EP0768446B1 - Method and boring tool for drilling into subterranean formations - Google Patents

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EP0768446B1
EP0768446B1 EP19950115867 EP95115867A EP0768446B1 EP 0768446 B1 EP0768446 B1 EP 0768446B1 EP 19950115867 EP19950115867 EP 19950115867 EP 95115867 A EP95115867 A EP 95115867A EP 0768446 B1 EP0768446 B1 EP 0768446B1
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EP
European Patent Office
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drilling tool
outer casing
characterised
bore hole
drilling
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EP19950115867
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EP0768446A1 (en
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Friedhelm Dipl.-Ing. Makohl
Pudjihanto Surwano
Carsten Dipl.-Ing. Vogt
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Baker Hughes Inc
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Baker Hughes Inc
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/20Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes
    • E21B7/208Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes using down-hole drives

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Abteufen einer Bohrung in unterirdische Formationen mit zumindest einer schichtförmigen Sonderformation, die zu einer in Abteufrichtung benachbarten Formation erheblich unterschiedliche Formationsdrücke aufweist. The invention relates to a method and to an apparatus for sinking a bore in underground formations with at least one stratiform special formation which has a formation adjacent the sinking in significantly different formation pressures.

Trifft eine Bohrung, die zunächst in einer ersten Formation mit einem ersten Formationsdruck abgeteuft wird, auf eine zweite Formation mit erheblich niedrigerem Formationsdruck, beispielsweise auf eine poröse Schicht, wie sie für Gas- und/oder Oellagerstätten typisch ist, dann fällt, gegebenenfalls schlagartig, der Druck in der Bohrspülung ab mit der Folge, daß der zuvor im Ringraum herrschende Druckausgleich zwischen dem Formationsdruck der ersten Formation und dem Druck der Bohrsprülung entfällt und sich zumindest Bereiche der ersten Formation sich an den Rohrstrang anlegen und diesen festsetzen können, was mit einem Verlust der Bohrung und der Hauptteile des Bohrgeräts einhergeht. Meets a bore is first drilled in a first formation with a first formation pressure, to a second formation with a significantly lower formation pressure, for example, on a porous layer, as is typical for gas and / or Oellagerstätten, then falls, optionally abruptly the pressure in the drilling fluid from, with the result that the previously prevailing in the annular space equalizing pressure between the formation pressure of the first formation and the pressure of Bohrsprülung omitted and at least portions of the first formation rest against the tubing and may set these, what with a loss the bore and the main parts of the drilling associated.

Trifft eine Bohrung, die zunächst in einer ersten Formation mit einem ersten Formationdruck abgeteuft wird, auf eine Formation mit wesentlich höherem Formationsdruck, dann entsteht die Gefahr von Zuflüssen formationseigener Medien in die Bohrspülung, durch die Bohrspülung aus dem Ringraum und dem Rohrstrang oberirdisch herausgedrückt werden kann. Meets a bore is first drilled in a first formation with a first formation pressure, a formation of substantially higher formation pressure, then there is a danger of inflows formation own media into the drilling fluid through the drilling fluid from the annulus and the tubing can be pushed out above ground , Wird das Gewicht der Bohrspülung erhöht, was durch Einleitung von Schwerspat oder Eisenoxid zur Bohrspülung vorgenommen werden kann, um für den hohen Druck der angebohrten Formation einen Ausgleich zu schaffen, dann treten in der ersten-Bohrspülungsverluste auf. Is the weight of the drilling fluid increases, which can be made by introduction of barite, or iron oxide to the drilling fluid in order to compensate for the high pressure of the formation being drilled, then occur in the first-Bohrspülungsverluste.

Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem, ein Verfahren und ein Bohrgerät zu schaffen, welche die vorstehenden Nachteile beim Abteufen von Bohrungen in unterirdische Formationen mit erheblichen Formationsdruckunterschieden vermeiden. The invention is concerned with the problem of providing a method and a drilling apparatus which avoids the foregoing disadvantages encountered in drilling boreholes into subterranean formations with significant formation pressure differences. Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch ein Bohrgerät gemäß Anspruch 9. Hinsichtlich wesentlicher weiterer Ausgestaltungen wird auf die Ansprüche 2 bis 8 bis 10 bis 19 verwiesen. The invention solves the problem by a method according to claim 1 and a drilling apparatus according to claim 9. As regards essential further embodiments, reference is made to the claims 2 to 8 up to 10 up 19th

Aus jedem der Dokumente DE-C-3902868, EP-A-0462618 ist bekannt, daß ein Außengehäuse gleichzeitig und gleichförmig mit dem Richtbohrwerkzeug vorgetrieben und das vordere Ende des Außengehäuses durch den vorderen Teil des Richtbohrwerkzeugs ausgerichtet wird. From each of the documents DE-C-3902868, EP-A-0462618, it is known that an outer housing propelled simultaneously and uniformly with the directional drilling tool and the front end of the outer casing is aligned through the front part of the directional drilling tool.

Durch das Mitführen eines Außengehäuses (Liner oder Casing) nimmt dieses die Formationsdrücke auf, so daß das Bohrgerät betriebsbereit und die Bohrung weiterbenutzbar bleiben. By carrying along an outer casing (liner or casing), this refers to the formation pressures, so that the drill ready for use and the hole remain far heritage available. Das Außengehäuse bildet eine Abschirmung zur Formation hin, die das Auftreten von Zuflüssen ebenso vermeidet wie das Heranschieben von Formationsbereichen an Bohrwerkzeug und Rohrstrang. The outer casing forms a shield back to the formation, the occurrence of tributaries as well as avoids the pre-shifting of formation areas on the drilling tool and pipe string.

Die Erfindung verbessert die genannte Wirkung des Außengehäuses, indem eine Bohrkrone am Ende des Außengehäuses angetrieben wird, wobei das abschirmende Außengehäuse das Richtbohrwerkzeug umgibt und mit diesem als Einheit zusammenwirkt. The invention improves the mentioned effect of the outer housing by a drill bit is driven at the end of the outer housing, wherein the shielding outer housing surrounding the directional drilling tool and cooperates therewith as a unit.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs, das in der Zeichnung in zwei Ausführungen näher veranschaulicht ist. Further details and advantages will become apparent from the following description of the inventive method and of the drilling tool according to the invention, which is illustrated in more detail in the drawing in two versions. In der Zeichnung zeigen: In the drawing:

Fig. 1 Fig. 1
eine schematische Gesamtdarstellung einer Bohranlage mit einem Bohrgerät erfindungsgemäßer Ausbildung, an overall schematic view of a drilling rig with a drill according to the invention form,
Fig. 2 Fig. 2
einen Längsschnitt durch ein Bohrwerkzeug erster Ausführung in einer unteren Endstellung in einem unteren Abschnitt eines Außengehäuses, aufgeteilt in zwei aneinander anschließende Teildarstellungen, a longitudinal section through a drilling tool the first embodiment in a lower end position in a lower portion of an outer casing, divided into two mutually adjacent part images,
Fig. 3 Fig. 3
eine Darstellung ähnlich Fig. 2 zur Veranschaulichung des unteren Endteils des Außengehäuses in Bohrbetriebsstellung, a representation similar to Fig. 2 illustrating the lower end portion of the outer housing in Bohrbetriebsstellung,
Fig. 4 Fig. 4
eine einteilige Darstellung von Außengehäuse und Bohrwerkzeug nach Fig. 2 mit zwei Ausschnittvergrößerungen, und a one-piece display of outer casing and the drilling tool of FIG. 2 with two magnifications, and
Fig. 5 Fig. 5
eine Darstellung ähnlich Fig. 2 einer zweiten Ausführung des Bohrwerkzeugs nach der Erfindung. a representation similar to Fig. 2 of a second embodiment of the drill tool according to the invention.

Die in Fig. 1 schematisch veranschaulichte Bohranlage für das Abteufen einer Bohrung in unterirdische Formationen umfaßt einen oberirdischen Bohrturm 1 mit üblicher Ausrüstung, von dem sich in ein Bohrloch 2 ein aus verschraubten Rohrabschnitten zusammengesetzter Rohrstrang 3 heraberstreckt, dessen unteres Ende in üblicher Weise über Anschlußgewinde mit einem Bohrwerkzeug 4 verbunden ist. The schematically illustrated in Fig. 1 drilling rig for the sinking a bore in underground formations comprises an above-ground drilling rig 1 with standard equipment, from which a composite made from bolted pipe sections of piping 3 heraberstreckt in a borehole 2, whose lower end is connected in conventional manner via connecting thread is connected to a drilling tool. 4 Dabei kann wie dargestellt zwischen dem Rohrstrangende 5 und dem Bohrwerkzeug 4 eine Ausgleichs- und Druckvorrichtung 6 (thruster) zwischengeschraubt sein, mit deren Hilfe vornehmlich thermisch bedingte Längendifferenzen unter Aufrechterhaltung bzw. Vorgabe einer gewünschten Meißelandruckkraft ausgeglichen werden können. Hereby it can be screwed between 5 and the drilling bit 4, a compensation and printing device 6 (thruster) as shown between the tubing end with the help of primarily thermally induced differences in length while maintaining a desired or target Meißelandruckkraft can be compensated.

Das Bohrwerkzeug 4 umfaßt ein aus verschraubten Rohrabschnitten zusammengesetztes Werkzeuggehäuse 7 und einen in diesem untergebrachten, lediglich schematisch angedeuteten Tieflochmotor 8 irgendeiner geeigneten, bekannten Ausbildung, dessen Abtriebswelle 9 an ihrem unteren Ende mit einem Bohrmeißel 10 verschraubt ist. The drilling tool 4 comprises a composite of bolted pipe sections tool housing 7 and a housed therein, only schematically indicated downhole motor 8 of any suitable known construction, the output shaft 9 is screwed at its lower end with a drill bit 10 degrees.

Die in Fig. 1 gezeigte Anlage umfaßt ferner ein den Rohrstrang 3 und das Bohrwerkzeug 4 umgebendes Außengehäuse 11, das eine aus Rohrabschnitten zusammengesetzte Bohrlochauskleidung (Liner oder Casing) bildet und über eine Verbindungsvorrichtung 12 (liner hanger) an seinem oberen Ende mit dem Rohrstrang 3 verbindbar ist. The plant shown in Fig. 1 further comprises a tubular string 3 and the drilling tool 4 surrounding outer housing 11, which is a composite of tubulars downhole liner (liner or casing) and which via a connecting device 12 (liner hanger) at its upper end to the pipe string 3 is connectable. Diese Verbindungsvorrichtung 12 stellt eine auflösbare Verbindung mit dem Rohrstrang 3 her und ermöglicht ein mit dem Rohrstrang 3 gemeinsames Einfahren und Aufziehen des Außengehäuses 11 in das Bohrloch 2 bzw. aus diesem. This connecting device 12 produces a dissolvable connection with the pipe string 3 and enables a joint to the pipe string 3 retracting and pulling of the outer casing 11 in the wellbore 2 and from this.

Das Werkzeuggehäuse 7 ist im Bereich des unteren Endes des oberen Hauptteils 13 des Außengehäuses 11 durch eine obere Gruppe 14 von Riegelgliedern gegen Abwärtsbewegung gesichert abgestützt, und die Antriebswelle 9 ist im Bereich eines verdickten Abschnitts 15 durch eine untere Gruppe 16 von Riegelgliedern mit einem unteren gesonderten Endteil 17 des Außengehäuses 11 verbunden, das unabhängig drehbar an einem unteren Endabschnitt 18 des Hauptteils 13 des Außengehäuses 11 gelagert ist und mit der Antriebswelle 9 um die gemeinsame Längsmittelachse 19 des Bohrgeräts umlaufen kann. The tool housing 7 is supported 11 secured by an upper group 14 of latch members against downward movement in the region of the lower end of the upper main part 13 of the outer housing and the drive shaft 9 is separate in the region of a thickened portion 15 through a lower group 16 of latch members with a lower end portion 17 of the outer housing 11 is connected, which is mounted independently rotatable on a lower end portion 18 of the main part 13 of the outer housing 11 and can rotate about the common longitudinal center axis 19 of the drill with the drive shaft. 9 Das untere Endteil 17 trägt stirnseitig eine Bohrkrone 20, deren Schneidebene eine etwa in Höhe der Schneidebene des Bohrmeißels 10 gelegene Ausgangsstellung einnimmt. The lower end portion 17 carries a drill bit end face 20, the cutting plane occupies a location approximately at the level of the cutting plane of the drill bit 10 initial position.

Die obere Gruppe 14 der Riegelglieder wird von einer im Außengehäuse 11 ausgebildeten Riegelnut 21 in Form einer von nach außen ausgeformten ringförmigen Tasche und von Riegelleisten 22 gebildet, die am Werkzeuggehäuse 7 mittels Schrauben 23 an einem Ende festgelegt und mit ihrem freien Teil aus einer versenkten Ausgangsstellung durch Wirkung einer Feder 24 in eine Riegelstellung elastisch auslenkbar sind, in der die Riegelleisten 22 in die Riegelnuten 21 verdrehfest eingreifen. The upper group 14 of the locking members is formed by a groove formed in the outer housing 11 locking notch 21 in the form of a of molded outward annular pocket and locking strips 22 fixed to the tool housing 7 by screws 23 at one end and with its free part from a retracted initial position are by action of a spring 24 into a locking position resiliently deflectable, in which the locking strips engage the locking grooves 21 rotationally 22nd Dabei liegen die Riegelleisten 22 bei der dargestellten Befestigung ihres oberen Endes mit ihrem freien unteren Ende auf dem Taschenboden 21' auf; The locking bars 22 are in the illustrated attachment of its upper end with its free lower end on the bottom of the bag 21 '; bei auch möglicher Befestigungs der Riegelleisten 22 an ihrem unteren Ende erfolgt die Abstützung durch einen Vorsprung des Eingriffsteils 25 am oberen freien Ende der Riegelleisten 22 auf dem Taschenboden 21'. wherein also possible mounting of the locking bars 22 at its lower end the support is provided by a projection of the engaging member 25 at the upper free end of the locking bars 22 on the bottom of the bag 21 '. Die Riegelleisten 22 werden in diesem Falle auf Zug beansprucht. The locking bars 22 are claimed in this case on the train. An Riegelleisten 22 sind zumindest drei vorgesehen, die regelmäßig über den Umfang des Außengehäuses 11 bzw. des Werkzeuggehäuses 7 verteilt angeordnet sind. To latch bars 22 at least three are provided, which are arranged regularly over the circumference of the outer housing 11 and the tool housing 7 distributed.

Die untere Gruppe 16 der Riegelglieder wird von im unteren Endteil 17 des Außengehäuses 11 ausgebildeten, längsgerichteten Riegelnuten 26 in Form von rinnenförmig nach außen ausgeformten Taschen und von am verdickten Abschnitt 15 der Antriebswelle 9 des Tieflochmotors 8 mittels Schrauben 23 festgelegten Riegelleisten 27 gebildet, die ebenfalls aus einer versenkten Ausgangsstellung durch Wirkung einer Feder 28 in eine Riegelstellung elastisch auslenkbar sind, in der Eingriffsteile 29 der Riegelleisten 27 in die Riegelnuten 26 eingreifen. The lower group 16 of the locking members is formed by the lower end portion 17 of the outer housing 11, longitudinally directed locking grooves 8 fixed by screws 23 locking strips 27 are formed 26 in the form of channel-shaped molded outwardly pockets and of the thickened portion 15 of the drive shaft 9 of the downhole motor, which also from a recessed starting position by action of a spring 28 in the engagement parts 29 of the locking strips are resiliently deflectable in a locking position, engage in the locking grooves 26 27th Die untere Gruppe 16 umfaßt zumindest drei Paarungen von Riegelnuten 26 und Riegelleisten 27, die gleichwinklig über den Umfang von Außengehäuse 11 bzw. Antriebswelle 9 verteilt angeordnet sind. The lower group 16 comprises at least three pairs of locking grooves 26 and locking bars 27 which are equiangularly distributed around the circumference of the outer housing 11 and drive shaft. 9 Anstelle der dargestellten Anbringung der Riegelleisten 27 mit obenliegender Befestigungsstelle und unterem freien Ende können diese auch mit oberem freien Ende und unten befindlicher Befestigungsstelle angebracht sein. Instead of the illustrated mounting of the locking strips 27 with overhead attachment point and the lower free end of these can also be attached with an upper free end and those under the bottom attachment point.

Um sicherzustellen, daß die Riegelleisten 27 der unteren Gruppe 16 nicht in die Riegelnut 21 der oberen Gruppe 14 einfallen können, ist die Riegelnut 21 der oberen Gruppe 14 mit einer Eingriffslänge ausgeführt, die kürzer ist als die Eingriffslänge der Eingriffsteile 29 der Riegelleisten 27 der unteren Gruppe 16. Dadurch ist sichergestellt, daß die Eingriffsteile 29 der Riegelleisten 27 der unteren Gruppe 16 nur in die für sie bestimmten Riegelnuten 26 der unteren Gruppe 16 einfallen können. To ensure that the locking strips of the lower group 16 can not come into the locking notch 21 of the upper group 14 27, the locking notch 21 of the upper group 14 is formed with an engagement length which is shorter than the length of engagement of the engaging portions 29 of the latch bars 27 of the lower group 16. This ensures that the engagement parts 29 of the locking bars 16 can only occur in the locking grooves 26 intended for them of the lower group 16 of the lower group 27.

Die Riegelnuten 26 der unteren Gruppe 16 weisen eine Eingriffslänge auf, die größer ist als die der Eingriffsteile 29 der Riegelleisten 27 der unteren Gruppe 16. Dies stellt sicher, daß sich das untere Endteil 17 des Außengehäuses 11 in axialer Richtung relativ zur Antriebswelle 9 zwischen zwei Endstellungen verlagern kann, wie sie in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht sind. The locking grooves 26 of the lower group 16 have an engagement length which is greater than that of the engaging pieces 29 of the latch bars 27 of the lower group 16. This ensures that the lower end portion 17 of the outer housing 11 in the axial direction relative to the drive shaft 9 between two can shift end positions, as illustrated in FIGS. 2 and 3. Dabei bildet die in Fig. 3 dargestellte obere Endstellung die Bohrbetriebsstellung, in der die Schneidebene der Bohrkrone 20 gegenüber der des Bohrmeißels 10 aufwärts versetzt ist und den Bohrmeißel 10 im Bereich seiner Seitenschneidfläche umgibt. The illustrated in Fig. 3 forms the upper end position Bohrbetriebsstellung in which the cutting plane of the drill bit 20 relative to the drill bit 10 offset upwardly and surrounds the drill bit 10 in the region of its lateral cutting surface. Dies schafft einen besseren Abfluß von Bohrspülung und Bohrklein. This creates a better outflow of drilling fluid and cuttings.

Zur Lagerung des unteren Endteils 17 am Hauptteil 13 des Außengehäuses 11 ist eine Lagerhülse 30 vorgesehen, die von oben in den unteren Endteil 17 des Außengehäuses 11 eingesetzt und mit diesem fest verbunden, zB verschraubt ist. For mounting the bottom end stop 17 on the main part 13 of the outer housing 11. A bearing sleeve 30 is provided which, for example is screwed inserted from above into the lower end portion 17 of the outer housing 11 and fixedly connected thereto. Der untere Endabschnitt 18 des oberen Hauptteils 13 des Außengehäuses 11 umgreift die Lagerhülse 30 und bildet mit einer Lagerfläche 31 an seiner Innenseite ein zur Längsmittelachse 19 des Bohrgeräts koaxiales Gleitlager. The lower end portion 18 of the upper main part 13 of the outer housing 11 surrounds the bearing sleeve 30 and forms a bearing surface 31 on its inner side a coaxial to the central longitudinal axis 19 of the drill sleeve bearings. Zugleich ist die Lagerhülse 30 im unteren Endabschnitt 18 des oberen Hauptteils 13 des Außengehäuses 11 axial verschieblich abgestützt, um so dem unteren Endteil 17 die oben schon erwähnte axiale Beweglichkeit zwischen der Ausgangsstellung nach Fig. 2 und der Bohrbetriebsstellung nach Fig. 3 zu ermöglichen. At the same time, the bearing sleeve 30 is supported axially displaceably in the lower end portion 18 of the upper main part 13 of the outer housing 11, so as to allow the lower end portion 17 the already mentioned above, axial movement between the initial position of FIG. 2 and the Bohrbetriebsstellung of FIG. 3.

An ihrem oberen Ende weist die Lagerhülse 30 außenseitig einen Bund 32 auf, der als Anschlag in Zusammenwirken mit einer Schulter 33 oberhalb der Lagerfläche 31 die untere Endstellung für den unteren Endteil 17 des Außengehäuses 11 definiert. 30 at its upper end, the bearing sleeve on the outside a collar 32 which defines as a stop in cooperation with a shoulder 33 above the bearing surface 31 of the lower end position of the lower end portion 17 of the outer casing. 11 Die Bohrbetriebsstellung wird hingegen durch das untere Ende der Riegelleisten 27 definiert, die mit einer Gegenfläche 34 als Anschlag zusammenwirken, die bei dem dargestellten Beispiel von der Stirnfläche des eingeschraubten unteren Abschnitts 35 des unteren Endteils 17 des Außengehäuses 11 gebildet wird, der in den darüberliegenden oberen Abschnitt 36 des unteren Endteils 17 des Außengehäuses 11 eingeschraubt ist. The Bohrbetriebsstellung is, however, defined by the lower end of the locking strips 27 which cooperate with a counter-surface 34 as a stop, which is formed in the illustrated example of the end face of the screwed-in lower portion 35 of the lower end portion 17 of the outer housing 11, the upper in the overlying portion 36 of the lower end portion 17 of the outer casing is screwed. 11

Während das Bohrgerät nach Fig. 1 bis 4 zum Abteufen von geraden Bohrlöchern 2 ausgebildet ist, ermöglicht die Ausgestaltung des Bohrgerätes nach Fig 5 die Ausführung von Richtungsbohrungen in unterirdische Formationen. While the drill is formed according to FIGS. 1 to 4 for drilling straight holes 2, the configuration of the drilling apparatus of Figure 5 allows the execution of the direction of drilling in subterranean formations. Dies wird dadurch ermöglicht, daß bei sonst unveränderter Ausführung des Außengehäuses 11 der untere Endabschnitt 18 des oberen Hauptteils 13 des Außengehäuses 11 unter einem spitzen Winkel 37 von beispielsweise 1-3 ° zu dem darüber befindlichen Hauptteil 13 ausgerichtet ist. This is made possible by the fact that at otherwise unchanged embodiment of the outer housing 11 of the lower end portion 18 of the upper main part 13 the outer housing 11 is oriented at an acute angle 37 of, for example 1-3 ° to the overlying part 13 of the main. Dies kann beispielsweise durch eine winklige Ausrichtung des Gewindes 38 am unteren Ende des Hauptteils 13 des Außengehäuses 11 verwirklicht sein, auf das der untere Endabschnitt 18 aufgeschraubt wird. This can be realized, for example, 11 by an angular orientation of the thread 38 at the lower end of the main portion 13 of the outer casing is screwed onto the lower end portion of the eighteenth Statt dessen kann auch ein gesondertes Winkelstück als zwischenschraubbares Übergangsteil vorgesehen sein. Instead, a separate elbow can be provided as zwischenschraubbares crossover segment.

Um sicherzustellen, daß das Bohrwerkzeug 4 seine untere Endstellung im Außengehäuse 11 einnehmen kann, ist bei sonst unveränderter Ausbildung des Bohrwerkzeugs 4 die Antriebswelle 9 des Tieflochmotors 8 mit einem Abschnitt 39 erhöhter Flexibilität in Gestalt einer umlaufenden, den Biegewiderstand herabsetzenden Einziehung versehen, der dem sich abwärts anschließenden Teil der Antriebswelle 9 eine allseitige elastische Auslenkbarkeit verleiht. To ensure that the drilling tool 4 can take its lower end position in the outer housing 11, with otherwise unchanged design of the drilling tool 4, the drive shaft 9 of the downhole motor 8 with a portion 39 is provided increased flexibility in the form of a circumferential, the bending resistance-reducing recovery, which the downwardly adjoining part of the drive shaft provides an all-round resilient deflectability. 9 Der flexible Abschnitt 39 befindet sich, wenn sich das Bohrwerkzeug 4 in seiner unteren Endstellung im Außengehäuse 11 befindet, geringfügig unterhalb der Abwinklung 40, an der die Längsmittelachse 19 des Bohrgeräts in den abgewinkelten unteren Achsteil 19' übergeht. The flexible portion 39 is located when the drilling tool 4 is in its lower end position in the outer housing 11, slightly below the angled portion 40 where the longitudinal center axis 19 of the boring device in the angled bottom axle part 19 'passes.

Als Bohrmeißel 10 kann grundsätzlich jeder Meißeltyp Anwendung finden. As a drill bit 10 can basically find any chisel type application. Wesentlich ist jedoch, daß der Bohrmeißel 10 mit einem Stabilisatorteil 10' versehen ist, der der Innenseite des unteren Abschnitts 35 des unteren Endteils 17 in dichtem Abstand gegenüberliegt, und eine Seitenschneidfläche aufweist, die beispielsweise durch Überschleifen eine hohe Paßgenauigkeit aufweist und mit enger Passung die Bohrkrone 20 durchgreifen kann. However, it is essential that the drill bit 10 is provided with a stabilizer portion 10 ', which faces the inside of the lower portion 35 of the lower end portion 17 in a close distance, and having a side cutting surface, which has a high fitting accuracy, for example by grinding and with a close fit drill bit may pass through the 20th

Zum Abteufen einer Bohrung in unterirdische Formationen, deren Verlauf und Zusammensetzung in der Regel durch vorausgegangene geologische Untersuchungen bekannt ist, wird zunächst ein erster Teil eines Bohrlochs 2 mit Hilfe eines normalen Bohrwerkzeugs ähnlich dem Bohrwerkzeug 4 erbohrt, der sich durch irgendeine, zB von Schiefer gebildete, erste Formation hindurch bis in die Nähe des Grenzbereiches zu einer in Abteufrichtung nachfolgenden Sonderformation herabreicht, in der der Formationsdruck wesentlich höher oder niedriger ist, als er im Bereich der ersten Formation vorliegt. For sinking a bore in underground formations, the course and composition usually by previous geological studies is known, initially a first part of a borehole 2 by means of a normal drilling tool similar to the drilling tool 4 drilled, the formed by some, for example, of shale , through first formation extends down to a subsequent sinking direction in special formation up to the vicinity of the boundary region in which the formation pressure is significantly higher or lower than it is present in the area of ​​first formation. Diese erste Formation mit weitgehend gleichem ersten Formationsdruck kann eine im wesentlichen homogene Struktur haben, kann jedoch auch aus mehreren unterschiedlichen Teilformationen bestehen, zwischen denen keine erheblichen Formationsdruckunterschiede vorliegen. This first formation with largely the same first formation pressure may have a substantially homogeneous structure, but may also consist of several different partial formations, between which there are no significant formation pressure differences.

Nach Abteufen dieses ersten Teils des Bohrlochs 2 wird das normale Bohrwerkzeug aufgezogen und in das Bohrloch 2 das Außengehäuse 11 eingefahren, das in der Länge so bemessen wird, daß es die vorermittelte Dicke der nachfolgenden Sonderformation überschreitet. After drilling of this first part of the borehole 2, the normal drilling tool is raised and retracted the outer casing 11 in the wellbore 2 which is dimensioned in length such that it exceeds the Pre-identified thickness of the subsequent special formation. Diese Sonderformation kann beispielsweise eine solche mit hohem Formationsdruck sein, wie das beispielsweise bei Deckschichten oberhalb von Gas- oder Öllagerschichten der Fall ist. This special formation may for example be one with a high formation pressure, as is the case for example with top layers above gas or oil bearing layers. Nach Einfahren des mit seinem oberen Ende zu diesem Zeitpunkt bohrturmseitig abgestützten Außengehäuses 11 in das Bohrloch 2 wird in das Außengehäuse 11 nunmehr das Bohrwerkzeug 4 unter fortschreitendem Aufbau des Rohrstrangs 3 eingefahren, bis das Bohrwerkzeug 4 eine untere, durch die obere Gruppe 14 der Riegelglieder 21,22 definierte Endstellung im Außengehäuse 11 erreicht hat und in dieser gegen weitere Abwärtsbewegung gesichert ist. After retraction of the at this time bohrturmseitig supported with its upper end the outer casing 11 in the wellbore 2 now, the drilling tool 4 is retracted by progressive construction of the tubular string 3 in the outer casing 11 until the drilling tool 4 is a bottom, by the upper group 14 of the latch members 21 has reached 22 defined end position in the outer housing 11 and is secured in this against further downward movement. In dieser unteren Endstellung, wie sie in Fig. 2 veranschaulicht ist, ist über die Riegelglieder 26,27 der unteren Gruppe 16 eine Verbindung zwischen der Antriebswelle 9,15 und dem unteren Endteil 17 des Außengehäuses 11 hergestellt, die bei Aufnahme des Bohrbetriebs sicherstellt, daß Antriebswelle 9 und unterer Endteil 17 des Außengehäuses 11 gemeinsam um die Längsmittelachse 19 des Bohrgeräts umlaufen und dadurch den Bohrmeißel 10 und die Bohrkrone 12 gemeinsam in Umdrehung versetzen. In this lower end position, as illustrated in Fig. 2, a connection between the drive shaft 9.15 and the lower end portion 17 of the outer housing 11 is made on the latch members 26,27 of the lower group 16, which ensures upon receiving the drilling operation, that the drive shaft 9 and lower end part 17 of the outer housing 11 rotate together about the longitudinal central axis 19 of the drill 12, and thereby move the drill bit 10 and the drill bit together in rotation.

Sobald das Bohrwerkzeug 4 im Außengehäuse 11 abgesetzt und verriegelt ist,wird das obere Ende des Außengehäuses 11 mittels der Verbindungsvorrichtung 12, die irgendeine geeignete, bekannte Ausbildung aufweisen kann, mit dem Rohrstrang 3 verbunden und danach aus der bohrturmseitigen Abstützung gelöst. Once the drilling tool 4 is offset in the outer housing 11 and locked, the upper end of the outer housing 11 by means of the connecting device 12 which may have any suitable known design, connected to the tubing 3 and then released from the bohrturmseitigen support. Die so gebildete Einheit der Teile 3,4 und 11 wird nun unter weiterem Aufbau des Rohrstrangs 3 in den ersten Teil des Bohrlochs 2 weiter eingefahren, bis Bohrmeißel 10 und Bohrkrone 11 die Sohle des Bohrlochs 2 erreichen. The unit of the parts 3,4 and 11 thus formed will now be further retracted with further construction of the tubular string 3 in the first part of the borehole 2 until drill bit 10 and drill bit 11 reach the bottom of the borehole. 2 Anschließend wird nun das Bohrwerkzeug 4 in Betrieb genommen, was durch Einschalten bzw. Anfahren des Tieflochmotors 8 geschieht, der beispielsweise bei Ausbildung als Turbine oder Moineau-Motor durch Beaufschlagen mit Bohrspülung in Betrieb genommen wird. the drill will now be put into operation then 4, which is done by switching on or starting up the downhole motor 8, which is put into operation, for example, when formed as a turbine or Moineau motor by application of drilling fluid. Diese wird durch den zentralen Spülungskanal 41 im Bohrstrang von übertage her zugeführt und tritt nach Durchströmen des zentralen Spülungskanals 41 stirnseitig aus dem Bohrmeißel 10 in das Bohrloch 2 aus, um nachfolgend im Ringraum zwischen Bohrgerät und Bohrlochwandung nach übertage zurückzuströmen. This is supplied by the central flushing channel 41 in the drill string over days ago and enters after flowing through the central flushing channel 41 the end face of the drill bit 10 into the wellbore 2 in order to flow back subsequently in the annular space between the drill and the borehole wall to the surface.

Beim nachfolgenden Abteufen eines weiteren, zumindest die Sonderformation durchquerenden Teils des Bohrlochs 2 wird vom Rohrstrang 3 das rohrförmige Außengehäuse 11 mitgeführt, wobei durch das Umlaufen der Bohrkrone 20 am unteren Ende des Außengehäuses 11 dieses seinerseits wie ein Bohrwerkzeug wirkt. At the subsequent sinking of a further, at least the special formation traversing part of the borehole 2, the tubular outer shell is carried 11 by the pipe string 3 wherein by the revolution of the drill bit 20 at the lower end of the outer housing 11 of this, in turn, acts as a drilling tool. Das Außengehäuse 11 kleidet im Bereich seiner Länge das Bohrloch 2 aus, nimmt einwärtsgerichtete Formationskräfte auf, sobald diese beispielsweise bei Druckabfall in der Bohrspülung wirksam werden, und bewirkt eine Abdichtung, die gegebenenfalls durch Einzementierung noch vervollkommnet werden kann. The outer housing 11 dresses the region of its length from the borehole 2, receives inwardly directed formation forces, as they are effective for example, in pressure drop in the drilling fluid and produces a seal that can be optionally perfected by cementing.

Hat die Bohrung nach Durchqueren der Sonderformation ihr Ziel, beispielsweise eine Gas- oder Öllagerstätte, erreicht, kann das Bohrwerkzeug nach Lösen der Verbindungsvorrichtung 12 aufgezogen und die Bohrung beispielsweise nach vollständiger Auskleidung als Produktionsbohrung verwendet werden. Has, after passing through the special formation reaches its destination, for example a gas or oil reservoir, the bore, the drilling tool can be mounted, and after releasing the connecting device 12, the bore are used, for example, after completion of the lining as a production bore. Ist dem Bohrloch ein weit über die Sonderformation herabreichender Verlauf zu geben, kann nach Aufziehen des zuvor mit dem Außengehäuse 11 verbundenen Bohrwerkzeugs4 ein zweites Bohrwerkzeug mitsamt Rohrstrang in das Bohrloch eingefahren werden, die durch das abgesetzte Außengehäuse hindurchführbar sind und das weitere Abteufen der Bohrung übernehmen können. Is to give the wellbore a far beyond the special formation down reaching the course, a second drilling tool can be retracted together with tubing in the well after withdrawal of the previously connected to the outer housing 11 Bohrwerkzeugs4, which can be guided by the remote outer housing and can take over the further sinking of the bore , Dabei kann, sofern bei weiterem Abteufen in erheblichem Abstand zur ersten Sonderformation eine weitere Sonderformation zu durchbohren ist, ein zweites Bohrgerät mit einem zweiten Außengehäuse zum Einsatz gebracht werden, das durch das abgesetzte erste Außengehäuse hindurchführbar ist. At this time, if with further drilling at a considerable distance to the first special formation, a further special formation is to pierce, a second drill to be brought for use with a second outer housing which can be passed through the deposited first outer housing. Der Ablauf des Bohrvorganges mit dem zweiten Bohrgerät gestaltet sich dann analog dem vorbeschriebenen Ablauf. The course of the drilling operation with the second drill then designed analogously to the above process.

In Fällen, in denen mehrere Sonderformationen in Abteufrichtung in verhältnismäßig dichtem Abstand aufeinanderfolgen, kann es zweckmäßig sein, das Außengehäuse durch sämtliche Sonderformationen hindurch mitzuführen und dementsprechend die Bohrlochauskleidung über sämtliche Sonderformationen zu erstrecken. In cases in which a plurality of special formations in the sinking direction follow one another at a relatively close distance, it may be expedient to carry the outer housing through all the special formations therethrough and, accordingly, to extend the well casing on all special formations.

Beim Abteufen von geraden Bohrungen unter Mitführung des Außengehäuses 11 wird der obere Hauptteil 13 des Außengehäuses 11 vorteilhaft durch den Rohrstrang 3 zum Zwecke der Reibungsminderung bzw. zur Geradführung des Bohrwerkzeugs 4 in Drehung versetzt. While drilling of straight bores under entrainment of the outer housing 11 of the upper main part 13 of the outer case 11 is advantageously displaced through the tubing 3 for the purpose of friction reduction or to the straight-line guide of the drilling tool 4 in rotation. Sofern das Außengehäuse 11 mit einer Abwinklung in seinem unteren Bereich versehen und das Bohrgerät somit zu Richtbohrvorgängen einsetzbar ist, wird nach Bestimmung des Richtungsverlaufes des abgewinkelten Teils des Außengehäuses 11 dieses durch den Rohrstrang 3 von übertage her gegen Verdrehen gesichert, wodurch bei weiterem Bohrfortschritt ein in seine Richtung entsprechend geänderter Bohrlochteil erbohrt wird. Unless the outer housing 11 is provided with a bend in its lower region and the drill thus be used to Richtbohrvorgängen, is secured after determining the direction of progression of the angled portion of the outer housing 11 of this through the tubing 3 of over days ago against rotation, whereby during further drilling rate into its direction is changed in accordance with drilled wellbore part.

Claims (19)

  1. A method of sinking a bore in underground formations with at least one special stratiform formation which features vastly differing formation pressures in respect of a formation adjacent to it in the sinking direction and in which a drilling tool carried at the bottom end of a drill line and having a drill bit driven by a deep drilling motor drills out a first part of a bore hole which extends to a point close to the boundary area of the at least one special formation, characterised in that upon subsequent sinking of a further part of the bore hole by the casing string which passes through at least one special formation, a tubular outer casing with a bottom end carrying a driven drill head is entrained, the bore hole being lined by this, at least in the region of the special formation.
  2. A method according to claim 1, characterised in that
    after the first part of the bore hole has been drilled out, the casing string is drawn up together with the drilling tool,
    the tubular outer casing carrying the drill head at the bottom end is inserted into the bore hole to a length which exceeds the previously ascertained thickness of the at least one special formation
    a drilling tool together with a tubular rod is introduced into the outer casing and the drilling tool is lowered in the outer casing in an extreme low position is fixed in which the drill head and drill bit are approximately at the same height,
    the top end of the outer casing is connected to the casing string,
    the casing string together with the outer casing is introduced farther into the bore hole until it reaches the bottom of the bore hole, and
    after the bottom of the bore hole has been reached, the drill bit and with it a bottom end part of the outer casing which carries the drill head are employed in a common drilling operation.
  3. A method according to claim 1 or 2, characterised in that during sinking of the bore in formations with only one special formation and a predetermined bore hole pattern extending down far beyond the special formation, sinking of the bore hole is completed once the special formation has been traversed, the connection of the outer casing to the casing string is separated, the casing string together with the drilling tool is pulled up and further sinking of the bore hole is undertaken with a second drilling tool which can be passed through the outer casing together with the casing string.
  4. A method according to claim 1 or 2, characterised in that where special formations are, adjacent one another or relatively closely adjacent special formations in the sinking direction, the further part of the bore hole is sunk through all the special formations by jointly conveying the outer casing.
  5. A method according to claim 1 or 2, characterised in that
    when there are a plurality of special formations which are relatively remote from one another in the sinking direction, the sinking of the further part of the bore hole is terminated after traversing the first special formation, the connection of the outer casing to the casing string is broken, the drill line is drawn up together with the drilling tool and the further part of the bore hole is made with a second drilling tool which can be passed through the outer casing together with the casing string to a point close to the boundary in respect of a second special formation,
    after sinking of the further part of the bore hole, the drilling tool is pulled up together with the casing string,
    a second outer casing which is provided with a drill head and which can be passed through the first outer casing is introduced into the bore hole to a length which is attuned to the thickness of the special formation which must subsequently be drilled,
    the second drilling tool is placed in the second outer casing and the second outer casing is connected to the second casing line, and
    the composite appliance is introduced until the bottom of the bore hole is reached and then a third part of the bore hole is drilled out and traverses at least the second special formation.
  6. A method according to one of claims 1 to 5, characterised in that the outer casing(s) is/are cemented in its/their intended position in the bore hole.
  7. A method according to one of claims 1 to 6, characterised in that the respective outer casing and the drilling tool placed in this latter form a directional drilling tool and are used for directional drillings.
  8. A method according to one of claims 1 to 7, characterised in that the upper main part of the outer casing is, for reducing friction and/or for straight drilling during sinking of the bore hole, caused to rotate by the casing line.
  9. A drilling plant for sinking a bore in underground formations with at least one stratiform special formation which has a formation pressure diverging considerably from a formation which is adjacent to it in the direction of sinking, with a casing string (3) and a drilling tool (4) which comprises a tubular tool housing (7) adapted to be connected to an upper end of a bottom end (5) of a casing string (3), a deep drilling motor (8) and a drill bit (10) which is mounted on, projecting beyond the bottom end of the tool housing (7), an end of a drive shaft (9) of the deep drilling motor (8), characterised in that it comprises an outer casing (11) of a length exceeding at least the thickness of the special formation and which has at the bottom end a drill head (20) and at the top end a connecting device (12) which can be engaged and disengaged, for fixing the outer casing (11) on the casing string (3) and in that drilling tool (4) and outer casing (11) are provided with locking members (21, 22; 26, 27) of which an upper group (14) braces the tool casing (7) in an extreme low position in the outer casing (11) and of which a bottom group (16) connects the driving shaft (9) of the deep drilling motor (8) and an independently rotatably mounted end part (17) of the outer casing (11) for a common rotary movement.
  10. A drilling tool according to claim 9, characterised in that the interlocking members (21, 22) of the upper group (14) preset on the drilling tool (4) an extreme low position in the outer casing (11) with a drill bit (10) situated at the level of the drill head (20) of the outer casing (11).
  11. A drilling tool according to claim 9 or 10, characterised in that the upper group (14) of the locking members (21, 22; 26, 27) comprises a locking groove (21) constructed in the outer casing (11) in the form of an outwardly shaped annular pocket and a locking strip (22) pivotally mounted on the tool housing (7) and which can be swung by spring action out of a concealed starting position into a locking position in which the locking strips (22) engage the locking grooves (21) and are in axial bracing engagement with the bottom (25) of the pocket.
  12. A drilling tool according to one of claims 9 to 11, characterised in that the bottom group (16) of locking members (21, 22; 26, 27) comprises, constructed in the bottom end part (17) of the outer housing (11), longitudinally directed locking grooves (26) in the form of pockets which are outwardly shaped like channels and locking strips (27) pivotally mounted on the drive shaft (9) of the deep bore motor (8) and which are adapted to be folded from a recessed starting position by spring action into a locking position in which the locking strips (27) engage the locking grooves (26).
  13. A drilling tool according to one of claims 11 or 12, characterised in that the locking groove (21) of the upper group (14) of the bracing and locking members (21, 22; 26, 27) comprises an engagement length which is shorter than that of the engagement parts (29) of the locking strips (27) of the lower group (16).
  14. A drilling tool according to one of claims 11 to 13, characterised in that the locking grooves of the lower group (16) of locking members (21, 22; 26, 27) have an engagement length which is greater than that of the engagement parts (29) of the locking strips (27) of the lower group (16).
  15. A drilling tool according to one of claims 9 to 14, characterised in that the bottom end part (17) of the outer housing (11) which is rotatably mounted on the upper main part (13) of the outer housing (11) is adapted for axial displacement out of a low starting position into a drilling position in which the cutting plane of the drill head (20) is offset upwardly in respect of the drill bit (10) and engages around the drill bit (10) in the region of its lateral cutting surface.
  16. A drilling tool according to one of claims 9 to 15, characterised in that the bottom end part (17) and the bottom end (18) of the upper main part (13) of the outer housing (11) engage around a bearing sleeve (30) which is rigidly connected to the bottom end part (17) and is braced for limited axial displacement in the bottom end (18) of the upper main part (13) of the outer housing (11).
  17. a drilling tool according to one of claims 9 to 16, characterised in that the bottom end (18) of the upper main part (13) of the outer housing (11) has an angled-over orientation while the drive shaft (9) of the deep drilling motor is provided with a flexible portion (39) which imparts a resilient universal deflectability to the downwardly adjacent part of the drive shaft (9).
  18. A drilling tool according to claim 17, characterised in that the flexible portion (39) of the drive shaft (9) is situated close to the angled part.
  19. A drilling tool according to one of claims 9 to 18, characterised in that a length equalising and pressure device (6) is disposed above the drilling tool (4).
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