which face away from one another.
  • the tapered roller bearings 56 are fixed in the axial direction on the drill string element 51 with the aid of locking nuts 59 and locking rings 60.
  • the locking nuts 59 are screwed onto an external thread of the element 51.
  • sealing elements 61 are provided which enable a rotational movement and engage in annular grooves in the shoulders of the pin connector 53 and the sleeve connector 54.
  • the housings 62 of the sealing elements 61 are sealed off from the body 55 with 0-rings 63.
  • the body 55 carries on its outside six guide strips 65 of elongated shape, which extend in the longitudinal direction and engage in recesses 64 in the wall of the body 55.
  • the guide strips 65 are provided with continuous stepped bores 66, into which shoulder sleeves 67 are inserted, through which screws 68 pass, which are screwed into threaded bores in the bottom of the recesses 64.
  • the length of the shoulder sleeves 67 is dimensioned such that the guide rails 65 can move radially in the recesses 64 by a predetermined amount.
  • the guide strips 65 are prevented from coming out of the recesses 64 by the " shoulders of the shoulder sleeves 67 engaging in the larger section of the stepped bores 66.
  • the guide strips 65 furthermore have spring chambers 69 which, through the bottom of the recess 64, have sack pockets opposite.
  • Preloaded helical compression springs 70 are arranged in the spring chambers and the stepped bores 66 are closed to the outside by plugs 75.
  • FIG. 6 shows the arrangement of a pressure compensation device 71 in the wall of the body 55, which consists of a bellows 72 and a holder 73, which are inserted into a bore in the body 55.
  • the compensation device is through a connecting bore 74 71 connected via the annular space between the Bohrstrangele ⁇ element 51 and the body 55 with the interior of the Lagerge ⁇ housing 57 and thus ensures a balance between the lubricant pressure and the ambient pressure.
  • FIGS. 5-7 is used in the same advantageous manner as the embodiment according to FIGS. 1-4.
  • the required radial mobility of the Guide strips 65 can be varied by the choice of the length of the shoulder sleeves 67.
  • guide strips of different heights can also be used in this device.
  • a drill bit is designated 110.
  • the drill bit 110 has on its rear side a threaded pin 112 which is screwed into a threaded socket 114 at the front end of a round, cylindrical boring bar 116 which has an axial flushing channel 117.
  • the rear end of the boring bar 11.6 is provided with an external thread 18 and is screwed into a corresponding internal thread 20 in a body 22 which has at its rear end a threaded pin 24 for connecting a threaded sleeve to the front end of a subsequent, not shown Has drill string.
  • body 128 Arranged between a shoulder 126 of the drill rod 116 and the front end of the body 122 is another body 128 of round tubular shape which is rotatably located on the central portion of the drill rod 116. Sealing arrangements 130 are provided between the boring bar 116 and the body 128 in order to avoid a liquid passage between the two.
  • the body 128 is supported with tapered roller bearings 132 on the boring bar 116, which absorb radial and axial loads as are required to control the drill bit.
  • tapered roller bearings 132 instead of the tapered roller bearings 132, other suitable bearing arrangements, for example also slide bearings, can also be provided.
  • Body 122 and drill rod 116 transmit the rotational motion and torque required to drive drill bit 110.
  • the body 128 has three equidistant pockets 134, in which guide strips 136 are arranged. In Figure 8, only a pocket and a guide bar can be seen.
  • the guide strips 136 are movably held on the body 128 with the aid of screws 138 in a manner similar to that of the previously described exemplary embodiments and are pressed radially outward by prestressed springs 140. As the drill string, including body 122 and drill rod 116, rotates, body 128 stops, with guide bars 116 in contact with the wall of drilled hole 144.
  • the body 128 has a further three equidistant pockets 146, only one of which can be seen in FIG.
  • Each of the 5 pockets 146 contains a control bar 148 with an underside 150 inclined to the longitudinal axis.
  • a wedge 152 is arranged in the pocket, the inclined surface 154 of which forms the bearing for the underside 150 of the control bar 148.
  • the rear end of the wedge 152 0 is connected to a threaded rod 156 which is passed through an internally threaded collar 158 which is embedded in the wall of the body 128.
  • the threaded rod 156 is also connected to the output shaft of a reversible motor-gear unit 160, which is arranged in a recess 162 in the body 128.
  • the motor is an electric motor which receives its drive energy from a turbine generator unit 164, the rotor of which lies in the flushing duct 117.
  • the transmission of the electrical energy from the turbine generator unit 164 0 takes place with the aid of rigid conductors and a sliding ring arrangement 165 from the rotating boring bar 116 to the non-rotating body 128. If the motor-transmission arrangement 160 is driven, the Wedge 152 moves in the axial direction, as a result of which the radial position of control bar 148 5 relative to body 128 changes. It goes without saying for each of the three control strips, an arrangement of motor, gearbox, wedge and threaded rod is provided in the manner described above.
  • the wall of the body 128 contains a further recess 166 in which a gyroscope 168 is received.
  • the signals from the gyroscope 168 are passed to a control unit 170, which is also located in the recess 166.
  • the gyroscope also receives its drive energy from the turbine generator unit 164 and is designed to detect deviations of the drill bit 110 from the desired course.
  • the Sig 'dimensional gyroscope 168 are processed in the control unit 170, which emits a suitable drive signal to one or more of the motor-gear ei ⁇ heite ⁇ 160th
  • each 'of the control motors receives a suitable ' drive signal.
  • FIG. 9 shows a situation in which the bore 144 has deviated from the vertical in the direction of the arrow 172, for example.
  • the control unit processes the signals of the gyroscope and sends actuating signals to the actuators assigned to the control strips 148 A and 148 B so that they perform a rotation in the reverse direction.
  • the wedges are withdrawn by a certain amount, as determined by the control unit, in order to allow the control strips 148 A and 148 B to move radially inwards.
  • control unit sends an actuating signal to the servomotor assigned to the control bar 148 C to perform an actuating movement in the forward direction, as a result of which the wedge is pushed deeper into the corresponding pocket 146 and the control bar 148 C is pressed radially outward becomes.
  • drilling a vertical hole was desired.
  • this is also possible with the device according to the invention, wherein other devices measuring and monitoring the drilling direction can be used instead of the gyroscope in order to detect a deviation of the drilling from the predefined drilling direction.
  • FIG. 8 Another feature of the embodiment shown in FIG. 8 consists in the arrangement of a thin channel 74 which is guided from the housing in which the bearings 132 and the sealing arrangements 130 are located to the rear end of the threaded pin 124, where it is connected the area surrounding the threaded pin.
  • a floating piston 178 is located in this channel. Movement of the floating piston 178 compensates for pressure differences between the ambient pressure and the pressure in the bearing chamber 129.

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Description

Vorrichtung zur Führung eines Bohr¬ werkzeugs und/oder eines Bohrgestänges
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Führung eines Bohrwerkzeugs und/oder eines Bohrgestänges zur Herstellung von Bohrungen, bestehend aus einem an das Bohrwerkzeug bzw. das Bohrgestänge anschließbaren Innenrohr und einem auf diesem drehbar gelagerten, mit Führungsleisten ver¬ sehenen Außenrohr. Vorrichtungen dieser Art haben die Auf¬ gabe, das Bohrwerkzeug oder auch den Bohrstrang im Bohr¬ loch- zu stabilisieren und einer Abweichung des Bohrkopfs von der vorgegebenen Bohrrichtung entgegenzuwirken. Die unerwünschten Abweichungen treten beim Tiefbohren insbe¬ sondere in Übergangszonen zwischen härteren und weicheren Schichten auf, insbesondere, wenn die Bohrung spitzwinklig auf diese Schichten auftrifft.
Bisher ist es bekannt, eine Stabilisierung des Bohrwerkzeugs durch den Einbau von Führungsvorrichtuπgen , sog. Zielbohr- stangeπ oder Stabilisatoren, zu erreichen. Hierbei handelt es sich um Gestängerohre mit aufgesetzten Führungsleisten, die im äußeren Durchmesser dem Bohrungsdurchmesser entspre- chen und dem vordringenden Bohrwerkzeug folgend, dieses konzentrisch führen sollen. Derartige Vorrichtungen gibt es in verschiedenen Ausbildungen, z. B. in starrer Ausfüh¬ rung, wobei die Führungsleisten starr mit dem Gestängerohr verbunden sind und sich im Bohrloch mitdrehen oder solche der eingangs genannten Art, wo die Führungsleisten auf einem gesonderten Außenrohr angeordnet sind, in welchem das eigentliche Gestängerohr drehbar gelagert ist. Für Vertikalbohrungen gibt es auch bereits Zielbohrstangen mit eingebauter automatischer Vertikalsteuerung unter Aus¬ nutzung der Erdanziehuπgskraft und Verwendung des Druckes der Spülflüssigkeit bzw. der Rotation des Bohrgestänges zur Erzeugung eines Steuerdruckes.
Die bekannten starren Führungsvorrichtungen haben den Nach¬ teil, daß sie der Abweichung des Bohrwerkzeugs von der Bohrrichtung nur unzureichend entgegenwirken. Eine Ursache hierfür ist darin zu sehen, daß der Durchmesser des Bohr¬ werkzeugs immer etwas größer bemessen sein muß als der Durchmesser der Führungsvorrichtung , um ein Festgehen der Führuπgsvorrichtung im Bohrloch zu vermeiden. Dies ist vor allem deshalb wichtig, da sich der Durchmesser des Bohrlochs bei Verschleiß des Bohrers verringern kann. Die bekannten Führungsvorrichtungeπ liegen daher beim Bohren nicht immer* fest an der Bohrlochwaπd an, so daß das Bohr¬ werkzeug die Möglichkeit hat auszuweichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Führungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine genaue Führung des Bohrwerkzeugs und des Bohrstrangs in der Bohrung ermög¬ licht und bei der die Gefahr eines Festklem ens im Bohrloch vermieden ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Führungsleisten radial bewegbar in schlitzartigen Aus- πehmungen im Außeπrohr der Vorrichtung angeordnet sind und daß zwischen dem Boden der Ausnehmungen und der Unter- seite der Führungsleisten in ihrer Lage oder Form veränder¬ bare Mittel vorgesehen sind, mit denen die Führungsleisten an die Bohrungswand andrückbar sind. Hierdurch wird eine Führungsvorrichtung geschaffen, deren Führungsleisten fest an die Bohrungswand angedrückt werden können, da sie in ihrer Lage den auftretenden Durchmesserschwankungen angepaßt werden können. Die Führungsleisten bleiben daher ständig in Kontakt mit der Bohrungswand und sorgen auf diese Weise für eine genügende Stabilisierung des Bohr¬ werkzeugs und damit auch für eine genaue Einhaltung der vorgegebenen Bohrrichtung.
Vorzugsweise bestehen die Mittel zum Andrücken der Füh¬ rungsleisten an die Wand der Bohrung aus vorgespannten Druckfedern, die zwischen der Unterseite der Führungslei- sten und dem Boden der Ausnehmung im Außenrohr angeordnet sind. Als Druckfedern können Tellerfederπ , Schraubenfedern oder auch Blattfedern vor'gesehen sein. Weiterhin kann er¬ findungsgemäß vorgesehen sein, daß die Führungsleisten in den Ausnehmungen durch Schrauben gehalten sind, die in Gewindebohrungen im Außenrohr eingreifen und deren Köpfe in Stufenbohrungen der Führungsleisten versenkt angeord- , πet sind. Mit Hilfe der Schrauben läßt sich der größtmög¬ liche Außendurchmesser, bis zu dem sich die Außenseiten der Führungsleisten erstrecken können, begrenzen, wobei die Druckfedern in dieser Lage der Führungsleisten bereits eine bestimmte Vorspaπnkraft haben können.
Vorzugsweise durchgreifen die Schrauben.in die Stufen¬ bohrungen eingesetzte Abstandshülsen, gegen die die Köpfe der Schrauben aπziehbar sind. Auf diese Weise lassen sich die Schrauben gegen selbstätiges Lösen sichern. Weiterhin kann durch die Länge der Abstands¬ hülsen der von den Führungsleisten eingenommene, maximale Außendurchmesser genau definiert werden.
Für die Anordnung der Druckfedern sind vorzugsweise auf der Unterseite der Führungsleisten Sackbohrungen ange¬ ordnet, in die die Druckfederπ eingreifen. Hierdurch er¬ gibt sich ein genügend großer Einbauraum, um eine verhält- nismäßig flache Federkenπlinie zu ermöglichen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die drehbare Lagerung zwischen dem Innεπrohr und cem Außen¬ rohr aus zwei Gleitlagern mit radial und axial wirksamen Gleitflächen bestehen. Eine solche Lagerung zeichnet sich durch eine geringe radiale Bauhöhe aus und ist unempfind¬ lich gegen hohe Temperaturen.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann die dreh¬ bare Lagerung zwischen dem Iπnenrohr und dem Außenrohr auch aus zwei Kegelrollenlagern bestehen, die an axialen Schultern des Außenrohrs abgestützt und mit Sicherungsmut¬ tern auf dem Innenrohr gehalten sind. Die Kegelrollenlager ermöglichen bei geringem radialen Bauraum und ausreichender Belastbarkeit in axialer Richtung die Aufnahme hoher radialer Kräfte. Mit Hilfe der Sicherungsmuttern läßt sich das Lager¬ spiel genau einstellen und Fertiguπgstoleranzen können aus¬ geglichen werden. Die Enden des Außenrohrs sind vorzugsweise mittels Gleitringdichtungen gegenüber dem Innenrohr abge¬ dichtet. Zur Schmierung der Lagerung kann daher ein beson- ders geeignetes Schmiermittel verwendet werden, welches in den von den Gleitriπgdichtungen abgetrennten Ringraum zwischen Außenrohr und Inπenrohr eingefüllt wird. Hierbei kann weiterhin vorgesehen sein, daß der mit einem Schmier¬ mittel gefüllten Ringraum an eine Druckausgleichsvorrichtung angeschlossen ist, die dem Druck in der Tiefbohrung ausge¬ setzt ist. Der hierdurch zwischen dem Ringraum und seiner Umgebung erzielte Druckausgleich führt zu einer Entlastung der Gleitringdichtungen, wo- durch deren Lebensdauer erhöht wird. Die Druckausgleichsvorrichtung kann erfindungsgemäß aus wenigstens einer flexiblen Wand, beispielsweise einem Balg oder einer Membran, bestehen, die an der Wand des Außenrohrs angeordnet ist. Nach einem anderen Vorschlag der Erfindung kann die Ausgleichsvorrichtung auch aus einem in einer Längsbohrung im Innenrohr begrenzt axial verschieb- baren und abgedichteten Kolben bestehen. Mit einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Möglichkeit geschaffen, eine Abwei¬ chung des Bohrwerkzeugs von der vorgegebenen Bohrrichtung zu korrigieren. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Unterseite einer Führungsleiste oder der Boden einer Ausnehmung zur Längsachse der Vorrichtung geneigt ist und daß zwischen der Führungsleiste und dem Boden der Ausπehmung ein Keil mit einer entsprechend geneigten Fläche vorgesehen ist, der durch eine Stellvorrichtung in Längs- richtung bewegbar ist. Durch Verstellen des Keils läßt sich die Führungsleiste in radialer Richtung so weit ver¬ stellen, daß eine Verlagerung der Vorrichtung und des mit der Vorrichtung verbundenen Bohrwerkzeugs aus der Mitte des Bohrlochs möglich ist, um dadurch die Bohrrichtuπg zu korrigieren. Vorzugsweise weist die Vorrichtung zur
Änderung der Bohrrichtung in einer Ebene auf ihrem Umfang gleichmäßig verteilt mehrere, mit Hilfe eines Keils ver¬ stellbare Führungsleisten auf, die koordiniert verstellbar sind, um auf diese Weise die Vorrichtung in jeder Richtung verstellen zu können.
Vorzugsweise weist die Stellvorrichtung ein Spindel-Mutter- Getriebe auf, an das ein elektrisch angetriebener Stell¬ motor gekuppelt ist. Weiterhin ist zur Erzeugung der An- triebsenergie für den Stellmotor ein hydraulisch, mit Hilfe des Spülstroms angetriebener Generator vorgesehen. Der Antrieb des Generators erfolgt erfindungsgemäß vor¬ zugsweise durch eine Spülungsturbine, die in dem durch das Innenrohr verlaufenden Spülkanal angeordnet ist.
Die erfiπdungsgemäße Verstellung der Führungsleisten mit Hilfe von Keilen und elektrisch angetriebenen Stellvor¬ richtungen hat den Vorteil, daß die erzielbaren Stellkräfte vom Spüldruck weitgehend unabhängig ist und daß die an den Führungsleisten abstützbaren Führungskräfte ein Vielfaches der erzeugbaren Stellkräfte betragen können, da die Führungsleisten über die Keile unmittelbar -πecr.a- nisch an dem Außenrohr abgestützt sind. Da die Antriebs- eπergie zum Bewegen der Stellvorrichtungen mit Hilfe des Spülstroms erzeugt wird, kann die erfindungsgemäße Vor¬ richtung auch bei nicht rotierendem Bohrgestänge zur Aus¬ richtung des Bohrmeißels eingesetzt werden.
Die Stellvorrichtungen können erfindungsgemäß mit Hilfe telemetrischer Einrichtungen von übertage angesteuert werden. Es kann jedoch auch eine selbstätige Steuerung der Vorrichtung vorgesehen sein derart, daß in einer Ausnehmung in der Wand des Außenrohrs eine Meßvorrichtung zur Erfassung der Bohrrichtung und eine an die Meßvor- richtung angeschlossene Steuervorrichtung vorgesehen ist, die_ die Meßergebnisse verarbeitet und die Stellvorrich¬ tungen zur Einhaltung einer vorgegebenen Bohrrichtuπg steuert. Die Meßvαrrichtung kann dabei einen Neigungsmes¬ ser (Inclinometer) und/oder einen Richtungsmesser (Gyroskop, Magnetometer) aufweisen.
Erfindungsgemäß kann weiterhin vorgesehen sein, daß das Außenrohr der Vorrichtung an einem Ende mehrere, von Druck¬ federn beaufschlagte Führungsleisten und am anderen Ende mehrere, vorzugsweise drei mit Hilfe von Keilen verstell¬ bare Führungsleisten aufweist. Hierdurch wird das eine, dem Bohrstrang zugewandte Ende der Vorrichtung zentrisch im Bohrloch geführt, während das andere an das Bohrwerk¬ zeug anschließbare Ende in beliebiger Richtung gegenüber der Bohrlochmitte verlagert werden kann, um die Bohrrich¬ tung zu korrigieren.
In einer vereinfachten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, daß auf der entgegenge- setzten Seite einer durch einen Keil verstellbaren Führungsleiste eine von Druckfedern beaufschlagte Füh¬ rungsleiste angeordnet ist. Die mit Hilfe des Keils ver¬ stellbare Führungsleiste wird bei' dieser Ausgestaltung durch die Reaktionskraft der an der entgegengesetzten Füh- rungsleiste abgestützten Druckfedern angedrückt. Dies hat den Vorteil, daß bei einem Defekt der Stellvorrichtungen die Führungsvorrichtung leichter gezogen werden kann, indem die Druckfedern eine Verringerung des Außendurchmessers der Führungsleisten zulassen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben, die in der Zeich¬ nung dargestellt sind. Es zeigen
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Führung und Stabilisierung des Bohrstrangs in der Bohrung,
Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Figur 1,
Figur 3 einen Teilschnitt entlang der Linie 3-3 in Figur 1,
Figur 4 einen Teilschnitt entlang der Linie 4-4 in
Figur 1,
Figur 5 einen Halblängsschnitt durch eine andere
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vor- richtung zur Stabilisierung eines Bohrstrangs,
Figur 6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 in Figur 5, Figur 7 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts "A" in Figur 5,
Figur 8 einen Längsschnitt durch eine erfiπdungsge äße Vorrichtung zur Führung und Steuerung eines
Bohrwerkzeugs und
Figur 9 eine schematische Darstellung der Bewegung der Führungsleisten im Falle einer Korrektur der Bohrrichtung bei der Vorrichtung gemäß
Figur 8.
Die in Figur 1 dargestellte Ausführungsform weist ein Bohr- strangelemeπt 10 auf, das an seinem vorderen Ende mit einer Gewindemuffe 12 und einer rückwärts gerichteten Schulter 14 versehen ist. Das hintere Ende des Bohrstrangelements 10 ist mit einem Außengewinde 16 versehen. Die Gewiπdemuffe 12 ist zur Aufnahme eines Gewindezapfens vorgesehen, der sich am hinteren Ende eines vorangehenden Bohrstrangelements befindet. Das Außengewinde 16 ist mit dem vorderen Ende eines Bohrstrangelements 18 verschraubt, welches ebenfalls ein Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt. Das hintere Ende des Elements 18 ist als Gewindezapfen 20 aus¬ gebildet, der in eine Gewindemuffe am vorderen Ende eines nachfolgenden weiteren Bohrstrangelements einschraubbar ist.
Gemeinsam bilden die Elemente 10 und 18 Teil eines Bohr- Strangs und dienen zur Übertragung von Drehmoment, Dreh¬ bewegung und Vorschub auf ein Bohrwerkzeug, welches sich am vorderen Ende des entferntesten in einem Bohrloch be¬ findlichen Bohrstrangelements befindet. In den Elementen 10 und 18 sind Spülkanäle 23 und 25 ausgebildet.
Zwischen der Schulter 14 und einer Schulter 24 am vorde¬ ren Ende des Elements 18 ist ein rohrförmiger Körper 26 drehbar angeordnet. Kegelrolleπlager 28 sorgen für eine freie Drehbarkeit zwischen dem Körper 26 und dem Bohrstrang ele ent 10. Die Kegelrollenlager 28 befinden sich in Laqer- gehäusen 30 an beiden Enden des Körpers 26, und die Lager¬ gehäuse 30 sind mit Hilfe von Dichtungen 32 abgedichtet. Das Lagergehäuse 30 am vorderen Ende des Körpers 26 ist mit Nippeln 34 zur Einfüllung von schmierendem und dich¬ tendem Öl oder Fett in die Lagergehäuse 30 vorgesehen.
Der Körper 26 trägt eine Reihe, im vorliegenden Falle sechs Führungsleisten 35 von länglicher Form , die sich in Längsrichtung erstrecken. Wie in den Figuren 3 und 4 gezeigt, ist jede Führungsleiste mit einer Reihe von Federgehäuseπ 36 und einer Reihe von Hohlräumen 38 ver¬ sehen. In den Hohlräumen 38 befinden sich die Köpfe von Schrauben 40, deren Gewindeschaft in Gewindebohrungen im Körper 26 eingeschraubt ist und die die Führungsleisten 35 mit dem Körper 26 verbinden. Stopfen 43 schließen die Hohl¬ räume 38 nach außen ab.
Am Körper 26 ist innerhalb eines jeden Federgehäuses 36 ein Element 42 befestigt, welches einen topfförmigen Teil aufweist, in dem ein Stift 46 ragt, der von einem an der Führungsleiste angeordneten Element 48 getragen ist.
Innerhalb des topfförmigen Teils sind Tellerfederπ 44 an¬ geordnet, die zwischen dem Boden des Elements 42 und dem Stiftende des Elements 48 eingespannt sind und bestrebt sind, die Führungsleiste 35 radial nach außen zu drücken.
Beim Beginn des Bohrvorgangs werden die Schrauben 40 so eingestellt, daß die Führungsvorrichtung reibschlüssig im Kragen des Bohrlochs gehalten ist. Beginnt daraufhin das Bohren, so werden der Körper 26 und seine Führungs¬ leisten 35 drehfest im Bohrloch gehalten, wobei sie der Axialbewegung des Bohrwerkzeugs und des Bohrstrangs folgen In der Praxis wird man eine Mehrzahl von Führungsvorrich- tuπgen der zuvor beschriebenen Art in Abständen in dem Bohrstrang anordnen, um den Bohrstrang zu stabilisieren und das Bohrwerkzeug auf Kurs zu halten.
Tritt beim Fortschreiten des Bohrens an dem Bohrwerkzeug Verschleiß auf, so kann dies zu einer Verringerung des Durchmessers der gebohrten Bohrung führen. Die Führuπgs- vorrichtung paßt sich dem an, da die Tellerfedern den Führungsleisten 35 eine Bewegung radial nach innen ermög¬ lichen. Ebenso kann es beim fortschreitenden Bohren zu Durchmessererweiterungen des Bohrlochs kommen. Auch dies kann von der beschriebenen Führungsvorrichtung durch Aus¬ dehnung der Tellerfedern 44 und einer Auswärtsbewegung der Führungsleisten ausgeglichen werden.
Da sich die Führungsleisten 35 der erfindungsgemäßen Vor¬ richtung nach dem Lösen der Stopfen 43 und der Schrauben 40 leicht auswechseln lassen, läßt sich die beschriebene Vor- richtung durch Verwendung von Führungsleisten unterschied¬ licher Höhe auf einfache Weise an unterschiedliche Bohr¬ meißeldurchmesser anpassen. Die Führungsvorrichtung kann daher auch bei der Herstellung von mit verschiedenen Durch¬ messern gebohrten Bohrungen verwendet werden.
Ein wichtiges Merkmal der in Figur 1 dargestellten Vorrich¬ tung besteht in der Ausbildung eines Kanals 50, der sich vom Lagergehäuse 30 zum hinteren Ende des Elements 18 er¬ streckt, wo sich ein Atmungsstopfen 52 befindet. In dem Kanal 50 ist ein schwimmender Kolben 54 angeordnet. Der Kanal 50 und der Kolben 54 bilden eine Vorrichtung zum Ausgleich der die Lagergehäuse 30 belastenden Drücke. So kann durch eine Verschiebung des Kolbens 54 der Druck innerhalb der Lagergehäuse 30 dem Umgebuπgsdruck angeglichen werden. Das Lagergehäuse und vor allem die Dichtungen sind daher auch beim Bohren in großer Tiefe keinen nennenswerten Differenzdrücken ausgesetzt.
Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Führungsvorrichtung 50 ein hohles Bohrstrangelement 51 auf, das an seinen beiden Enden mit Gewindezapfeπ 52 ver¬ sehen ist, auf die einerseits ein Bohrstrang-Zapfenverbin¬ der 53 und andererseits ein Bohrstrang-Muffenverbinder 54 aufgeschraubt ist. Das Bohrstraπgelement 51, der Bohr¬ strang-Zapfenverbinder 53 und der Bohrstrang-Muffenver¬ binder 54 sind zwischen zwei Gestängerohre eines Bohr¬ strangs einsetzbar und bilden'auf diese Weise einen Teil eines Bohrstrangs, mit dem ein Drehmoment und eine Vorschub* und Drehbewegung auf einen Bohrmeißel übertragbar ist.
Zwischen den einander zugekehrten Schultern des Bohrstraπg- Zapfenverbinders 53 und des Bohrstrang-Muffenverbinders 54 ist ein rohrförmiger Körper 55 auf dem Bohrstraπgelement 51 drehbar angeordnet. Eine leichtgängige Drehbewegung wird durch Kegelrollenlager 56 bewirkt, die sich in Lagerge¬ häusen 57 an beiden Enden des Körpers 55 befinden und in axialer Richtung an voneinander abgekehrten Schultern 58 des Körpers 55 anliegen. An dem Bohrstrangelement 51 sind die Kegelrollenlager 56 in axialer Richtung mit Hilfe von Sicherungsmuttern 59 und Sicherungsringen 60 fixiert. Die Sicherungsmuttern 59 sind auf ein Außengewinde des Ele¬ ments 51 aufgeschraubt. An beiden Enden des Körpers 55 sind eine Drehbewegung ermöglichende Dichtungselemente 61 vorgesehen, die in Ringnuten in den Schultern des Zapfen- verbiπders 53 und des Muffenverbinders 54 eingreifen. Die Gehäuse 62 der Dichtungselemente 61 sind gegenüber dem Körper 55 mit 0-Ringen 63 abgedichtet. Der Körper 55 trägt auf seiner Außenseite sechs Führungs¬ leisten 65 von langgestreckter Form, die sich in Längs¬ richtung erstrecken und in Ausnehmungen 64 in der Wand des Körpers 55 eingreifen. Die Führungsleisten 65 sind mit durchgehenden Stufenbohrungen 66 versehen, in die Schulterhülsen 67 eingesetzt sind, die von Schrauben 68 durchgriffen werden, die in Gewindebohrungen im Boden der Ausnehmungen 64 eingeschraubt sind. Die Länge der Schul¬ terhülsen 67 ist so bemessen, daß sich die Führuπgslei- sten 65 in den Ausnehmungeπ 64 um ein vorgegebenes Maß radial bewegen können. Am Heraustreten aus den Ausneh- mungen 64 sind die Führungsleisten 65 durch die in den größeren Abschnitt der Stufenbohrungen 66 eingreifenden" Schultern der Schulterhülsen 67 gehindert. Die Führungs- leisten 65 weisen weiterhin Federkammern 69 auf, die durch dem Boden der Ausnehmung 64 gegenüberliegende Sack- bohruήgen gebildet sind. In den Federkammern sind vorge¬ spannte Schraubendruckfedern 70 angeordnet. Die Stufen¬ bohrungen 66 sind nach außen durch Stopfen 75 verschlos- sen .
Die Schnittansicht in Figur 6 zeigt die Anordnung einer Druckkompensationsvorrichtung 71 in der Wand des Kör¬ pers 55, die aus einem Faltenbalg 72 und einem Halter 73 besteht, die in eine Bohrung im Körper 55 eingesetzt sind, Durch eine Aπschlußbohrung 74 ist die Kompensationsvor¬ richtung 71 über den Ringraum zwischen dem Bohrstrangele¬ ment 51 und dem Körper 55 mit dem inneren der Lagerge¬ häuse 57 verbunden und sorgt damit für einen Ausgleich zwischen dem Schmiermitteldruck und dem Umgebungsdruck.
Beim Bohren wird die in den Figuren 5 - 7 gezeigte Aus¬ führungsform in der gleichen vorteilhaften Weise einge¬ setzt wie die Ausführungsform gemäß den Figuren 1 - 4. Dabei kann die erforderliche radiale Bewegbarkeit der Führungsleisten 65 durch die Wahl der Länge der Schulter¬ hülsen 67 variiert werden. Außerdem können auch bei die¬ ser Vorrichtung Führungsleisten unterschiedlicher Höhe eingesetzt werden.
Bei dem in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Bohrmeißel mit 110 bezeichnet. Der Bohrmeißel 110 hat an seiner Rückseite einen Gewindezapfen 112, der in eine Gewiπde uffe 114 am vorderen Ende einer runden, zylindri- sehen Bohrstange 116 eingeschraubt ist, die einen axialen Spülkanal 117 hat. Das hintere Ende der Bohrstange 11.6 ist mit einem Außengewinde 18 versehen und ist in ein ent¬ sprechendes Innengewinde 20 in einem Körper 22 eingeschraubt, der an seinem hinteren Ende einen Gewindezapfen 24 für den Anschluß einer Gewiπdemuffe am vorderen Ende eines nachfol¬ genden, nicht dargestellten Bohrstrangs hat.
Zwischen einer Schulter 126 der Bohrstange 116 und dem vorderen Ende des Körpers 122 ist ein weiterer Körper 128 von runder rohrförmiger Form angeordnet, der sich drehbar auf dem mittleren Abschnitt der Bohrstange 116 befindet. Zwischen der Bohrstange 116 und dem Körper 128 sind Dich- tuπgsanordnungen 130 vorgesehen, um einen Flüssigkeits¬ durchtritt zwischen beiden zu vermeiden. Der Körper 128 ist mit Kegelrollenlagerπ 132 auf der Bohrstange 116 ge¬ lagert, die radiale und axiale Belastungen aufnehmen, wie sie zur Steuerung des Bohrmeißels erforderlich sind. Anstelle der Kegelrollenlager 132 können auch andere geeig¬ nete Lageranordnungen, beispielsweise auch Gleitlager, vorgesehen sein. Der Körper 122 und die Bohrstange 116 übertragen die Drehbewegung und das Drehmoment, die zum Antrieb des Bohrmeißels 110 erforderlich sind. Der Körper 128 hat drei equidistante Taschen 134, in wel¬ chen Führungsleisten 136 angeordnet sind. In Figur 8 ist lediglich eine Tasche und eine Führungsleiste zu sehen. Die Führungsleisten 136 sind in ähnlicher Weise wie bei 5.den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen beweglich an dem Körper 128 mit Hilfe von Schrauben 138 gehalten und werden durch vorgespannte Federn 140 radial nach außen gedrückt. Bei der Drehung des Bohrstrangs einschließlich des Körpers 122 und der Bohrstange 116 bleibt der Körper 128 0 stehen, wobei die Führungsleisten 116 mit der Wand des gebohrten Loches 144 in Kontakt sind.
Der Körper 128 hat weitere drei equidistante Taschen 146, .von denen nur eine in Figur 8 zu sehen ist. Jede der 5 Taschen 146 enthält eine Steuerleiste 148 mit einer zur Längsachse geneigten Unterseite 150. Unter der Steuer¬ leiste 148 ist in der Tasche ein Keil 152 angeordnet, des¬ sen geneigte Oberfläche 154 das Lager für die Unterseite 150 der Steuerleiste 148 bildet. Das hintere Ende des Keils 152 0 ist mit einer Gewindestange 156 verbunden, die durch einen mit Innengewinde versehenen Kragen 158 hindurchgeführt ist, der in die Wand des Körpers 128 eingebettet ist. Die Gewin¬ destange 156 ist ferner mit der Ausgangswelle einer umsteu¬ erbaren Motor-Getriebeeinheit 160 verbunden, die in einer 5 Ausnehmung 162 im Körper 128 angeordnet ist. Bei dem Motor handelt es sich um einen Elektromotor, der seine Antriebs¬ energie von einem Turbinen-Generator-Aggregat 164 erhält, dessen Rotor im Spülkanal 117 liegt. Die Übertragung der elektrischen Energie von der Turbinen-Generator-Einheit 164 0 erfolgt mit Hilfe starrer Leiter und einer Gleitringan¬ ordnung 165 von der drehenden Bohrstange 116 zu dem nicht drehenden Körper 128. Wird die Motor-Getriebe-Anordnung 160 angetrieben, so wird der Keil 152 in axialer Richtung be¬ wegt, wodurch sich die radiale Position der Steuerleiste 148 5 gegenüber dem Körper 128 ändert. Selbstverständlich ist für jede der drei Steuerleisten eine Anordnung aus Motor, Getrieoe, Keil und Gewindestange in der zuvor beschriebenen Weise vorgesehen.
Die Wand des Körpers 128 enthält eine weitere Ausnehmung 166 in der ein Gyroskop 168 aufgenommen ist. Die Signale des Gyroskops 168 werden zu einer Steuereinheit 170 geleitet, die sich ebenfalls in der Ausnehmung 166 befindet. Das Gyroskop erhält seine Antriebsenergie ebenfalls von der Turbinen-Generator-Einheit 164 und ist dafür ausgelegt, Abweichungen des Bohrmeißels 110 von dem gewünschten Kurs zu erfassen. Die Sig'nale des Gyroskops 168 werden in der Steuereinheit 170 verarbeitet, die ein passendes Antriebssignal an einen oder mehreren der Motor-Getriebe- eiπheiteπ 160 aussendet.
Im Betrieb erhält jeder 'der Steuermotoren ein geeignetes ' Antriebssignal. Figur 9 zeigt eine Situation, in der die Bohrung 144 beispielsweise von der Vertikalen in Richtung des Pfeils 172 abgewichen ist. Die Steuereinheit verarbeitet die Signale des Gyroskops und sendet Stellsignale an die den Steuerleisten 148 A und 148 B zugeordneten Stellmotore, damit diese eine Drehung in Rückwärtsrichtung ausführen. Hierdurch werden die Keile um ein bestimmtes Maß, wie von der Steuereinheit bestimmt, zurückgezogen, um den Steuer¬ leisten 148 A und 148 B eine radial nach innen gerichtete Bewegung zu ermöglichen. Zur gleichen Zeit sendet die Steu¬ ereinheit ein Stellsignal an den der Steuerleiste 148 C zugeordneten Stellmotor, eine Stellbewegung in Vorwärts- richtung auszuführen, wodurch der Keil tiefer in die ent¬ sprechende Tasche 146 hineingeschoben und die Steuerlei¬ ste 148 C radial nach außen gedrückt wird. Hierdurch wird der Bohrmeißel 110 gezwungen, in die in diesem Beispiel senkrechte Bohrrichtung zurückzukehren. Je nach der gemessenen Abweichung von der vorgesehenen Bohrrichtung ergeben sich unterschiedliche Srellbefehle für die Keile der einzelnen Steuerleisten. So kann es bei¬ spielsweise in anderen Fällen notwendig sein, zwei der Steuerleisten 148 radial nach außen zu bewegen, um den Bohrmeißel wieder auf den richtigen Kurs zu bringen.
Bei dem gerade beschriebenen Beispiel war das Bohren einer vertikalen Bohrung gewünscht. Ebenso kann aber das Bedürf- nis bestehen, in einer horizontalen oder in einem beliebigen Winkel von der Vertikalen abgelenkten Richtung zu bohren. Auch dies ist mit der erf πdungsgemäßen Vorrichtung selbst¬ verständlich möglich, wobei anstelle des Gyroskops andere, die Bohrrichtung messende und überwachende Vorrichtungen eingesetzt werden können, um eine Abweichung der Bohrung von der vorgegebenen Bohrrichtung zu erfassen.
Ein weiteres Merkmal der in Figur 8 dargestellten Ausfüh¬ rungsform besteht in der Anordnung eines dünnen Kanals 74, der von dem Gehäuse, in dem sich die Lager 132 und die Dichtungsanordnungen 130 befinden, zu dem hinteren Ende des Gewindezapfens 124 geführt ist, wo er mit der Umgebung des Gewindezapfens in Verbindung steht. In diesem Kanal befindet sich ein schwimmender Kolben 178. Durch eine Bewe- gung des schwimmenden Kolbens 178 werden Druckdifferenzen zwischen dem Umgebungsdruck und dem Druck in der Lagerkam¬ mer 129 kompensiert.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Vorrichtung zur Führung eines Bohrwerkszeugs und/oder eines Bohrgestänges zur Herstellung von Bohrungen, bestehend aus einem an das Bohrwerkzeug bzw. das Bohr¬ gestänge anschließbaren Innenrohr und einem auf diesem drehbar gelagerten, mit Führungsleisten versehenen Außenrohr, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungs¬ leisten (35, 65, 136, 148) radial bewegbar in schlitz¬ artigen Ausnehmungen (64, 146) im Außenrohr (26, 55, 128) angeordnet sind, und daß zwischen dem Boden der Ausnehmungen und der Unterseite der Führungsleisten in ihrer Lage oder Form veränderbare Mittel (44, 69, 140, 152) vorgesehen sind, mit denen die Führungs¬ leisten an die Bohrungswaπd aπdrückbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Unterseite der Führungsleisten (35, 65) und dem Boden der Ausnehmuπg (64) vorgespannte Druck¬ federn (44, 69) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsleisten (35, 65, 136) in den Ausnehmuπgen durch Schrauben (40, 68, 138) ge¬ halten sind, die in Gewindebohrungen im Außenrohr (26, 55, 128) eingreifen und deren Köpfe in Stufenbohruπgen (38, 66) der Führungsleisten versenkt angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (68) in die Stufenbohrungen (66) eingesetzte Abstandshülsen (67) durchgreifen, gegen die die Köpfe der Schrauben anziehbar sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Unterseite der Führungsleisten (35, 65) durch Sackbohrungen Feder- kammerπ gebildet sind, in die die Druckfederπ ein- greifen.
6. Vorrichtung nach einem" der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Lagerung zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr aus zwei Gleitlagern mit radial und axial wirksamen Gleit¬ flächen besteht.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5-, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Lagerung zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr aus zwei Kegelrollenlagern besteht, die an axialen Schultern des Außenrohrs abge¬ stützt und mit Sicherungsmuttern auf dem Inneπrohr gehalten sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Außenrohrs mittels Gleitringdichtungen gegenüber dem Inπenrohr abgedichtet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Gleitringdichtungen nach außen abge¬ dichtete und die drehbare Lagerung enthaltende Ring¬ raum zwischen Inπenrohr und Außenrohr an eine Druckausgleichsvorrichtung (52, 54, 71, 174, 178) ange¬ schlossen ist, die dem Umgebungsdruck in der Bohrung ausgesetzt is .
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichsvorrichtung (71) eine flexible Wand aufweist, die in der Wand des Außenrohrs angeordnet ist .
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckausgleichsvorrichtung einen in einer Längs'- bohrung (50, 174) begrenzt axial verschiebbaren und abgedichteten Kolben (54, 178) aufweist.
12 Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite einer Füh¬ rungsleiste (148) oder der Boden einer Ausnehmung (146) zur Längsachse des Vorrichtung geneigt ist, und daß zwischen der Führungsleiste und dem Boden der Ausnehmuπg ein Keil (152) mit einer entsprechend geneigten Fläche (154) vorgesehen ist, der durch eine Stellvorrichtung (156, 158, 160) in Längsrichtung bewegbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung ein Spindel-Mutter-Getriebe (156, 158) aufweist, an das ein elektrisch angetrie¬ bener Stellmotor (160) gekuppelt ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12, 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein hydraulisch durch den Spülstrom angetriebener Generator (164) zur Erzeugung der elek¬ trischen Antriebsenergie für den Stellmotor (160) vor¬ gesehen ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Generators durch eine Turbine er¬ folgt, deren Rotor in dem durch das Innenrohr verlau¬ fenden Spülkanal angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ausnehmung (166) in der . Wand des Außenrohrs (128) eine Meßvorrichtung (168) zur Erfassung der Bohrrichtuπg und eine an die Meßvor¬ richtung angeschlossene Steuervorrichtung (170) vorge- sehen ist, die die Meßergebnisse verarbeitet und die Stellvorrichtungen (160) zur Einhaltung einer vorge¬ gebenen Bohrrichtung steuert.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung einen Neigungsmesser (Inclino- meter) und/oder einen Richtungsmesser (Gyroskop, Magnetometer) aufweist.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 - 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Außeπrohr (128) an einem Ende mehrere, von Druckfederπ beaufschlagte Führungsleisten (136) und am anderen Ende mehrere, vorzugsweise drei mit Hilfe von Keilen (152) verstell¬ bare Führungsleisten (148) aufweist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 - 18, dadurch gekennzeichnet, daß auf der entgegengesetzten Seite einer durch einen Keil (152) verstellbaren Führungs¬ leiste (148) eine von Druckfedern beaufschlagte Füh- rungsleiste angeordnet ist.
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