EP0811744A1 - Method and device for excavating a hole in underground formations - Google Patents

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EP0811744A1
EP0811744A1 EP96109150A EP96109150A EP0811744A1 EP 0811744 A1 EP0811744 A1 EP 0811744A1 EP 96109150 A EP96109150 A EP 96109150A EP 96109150 A EP96109150 A EP 96109150A EP 0811744 A1 EP0811744 A1 EP 0811744A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drill pipe
pipe string
drilling tool
drill
drill bit
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Withdrawn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
EP96109150A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Friedhelm Dipl.-Ing. Makohl
Matthias Dipl.-Ing. Reich
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.)
Baker Hughes Holdings LLC
Original Assignee
Baker Hughes Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Baker Hughes Inc filed Critical Baker Hughes Inc
Priority to EP96109150A priority Critical patent/EP0811744A1/en
Priority to AU24700/97A priority patent/AU2470097A/en
Priority to NO972626A priority patent/NO972626L/en
Publication of EP0811744A1 publication Critical patent/EP0811744A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • E21B7/068—Deflecting the direction of boreholes drilled by a down-hole drilling motor
    • 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
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/20—Drives for drilling, used in the borehole combined with surface drive

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for sinking a borehole into underground formations by means of a drilling tool connected to the end of a rotatingly driven drill pipe string and having a drive motor for the drill bit accommodated in the housing thereof.
  • the drill pipe string When drilling boreholes into underground formations with a drilling tool of the type mentioned, to reduce the friction between the formation and the drill pipe string and to apply a counter-torque for the housing of the drilling tool, the drill pipe string is usually directed in a right-hand direction and thus in the same direction as the direction of rotation of the drill bit Usually offset relatively slow rotation, which increases the speed of the drill bit generated by the drive motor of the drilling tool.
  • the torque exerted by the drill pipe string on the housing of the drilling tool decreases due to the frictional effect of the formation on the drill pipe string with increasing length of the drill pipe string, so that only a progressively decreasing fraction of the torque introduced above ground is transmitted from the drill pipe string and as counter torque is available for the drive motor.
  • An increase in the torque introduced above ground is only possible to a limited extent for reasons of strength.
  • the invention is concerned with the problem of improving the torque loading of the drill pipe string and drilling tool. It solves the problem by a method with the features of claim 1 and by a device with the features of claim 8. With regard to further refinements, reference is made to claims 2 to 7 and 9 to 15.
  • the method and device according to the invention with the same maximum torque load on the drill pipe string, move the point of introduction for the torque setting the drill pipe string into rotation at the borehole end of the drill pipe string, with the result that there is a high counter-torque available for loading the rotary drill bit.
  • This enables significantly higher drilling performance and the achievement of longer ranges, since no residual torque is required as counter-torque at the upper end of the drill pipe string and accordingly the entire torque introduced into the drill pipe string at the end of the borehole for its rotation can be used to overcome the frictional force.
  • the device shown comprises in detail a drill pipe string 1, which is composed of individual, interconnected drill pipe sections 2, 3 and is connected at its lower end to a drilling tool 4.
  • a drive motor preferably a hydraulic drive motor 6 operated with drilling fluid
  • the drive shaft 6 'of which is led out of the housing 5 at a small acute angle to the central axis of the housing and a drill bit at its outer end 7 carries.
  • the drill pipe sections 2, 3 can be connected to one another in a conventional manner by screwing, but there is also the possibility of providing a connection 8 between the drill pipe sections 2, 3 that can be loaded in both directions of rotation and is designed, for example, as a wedge connection that is provided by a union nut 9 is secured. This is on an external thread part 10 of the drill pipe section 3 screwed on, as is illustrated schematically in detail E1. In principle, any type of connection that can be loaded in both directions of rotation can be used.
  • the drill pipe string 1 extends above ground through an above-ground drive, for example a turntable indicated schematically at 13, with the aid of which the drill pipe string 1 can optionally be driven in both directions of rotation.
  • a surface brake is also preferably provided above ground, which is illustrated schematically at 14 and interacts with the outer wall of the drill pipe string in an above ground area.
  • the braking device can comprise, for example, a brake shoe 11 which can be engaged by means of a lever 12 against the outer wall of the drill pipe string 1, as is schematically illustrated in detail E2, but can also have a design combined with the rotary drive 13.
  • the housing 5 of the drilling tool 4 is provided with a braking device 15, which, as is schematically illustrated in detail in detail E3, can have extendable braking members 16, for example, in engagement with the borehole wall.
  • the shaft part of the drill bit 7 can also be provided with a braking device 17, which comprises braking members 16 which can be engaged against the borehole wall, as are schematically indicated in detail in E3.
  • the brake members 16 can be designed as brake shoes or ribs.
  • the drill bit 7 is preferably equipped with cutting members 18 and 19, respectively, which have an angle of attack 20 which can be between a small negative and a small positive value, as indicated by the detail E4. In view of the high drive power available for the drill bit 7, such an embodiment makes a further contribution to increased drilling progress.
  • the drive motor 6 of the drilling tool 4 has a design for a comparatively higher output, so that the drive motor can simultaneously drive the drill bit 7 in a clockwise rotation and the drill pipe string 1 in a counterclockwise rotation.
  • the counterclockwise rotation of the drill pipe string 1 advantageously takes place at a speed which is a fraction of the speed of rotation of the drill bit 7.
  • the drill pipe string 1 is generally set to the left during straight drilling work.
  • the use of the brake device 14 can generate a torque counteracting the counterclockwise rotation of the drill pipe string 1, which torque lacks the counter torque that is required to build up a desired counter torque on the housing 5 of the drilling tool 4 required formation friction on the drill pipe string 1 substituted.
  • the braking torque entered into the drill pipe string above ground in the course of the day can be changed continuously to take account of all circumstances, and is in any case applied when the speed of the counterclockwise rotation of the drill pipe string 1 exceeds a predetermined maximum value.
  • the brake device 14 can be used instead of or instead of one Use of this Braking device 14, the braking device 15 provided on the housing 5 of the drilling tool 4, but which can also be provided at any point on the drill pipe string, is put into operation in order to generate the counter-torque required for the drive motor 6 for a high drilling performance.
  • the use of the brake device 15 has the advantage that the speed of the counterclockwise rotation of the drill pipe string 1 can be regulated without the surface application of the drill pipe string 1 with a corresponding torque applied by the brake device 14.
  • the braking device 15 can also be used as a speed limiter for the drill pipe string 1.
  • the brake device 17 on the shaft of the rotary drill bit 7 can, due to the braking action against the borehole wall, cause a required one Torque are built up, which can serve as a counter-torque for driving the drill string 1.
  • the braking device 17, like the braking devices 14 and 15, is infinitely adjustable, so that the braking devices 14, 15, 17 can be used individually or together to fine-tune the respectively desirable torque loading of the drill bit 7 and drill pipe string 1.
  • the above-ground drive 13 drives a drill pipe string 1 in clockwise rotation at a speed of 60 rpm
  • the drive motor 6 of the drilling device 4 would also set the drill bit 7 in clockwise rotation relative to the housing 5 and would become above-ground the drill string 1 with a torque of 40,000 Nm, of which due to the friction of the Drill pipe string 1 in the formation at the transition to the housing 5 of the drilling tool 4 still has 10,000 Nm, so the drive power on the drill bit rotating at 260 rpm compared to the formation in clockwise rotation would be 7 272 kW.
  • the drive motor 6 of the drilling tool 4 drives the drill pipe string 1 at 20 rpm in a counterclockwise rotation, the drill bit 7 with respect to the housing 5 of the drilling tool 4 at 200 rpm in a clockwise rotation, and the drive motor 6 thereby applies a torque of 40,000 Nm to the drill pipe string 1 , of which 10,000 Nm are still available due to the friction of the drill pipe string 1 in the formation at the surface end, the drive power on the drill bit rotating relative to the formation at 180 rpm in clockwise rotation is 7 754 kW.
  • the torque at a lower and upper end of the drill pipe string 1 is 7 586 kW and thus at a speed of 7 586 kW rotating at 140 rpm relative to the formation in a clockwise rotation at least about twice the drive power that can be applied to the drill bit 7 from above during conventional clockwise rotation of the drill pipe string 1.

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Abstract

The process sinks a borehole in subterranean formations. The drilling tool (4), connected to the lower end of the drillstring (1), is especially a steerable tool. Its casing (5) accommodates the motor turning the drilling bit. Here the notably original feature is use of the drilling bit drive motor (6) reaction, to turn the drillstring in anticlockwise rotation, i.e. the opposite direction to that in which the bit is turned. Also claimed is the corresponding equipment for the above process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abteufen einer Bohrung in unterirdische Formationen durch ein mit dem sohlenseitigen Ende eines rotierend angetriebenen Bohrrohrstranges verbundenes Bohrwerkzeug mit einem in dessen Gehäuse untergebrachten Antriebsmotor für den Bohrmeißel.The invention relates to a method and a device for sinking a borehole into underground formations by means of a drilling tool connected to the end of a rotatingly driven drill pipe string and having a drive motor for the drill bit accommodated in the housing thereof.

Beim Abteufen von Bohrungen in unterirdische Formationen mit einem Bohrwerkzeug der genannten Art wird zur Herabsetzung der Reibung zwischen der Formation und dem Bohrrohrstrang und zum Aufbringen eines Gegendrehmomentes für das Gehäuse des Bohrwerkzeugs der Bohrrohrstrang üblicherweise in eine rechtsgerichtete und damit zur Drehrichtung des Bohrmeißels gleichgerichtete, in der Regel relativ langsame Umdrehung versetzt, die die vom Antriebsmotor des Bohrwerkzeugs erzeugte Drehzahl des Bohrmeißels erhöht. Das vom Bohrrohrstrang auf das Gehäuse des Bohrwerkzeugs ausgeübte Drehmoment vermindert sich jedoch wegen der Reibwirkung der Formation auf den Bohrrohrstrang mit zunehmender Länge des Bohrrohrstranges, so daß vom Bohrrohrstrang auf das Gehäuse des Bohrwerkzeugs nur ein fortschreitend abnehmender Bruchteil des übertage eingeleiteten Drehmoment übertragen wird und als Gegendrehmoment für den Antriebsmotor zur Verfügung steht. Eine Erhöhung des übertage eingeleiteten Drehmoments ist aus Festigkeitsgründen nur begrenzt möglich.When drilling boreholes into underground formations with a drilling tool of the type mentioned, to reduce the friction between the formation and the drill pipe string and to apply a counter-torque for the housing of the drilling tool, the drill pipe string is usually directed in a right-hand direction and thus in the same direction as the direction of rotation of the drill bit Usually offset relatively slow rotation, which increases the speed of the drill bit generated by the drive motor of the drilling tool. However, the torque exerted by the drill pipe string on the housing of the drilling tool decreases due to the frictional effect of the formation on the drill pipe string with increasing length of the drill pipe string, so that only a progressively decreasing fraction of the torque introduced above ground is transmitted from the drill pipe string and as counter torque is available for the drive motor. An increase in the torque introduced above ground is only possible to a limited extent for reasons of strength.

Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem einer Verbesserung der Drehmomentbeaufschlagung von Bohrrohrstrang und Bohrwerkzeug. Sie löst das Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Hinsichtlich weiterer Ausgestaltungen wird auf die Ansprüche 2 bis 7 und 9 bis 15 verwiesen.The invention is concerned with the problem of improving the torque loading of the drill pipe string and drilling tool. It solves the problem by a method with the features of claim 1 and by a device with the features of claim 8. With regard to further refinements, reference is made to claims 2 to 7 and 9 to 15.

Verfahren und Vorrichtung nach der Erfindung verlegen bei gleicher maximaler Drehmomentbelastung des Bohrrohrstranges, die Einleitungsstelle für das den Bohrrohrstrang in Umdrehung versetzende Drehmoment an das bohrlochseitige Ende des Bohrrohrstranges mit der Folge, daß dort ein hohes Gegendrehmoment für die Beaufschlagung des Drehbohrmeißels zur Verfügung steht. Dies ermöglicht wesentlich höhere Bohrleistungen und die Erzielung höherer Reichweiten, da am obertägigen Ende des Bohrrohrstranges kein Restmoment als Gegendrehmoment benötigt wird und dementsprechend das gesamte, am bohrlochseitigen Ende in den Bohrrohrstrang zu dessen Umdrehung eingeleitete Drehmoment zur Reibkraftüberwindung eingesetzt werden kann.The method and device according to the invention, with the same maximum torque load on the drill pipe string, move the point of introduction for the torque setting the drill pipe string into rotation at the borehole end of the drill pipe string, with the result that there is a high counter-torque available for loading the rotary drill bit. This enables significantly higher drilling performance and the achievement of longer ranges, since no residual torque is required as counter-torque at the upper end of the drill pipe string and accordingly the entire torque introduced into the drill pipe string at the end of the borehole for its rotation can be used to overcome the frictional force.

Verfahren und Vorrichtung nach der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher veranschaulicht, in der eine Vorrichtung zum Abteufen einer Bohrung in unterirdische Formationen schematisch näher veranschaulicht ist.The method and device according to the invention are illustrated in more detail below with reference to a drawing, in which a device for sinking a borehole into underground formations is schematically illustrated in more detail.

Die dargestellte Vorrichtung umfaßt im einzelnen einen Bohrrohrstrang 1, der aus einzelnen, untereinander verbundene Bohrrohrabschnitten 2,3 zusammengesetzt wird und an seinem unteren Ende mit einem Bohrwerkzeug 4 verbunden ist. Im Gehäuse 5 des Bohrwerkzeugs 4 ist ein Antriebsmotor, vorzugsweise ein hydraulischer, mit Bohrspülung betriebener Antriebsmotor 6, untergebracht und abgestützt, dessen Antriebswelle 6' aus dem Gehäuse 5 unter einem kleinen spitzen Winkel zur Mittelachse des Gehäuses herausgeführt ist und an ihrem äußeren Ende einen Bohrmeißel 7 trägt.The device shown comprises in detail a drill pipe string 1, which is composed of individual, interconnected drill pipe sections 2, 3 and is connected at its lower end to a drilling tool 4. In the housing 5 of the drilling tool 4, a drive motor, preferably a hydraulic drive motor 6 operated with drilling fluid, is accommodated and supported, the drive shaft 6 'of which is led out of the housing 5 at a small acute angle to the central axis of the housing and a drill bit at its outer end 7 carries.

Die Bohrrohrabschnitte 2,3 können untereinander in herkömmlicher Weise durch Verschrauben verbunden sein, jedoch besteht auch die Möglichkeit, eine Verbindung 8 zwischen den Bohrrohrabschnitten 2,3 vorzusehen, die in beiden Drehrichtungen belastbar ist und beispielsweise als Keilverbindung ausgebildet ist, die durch eine Überwurfmutter 9 gesichert ist. Diese wird auf einen Außengewindeteil 10 des Bohrrohrabschnitts 3 aufgeschraubt, wie dies schematisch in der Einzelheit E1 näher veranschaulicht ist. Grundsätzlich ist jede Art einer in beiden Drehrichtungen belastbaren Verbindung einsetzbar.The drill pipe sections 2, 3 can be connected to one another in a conventional manner by screwing, but there is also the possibility of providing a connection 8 between the drill pipe sections 2, 3 that can be loaded in both directions of rotation and is designed, for example, as a wedge connection that is provided by a union nut 9 is secured. This is on an external thread part 10 of the drill pipe section 3 screwed on, as is illustrated schematically in detail E1. In principle, any type of connection that can be loaded in both directions of rotation can be used.

Der Bohrrohrstrang 1 erstreckt sich obertägig durch einen Übertageantrieb, beispielsweise einen schematisch bei 13 angedeuteten Drehtisch, mit dessen Hilfe der Bohrrohrsstrang 1 wahlweise in beiden Drehrichtungen antreibbar ist. Bevorzugt ist obertägig auch eine Übertagebremse vorgesehen, die schematisch bei 14 veranschaulicht ist und mit der Außenwandung des Bohrrohrstranges in einem obertägigen Bereich zusammenwirkt. Die Bremsvorrichtung kann beispielsweise eine mittels eines Hebels 12 gegen die Außenwandung des Bohrrohrstranges 1 einrückbare Bremsbacke 11 umfassen, wie dies in der Einzelheit E2 schematisch veranschaulicht ist, kann aber auch eine mit dem Drehantrieb 13 kombinierte Ausführung haben.The drill pipe string 1 extends above ground through an above-ground drive, for example a turntable indicated schematically at 13, with the aid of which the drill pipe string 1 can optionally be driven in both directions of rotation. A surface brake is also preferably provided above ground, which is illustrated schematically at 14 and interacts with the outer wall of the drill pipe string in an above ground area. The braking device can comprise, for example, a brake shoe 11 which can be engaged by means of a lever 12 against the outer wall of the drill pipe string 1, as is schematically illustrated in detail E2, but can also have a design combined with the rotary drive 13.

Wie der Zeichnung weiter entnommen werden kann, ist das Gehäuse 5 des Bohrwerkzeugs 4 mit einer Bremsvorrichtung 15 versehen, die, wie das in der Einzelheit E3 schematisch näher veranschaulicht ist, beispielsweise in Eingriff mit der Bohrlochwandung ausfahrbare Bremsglieder 16 aufweisen kann. Auch der Schaftteil des Bohrmeißels 7 kann mit einer Bremsvorrichtung 17 versehen sein, die gegen die Bohrlochwandung einrückbare Bremsglieder 16 umfaßt, wie sie in der Einzelheit in E3 schematisch angedeutet sind. Die Bremsglieder 16 können als Bremsbacken oder -rippen ausgeführt sein.As can be seen from the drawing, the housing 5 of the drilling tool 4 is provided with a braking device 15, which, as is schematically illustrated in detail in detail E3, can have extendable braking members 16, for example, in engagement with the borehole wall. The shaft part of the drill bit 7 can also be provided with a braking device 17, which comprises braking members 16 which can be engaged against the borehole wall, as are schematically indicated in detail in E3. The brake members 16 can be designed as brake shoes or ribs.

Der Bohrmeißel 7 ist bevorzugt mit Schneidgliedern 18 bzw. 19 besetzt, die einen Anstellwinkel 20 aufweisen, der zwischen einem kleinen negativen und einem kleinen positiven Wert liegen kann, wie dies die Einzelheit E4 andeutet. Eine solche Ausführung erbringt angesichts der hohen, zur Verfügung stehenden Antriebsleistung für den Bohrmeißel 7 einen weiteren Beitrag zu einem erhöhten Bohrfortschritt.The drill bit 7 is preferably equipped with cutting members 18 and 19, respectively, which have an angle of attack 20 which can be between a small negative and a small positive value, as indicated by the detail E4. In view of the high drive power available for the drill bit 7, such an embodiment makes a further contribution to increased drilling progress.

Der Antriebsmotor 6 des Bohrwerkzeugs 4 weist eine Auslegung für eine vergleichsweise höhere Leistung auf, so daß der Antriebsmotor zugleich den Bohrmeißel 7 in Rechtsdrehung und den Bohrrohrstrang 1 in Linksdrehung antreiben kann. Die Linksdrehung des Bohrrohrstranges 1 erfolgt vorteilhaft mit einer Geschwindigkeit, die einen Bruchteil der Drehgeschwindigkeit des Bohrmeißels 7 beträgt. Bei einem Richtbohrwerkzeug, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, wird der Bohrrohrstrang 1 in der Regel bei Geradeausbohrarbeiten in Linksdrehung versetzt.The drive motor 6 of the drilling tool 4 has a design for a comparatively higher output, so that the drive motor can simultaneously drive the drill bit 7 in a clockwise rotation and the drill pipe string 1 in a counterclockwise rotation. The counterclockwise rotation of the drill pipe string 1 advantageously takes place at a speed which is a fraction of the speed of rotation of the drill bit 7. In the case of a directional drilling tool, as shown in the drawing, the drill pipe string 1 is generally set to the left during straight drilling work.

In Fällen, in denen die Formation auf den Bohrrohrstrang 1 nur geringe Reibung ausübt, kann durch den Einsatz der Bremsvorrichtung 14 ein der Linksdrehung des Bohrrohrstranges 1 entgegenwirkendes Drehmoment erzeugt werden, das die fehlende, für den Aufbau eines erwünschten Gegendrehmoments am Gehäuse 5 des Bohrwerkzeugs 4 erforderliche Formationsreibung auf den Bohrrohrstrang 1 substituiert. Das über die Bremsvorrichtung 14 in den Bohrrohrstrang obertägig eingetragene Bremsmoment kann stufenlos verändert werden, um allen Gegebenheiten Rechnung zu tragen, und wird jedenfalls dann angelegt, wenn die Drehzahl der Linksdrehung des Bohrrohrstranges 1 einen vorgegebenen Höchstwert überschreitet.In cases in which the formation exerts only slight friction on the drill pipe string 1, the use of the brake device 14 can generate a torque counteracting the counterclockwise rotation of the drill pipe string 1, which torque lacks the counter torque that is required to build up a desired counter torque on the housing 5 of the drilling tool 4 required formation friction on the drill pipe string 1 substituted. The braking torque entered into the drill pipe string above ground in the course of the day can be changed continuously to take account of all circumstances, and is in any case applied when the speed of the counterclockwise rotation of the drill pipe string 1 exceeds a predetermined maximum value.

In Fällen, in denen die Formation eine sehr hohe Reibwirkung auf den Bohrrohrstrang ausübt, kann es wünschenswert sein, in den Bohrrohrstrang 1 obertägig ein in Linksdrehrichtung wirkendes Drehmoment durch den Antrieb 13 einzutragen, um den Antriebsmotor 6 im Bohrwerkzeug 4 zu unterstützen.In cases in which the formation exerts a very high frictional effect on the drill pipe string, it may be desirable to enter a torque acting in the left direction of rotation in the drill pipe string 1 above the surface by the drive 13 in order to support the drive motor 6 in the drilling tool 4.

Sofern aufgrund einer von der Formation auf den Bohrrohrstrang 1 ausgeübten geringen Reibung der Bohrrohrstrang 1 für sein Linksdrehen ein nur geringes Drehmoment benötigt, das als Gegendrehmoment für den Antrieb des Bohrmeißels bei einem gewünschten Bohrfortschritt nicht ausreicht, kann zusätzlich zum Einsatz der Bremsvorrichtung 14 oder anstelle eines Einsatzes dieser Bremsvorrichtung 14 die auf dem Gehäuse 5 des Bohrwerkzeugs 4 vorgesehene, aber auch an beliebiger Stelle des Bohrrohrstranges vorsehbare Bremsvorrichtung 15 in Betrieb gesetzt werden, um das für eine hohe Bohrleistung benötigte Gegendrehmoment für den Antriebsmotor 6 zu erzeugen. Der Einsatz der Bremsvorrichtung 15 hat dabei den Vorzug, daß die Drehzahl der Linksdrehung des Bohrrohrstranges 1 ohne die obertägige Beaufschlagung des Bohrrohrstranges 1 mit einem entsprechenden, von der Bremsvorrichtung 14 aufgebrachten Drehmoment reguliert werden kann. Auch die Bremsvorrichtung 15 kann als Drehzahlbegrenzer für den Bohrrohrstrang 1 eingesetzt werden.Insofar as, due to a slight friction exerted by the formation on the drill pipe string 1, the drill pipe string 1 needs only a small torque for its counter-clockwise rotation, which is not sufficient as a counter-torque for driving the drill bit in the case of a desired drilling progress, the brake device 14 can be used instead of or instead of one Use of this Braking device 14, the braking device 15 provided on the housing 5 of the drilling tool 4, but which can also be provided at any point on the drill pipe string, is put into operation in order to generate the counter-torque required for the drive motor 6 for a high drilling performance. The use of the brake device 15 has the advantage that the speed of the counterclockwise rotation of the drill pipe string 1 can be regulated without the surface application of the drill pipe string 1 with a corresponding torque applied by the brake device 14. The braking device 15 can also be used as a speed limiter for the drill pipe string 1.

Ergibt sich, daß der Bohrrmeißel 7 keinen hinreichenden Widerstand in der Formation findet, um ein zur Linksdrehung des Bohrrohrstranges 1 benötigtes Drehmoment als Gegendrehmoment zu erzeugen, so kann mit Hilfe der Bremsvorrichtung 17 auf dem Schaft des Drehbohrmeißels 7 infolge der Bremswirkung gegenüber der Bohrlochwandung ein benötigtes Drehmoment aufgebaut werden, das als Gegendrehmoment für den Antrieb des Bohrrohrstranges 1 dienen kann. Auch die Bremsvorrichtung 17 ist wie schon die Bremsvorrichtungen 14 und 15 stufenlos regulierbar, so daß über die Bremsvorrichtungen 14,15,17 einzelnen oder gemeinsam eine Feinabstimmung der jeweils wünschenswerten Drehmomentbeaufschlagung von Bohrmeißel 7 und Bohrrohrstrang 1 herbeigeführt werden kann.It turns out that the drill bit 7 does not find sufficient resistance in the formation to generate a torque required for the counterclockwise rotation of the drill pipe string 1 as counter torque, the brake device 17 on the shaft of the rotary drill bit 7 can, due to the braking action against the borehole wall, cause a required one Torque are built up, which can serve as a counter-torque for driving the drill string 1. The braking device 17, like the braking devices 14 and 15, is infinitely adjustable, so that the braking devices 14, 15, 17 can be used individually or together to fine-tune the respectively desirable torque loading of the drill bit 7 and drill pipe string 1.

Würde beispielsweise bei einem konventionellen Abteufen einer Bohrung der obertägige Antrieb 13 einen Bohrrohrstrang 1 in Rechtsdrehung mit einer Drehzahl von 60 UpM antreiben, würde ferner der Antriebsmotor 6 des Bohrgerätes 4 den Bohrmeißel 7 relativ zum Gehäuse 5 mit 200 UpM in Rechtsdrehung versetzen, und würde obertägig der Bohrrohrstrang 1 mit einem Drehmoment von 40.000 Nm beaufschlagt, von dem wegen der Reibung des Bohrrohrstranges 1 in der Formation am Übergang zum Gehäuse 5 des Bohrwerkzeugs 4 noch 10.000 Nm verbleiben, so würde die Antriebsleistung an dem mit 260 UpM gegenüber der Formation in Rechtsdrehung umlaufenden Bohrmeißel 7 272 kW betragen.If, for example, in a conventional sinking of a bore, the above-ground drive 13 drives a drill pipe string 1 in clockwise rotation at a speed of 60 rpm, the drive motor 6 of the drilling device 4 would also set the drill bit 7 in clockwise rotation relative to the housing 5 and would become above-ground the drill string 1 with a torque of 40,000 Nm, of which due to the friction of the Drill pipe string 1 in the formation at the transition to the housing 5 of the drilling tool 4 still has 10,000 Nm, so the drive power on the drill bit rotating at 260 rpm compared to the formation in clockwise rotation would be 7 272 kW.

Treibt der Antriebsmotor 6 des Bohrwerkzeugs 4 hingegen den Bohrrohrstrang 1 mit 20 UpM in Linksdrehung den Bohrmeißel 7 in bezug auf das Gehäuse 5 des Bohrwerkzeugs 4 mit 200 UpM in Rechtsdrehung an, und beaufschlagt der Antriebsmotor 6 dabei den Bohrrohrstrang 1 mit einem Drehmoment von 40.000 Nm, von denen wegen der Reibung des Bohrrohrstranges 1 in der Formation am obertägigen Ende noch 10.000 Nm zur Verfügung stehen, so beträgt die Antriebsleistung an dem relativ zur Formation mit 180 UpM in Rechtsdrehung umlaufenden Bohrmeißel 7 754 kW.In contrast, the drive motor 6 of the drilling tool 4 drives the drill pipe string 1 at 20 rpm in a counterclockwise rotation, the drill bit 7 with respect to the housing 5 of the drilling tool 4 at 200 rpm in a clockwise rotation, and the drive motor 6 thereby applies a torque of 40,000 Nm to the drill pipe string 1 , of which 10,000 Nm are still available due to the friction of the drill pipe string 1 in the formation at the surface end, the drive power on the drill bit rotating relative to the formation at 180 rpm in clockwise rotation is 7 754 kW.

Wird schließlich der Bohrrohrstrang vom Antriebsmotor 6 des Bohrgerätes 4 mit 60 UpM in Linksdrehung angetrieben, so beträgt bei unverändert am unteren und oberen Ende des Bohrrohrstranges 1 anliegenden Drehmomenten die Leistung an einem mit 140 UpM relativ zur Formation in Rechtsdrehung umlaufenden Bohrmeißel 7 586 kW und damit immerhin noch etwa das Doppelte der bei herkömmlicher Rechtsdrehung des Bohrrohrstranges 1 von übertage her an den Bohrmeißel 7 anlegbaren Antriebsleistung.Finally, if the drill pipe string is driven by the drive motor 6 of the drilling device 4 at 60 rpm in a counterclockwise rotation, the torque at a lower and upper end of the drill pipe string 1 is 7 586 kW and thus at a speed of 7 586 kW rotating at 140 rpm relative to the formation in a clockwise rotation at least about twice the drive power that can be applied to the drill bit 7 from above during conventional clockwise rotation of the drill pipe string 1.

Da am oberen Ende des Bohrrohrstranges 1 beim erfindungsgemäßen Verfahren kein Restdrehmoment anliegen muß, wie es beim herkömmlichen Verfahren mit übertägigen Rechtsdrehen des Bohrrohrstranges 1 am unteren Ende als Gegendrehmoment benötigt wird, können bei gleicher Maximalbelastung des Bohrrohrstranges Bohrungen mit erheblich größerer Reichweite abgeteuft werden.Since no residual torque is required at the upper end of the drill pipe string 1 in the method according to the invention, as is required as counter torque at the lower end in the conventional method with above-right turning of the drill pipe string 1, bores with a considerably greater range can be sunk with the same maximum load on the drill pipe string.

Claims (15)

Verfahren zum Abteufen einer Bohrung in unterirdische Formationen durch ein mit dem sohlenseitigen Ende eines rotierend angetriebenen Bohrrohrstranges verbundenes Bohrwerkzeug, insbesondere Richtbohrwerkzeug, mit einem in dessen Gehäuse untergebrachten Antriebsmotor für den Bohrmeißel des Bohrwerkzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrrohrstrang durch den Antriebsmotor des Bohrwerkzeugs in Linksdrehung rotierend angetrieben wird.Method for sinking a hole into underground formations by means of a drilling tool, in particular directional drilling tool, connected to the bottom end of a rotatingly driven drill pipe string, with a drive motor for the drill bit of the drilling tool accommodated in the housing thereof, characterized in that the drill pipe string is rotated to the left by the drive motor of the drilling tool is driven in rotation. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Linksdrehbewegung des Bohrrohrstrangs einen Bruchteil der Drehgeschwindigkeit des Bohrmeißels beträgt.A method according to claim 1, characterized in that the speed of the counter-clockwise rotation of the drill pipe string is a fraction of the speed of rotation of the drill bit. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrrohrstrang in einem obertägigen Bereich abgebremst wird.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the drill pipe string is braked in an area above ground. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrrohrstrang in einem untertägigen Bereich gegenüber dem Bohrloch abgebremst wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the drill pipe string is braked in an underground area opposite the borehole. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse des Bohrwerkzeugs gegenüber dem Bohrloch abgebremst wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the outer housing of the drilling tool is braked relative to the borehole. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrmeißel im Bereich seines Schaftes gegenüber dem Bohrloch abgebremst wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the drill bit is braked in the region of its shaft relative to the borehole. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbremsung des Bohrrohrstranges bei Überschreiten einer vorgegebenen Höchstdrehzahl der Linksdrehung eingeschaltet wird.Method according to one of claims 3 to 5, characterized in that the braking of the drill pipe string is switched on when a predetermined maximum speed of the left turn is switched on. Vorrichtung zum Abteufen einer Bohrung in unterirdische Formationen, mit einem rotierend antreibbaren Bohrrohrstrang (1) und einem Bohrwerkzeug (4), insbesondere Richtbohrwerkzeug, das mit dem sohlenseitigen Ende des Bohrrohrstranges (1) verbindbar und mit einem im Gehäuse (5) des Bohrwerkzeugs (4) angeordneten Antriebsmotor für den Bohrmeißel (7) des Bohrwerkzeugs (4) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (6) des Bohrwerkzeugs (4) für den Antrieb des Bohrmeißels (7) in Rechtsdrehung und einen gleichzeitigen Drehantrieb des Bohrrohrstranges (1) in Linksdrehung ausgelegt ist.Device for sinking a borehole into underground formations, with a drill pipe (1) which can be driven in rotation and a drilling tool (4), in particular directional drilling tool, which can be connected to the bottom end of the drill pipe string (1) and with one in the housing (5) of the drilling tool (4 ) arranged drive motor for the drill bit (7) of the drilling tool (4), characterized in that the drive motor (6) of the drilling tool (4) for driving the drill bit (7) in clockwise rotation and a simultaneous rotary drive of the drill pipe string (1) is designed clockwise. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrmeißel (7) mit Schneidgliedern (18;19) mit einem Anstellwinkel (20) besetzt ist, der zwischen einem kleinen negativen und einem kleinen positiven Wert liegt.Device according to Claim 8, characterized in that the drill bit (7) is equipped with cutting members (18; 19) with an angle of attack (20) which lies between a small negative and a small positive value. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrrohrstrang (1) aus untereinander durch Verbindungsmittel (8;9,10,11,12) in beiden Drehrichtungen belastbar gekuppelten Rohrabschnitten (2,3) besteht.Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that the drill pipe string (1) consists of pipe sections (2, 3) coupled to one another in both directions of rotation by connecting means (8; 9, 10, 11, 12). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaffteil des Bohrmeißels (7) mit einer Bremsvorrichtung (17) mit gegen die Bohrlochwandung einrückbaren Bremsgliedern (16) versehen ist.Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the sheep portion of the drill bit (7) is provided with a braking device (17) with braking members (16) which can be inserted against the borehole wall. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) des Bohrwerkzeugs (4) mit einer Bremsvorrichtung (15) mit gegen die Bohrlochwandung einrückbaren Bremsgliedern (16) versehen ist.Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the housing (5) of the drilling tool (4) is provided with a braking device (15) with braking members (16) which can be inserted against the borehole wall. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsvorrichtung (15;17) in Eingriff mit der Bohrlochwandung ausfahrbare Bremsbacken aufweist.Device according to one of claims 11 or 12, characterized in that the braking device (15; 17) has extendable brake shoes in engagement with the borehole wall. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, gekennzeichnet durch eine mit der Außenwandung des Bohrrohrstranges (1) in einem obertägigen Bereich zusammenwirkende, ortsfest abgestützte Bremsvorrichtung (14).Device according to one of claims 8 to 13, characterized by a brake device (14) which is supported in a stationary manner and cooperates with the outer wall of the drill pipe string (1) in an above-ground area. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, gekennzeichnet durch einen obertägigen Drehantrieb (13) für den Bohrrohrstrang (1), durch den der Bohrrohrstrang (1) wahlweise in Links- oder Rechtsdrehung versetzbar ist.Device according to one of claims 8 to 14, characterized by an above-ground rotary drive (13) for the drill pipe string (1), by means of which the drill pipe string (1) can be rotated either left or right.
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