EP0893571A2 - Vorrichtung zur Steuerung eines Bohrgestänges - Google Patents

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EP0893571A2
EP0893571A2 EP98113448A EP98113448A EP0893571A2 EP 0893571 A2 EP0893571 A2 EP 0893571A2 EP 98113448 A EP98113448 A EP 98113448A EP 98113448 A EP98113448 A EP 98113448A EP 0893571 A2 EP0893571 A2 EP 0893571A2
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EP
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drill
control housing
outer linkage
eccentric
pipe
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Werner Vorhoff
Olof Dahle
Klaus Wahrmann
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Deutsche Montan Technologie GmbH
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DMT GmbH and Co KG
DMT Gesellschaft fuer Forschung und Pruefung mbH
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    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/07—Telescoping joints for varying drill string lengths; Shock absorbers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/12—Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor using drilling pipes with plural fluid passages, e.g. closed circulation systems
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • 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
    • 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
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling a A drill pipe according to the preamble of claim 1.
  • Such a device is known from DE 41 04 992 C2.
  • this device there is an eccentric guide in the front area, d. H. in the first tube of the outer rod intended.
  • the drill string can be turned by turning this eccentric leadership can be brought into a position which is necessary or desired for the directional corrections if the drill head deviates from the intended one Direction.
  • the outer linkage is adjusted accordingly necessary amount rotated, which at the same time the eccentric guide turns the drill pipe in the new intended location. That way the desired course of the borehole is made and the previous one Borehole course to be corrected.
  • This device must also be used when the drill hole is straight a control take place.
  • the invention has for its object a device to control a drill pipe to create the straight Borehole management does not require a control process but only requires a correction if a deviation from the target rate is determined.
  • the eccentricity can be changed by an axial displacement of the outer linkage.
  • the axial displacement is converted into a rotary movement.
  • both the drill pipe in the control housing is eccentrically guided as well as the control housing in the The outer linkage is mounted eccentrically, the changes Guiding the drill pipe through an overlay of the two Eccentricities.
  • the control housing is for a straight borehole so arranged in the outer linkage that the eccentric Storage of the control housing in the outer linkage and the eccentric guidance of the drill pipe through the Overlay the control housing in such a way that the drill pipe is centered is arranged to the outer linkage.
  • the two eccentricities thus cancel each other out.
  • This device is suitable for controlling the drill pipe for all soil classes.
  • the device is suitable especially for bores where a straight line Borehole course is desired, such.
  • the drill is either in a starting pit or set up and aligned directly in the basement.
  • the drilling is first started in the position in which the drill pipe is arranged centrally to the outer pipe is. Only if there is a deviation from the straight borehole course the axial displacement of the Outer linkage.
  • a skid can be arranged on the outer linkage.
  • control housing there are recesses for flushing away available. So that these recesses do not go through coarser particles are added is in a further training the invention behind the drill bit one or more Wing provided. These wings are on the inside bore assigned to the outer linkage webs, which is a shredding ensure the larger drilling particles. A clogging of the Exceptions are no longer possible. A flushing removal is guaranteed at all times.
  • the control housing arranged is bores with the device according to the invention advantageously combined with the placement of empty pipes become.
  • FIG. 1 is the front part of a drill pipe 1 with an inner channel 2 for the rinse water supply and a drill bit 7 and an outer rod 3 in two different Positions shown.
  • the drill bit 7 with its outer diameter 8 arranged centrally to the outer linkage.
  • the lower Longitudinal section shows a position at which the drill bit 7 with its outer diameter 8 eccentric to the outer rod is arranged.
  • control housing 4 In the outer linkage 3 is a control housing 4 with a Guide groove 5 arranged.
  • the control housing 4 is through a spacer tube 9 with a fitting ring 10 in the outer linkage 3 held. Both the outer linkage 3 and that Control housing 4 has an eccentric bore. Thereby the control housing 4 in the outer linkage 3 is eccentric stored and the drill string 1 is in the control housing 4 eccentrically guided.
  • the control housing 4 In the upper longitudinal section 1, the control housing 4 is such in the outer linkage 3 arranged that the eccentric storage of the Control housing 4 in the outer linkage 3 and the eccentric Guiding the drill pipe 1 through the control housing 3 so overlay that the drill string 1 with the drill bit of 7 is arranged centrally to the outer linkage 3. By this arrangement becomes a straight hole when drilling achieved.
  • FIG. 1 A result of the axial displacement of the outer linkage 3 is shown in the lower longitudinal section of FIG. 1.
  • the outer linkage 3 is axial from the drill bit 7 to the right been postponed.
  • the drill pipe 1 is now arranged eccentrically to the outer linkage 3.
  • the outside diameter 8 of the cores 7 coincide in the lower part that of the outer linkage, while on the opposite Side the drill bit 7 accordingly opposite Projecting outer linkage.
  • control housing 4 In the control housing 4 are recesses 11 and 12 for the Rinsing removal provided. Are on the drill string 1 7 wings 14 and 15 arranged behind the drill bit. In the front The area of the outer linkage 3 is webs 16 and 17 intended. With this arrangement, during the drilling process larger drilling particles in the returned rinse water crushed. Clogging of the recesses 11 and 12 is no longer possible.
  • a skid 13 can be arranged on the outer linkage 3 be in soft rock or soil according to the invention Drilling control supported.
  • FIG. 4 shows the arrangement of the invention Drilling control on a drill carriage 20 out.
  • the rotating bracket 21 is via a carriage 25 with a gear 28 and a hydraulic motor 29 existing slewing gear connected.
  • a cylinder 26 with a piston 27 By means of a cylinder 26 with a piston 27 the outer linkage 3 by means of the rotatable bracket 21 move axially.

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Abstract

Vorrichtung zur Steuerung eines Bohrgestänges mit einem das Bohrgestänge umgebenden Außengestänge, das an dem Bohrkopf zugewandten Ende eine das Bohrgestänge umfassende Exzentrische Führung aufweist, wobei ein Steuergehäuse (4) mit einer Führungsnut (5), in die ein Führungsstift (6) greift, exzentrisch und derart drehbar in dem Außengestänge (3) gelagert ist, daß einer Axialverschiebung des Außengestänges (3) eine Veränderung der Führung des Bohrgestänges (1) bewirkt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Bohrgestänges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 41 04 992 C2 bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist eine exzentrische Führung im vorderen Bereich, d. h. im ersten Rohr des Außengestänges vorgesehen. Das Bohrgestänge kann durch Drehen dieser exzentrischen Führung jeweils in eine Lage gebracht werden, die notwendig bzw. gewünscht ist für die Richtungskorrekturen beim Abweichen des Bohrkopfes von der vorgesehenen Richtung. Dazu wird das Außengestänge entsprechend um den notwendigen Betrag gedreht, wodurch sich gleichzeitig auch die exzentrische Führung dreht, die damit das Bohrgestänge in die neue vorgesehene Lage bringt. Auf diese Weise kann der gewünschte Bohrlochverlauf hergestellt und der bisherige Bohrlochverlauf korrigiert werden.
Bei dieser Vorrichtung muß auch bei gerader Bohrlochführung eine Steuerung erfolgen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Steuerung eines Bohrgestänges zu schaffen, die bei gerader Bohrlochführung einen Steuervorgang nicht erfordert, sondern nur dann eine Korrektur erforderlich macht, wenn eine Abweichung vom Sollkurs festgestellt wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung erfolgen gemäß den Merkmalen der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird zur Steuerung des Bohrgestänges eine veränderbare Exzentrizität geschaffen. Die Exzentrizität ist veränderbar durch eine Axialverschiebung des Außengestänges. Über die Führungsnut, in die der Führungsstift greift, wird die Axialverschiebung in eine Drehbewegung umgesetzt. Da sowohl das Bohrgestänge in dem Steuergehäuse exzentrisch geführt wird als auch das Steuergehäuse in dem Außengestänge exzentrisch gelagert ist, verändert sich die Führung des Bohrgestänges durch eine Überlagerung der beiden Exzentrizitäten.
Bei einem geradlinigen Bohrlochverlauf ist das Steuergehäuse derart in dem Außengestänge angeordnet, daß sich die exzentrische Lagerung des Steuergehäuses in dem Außengestänge und die exzentrische Führung des Bohrgestänges durch das Steuergehäuse derart überlagern, daß das Bohrgestänge zentrisch zu dem Außengestänge angeordnet ist. Die beiden Exzentrizitäten heben sich somit auf. Bei einem geraden Bohr lochverlauf muß ein Steuervorgang nicht erfolgen. Erst wenn eine Abweichung von dem geraden Bohrlochverlauf festgestellt wird, muß eine Korrektur erfolgen.
Diese Vorrichtung zur Steuerung des Bohrgestänges eignet sich für alle Bodenklassen. Die Vorrichtung eignet sich insbesondere für Bohrungen, bei denen ein geradliniger Bohrlochverlauf gewünscht ist, so z. B. Hausanschlußbohrungen. Dabei wird das Bohrgerät entweder in einer Startgrube oder direkt in dem Keller aufgestellt und ausgerichtet.
Die Bohrung wird zunächst in der Stellung begonnen, in der das Bohrgestänge zu dem Außengestänge zentrisch angeordnet ist. Erst bei Abweichung von dem geradlinigen Bohrlochverlauf erfolgt eine Korrektur durch die Axialverschiebung des Außengestänges.
Zur Unterstützung der Steuerung in weichem Gestein bzw. Boden kann eine Kufe an dem Außengestänge angeordnet werden.
In dem Steuergehäuse sind Ausnehmungen für den Spülungsabtransport vorhanden. Damit diese Ausnehmungen nicht durch gröbere Partikel zugesetzt werden, ist in einer Weiterbildung der Erfindung hinter der Bohrkrone ein oder mehrere Flügel vorgesehen. Diesen Flügeln sind an der Innenbohrung des Außengestänges Stege zugeordnet, die eine Zerkleinerung der größeren Bohrpartikel gewährleisten. Ein Verstopfen der Ausnehmungen ist nicht mehr möglich. Ein Spülungsabtransport ist zu jeder Zeit gewährleistet.
Da bei der Vorrichtung zur Steuerung des Bohrgestänges in dem vorderen Bereich, d. h. in dem ersten Rohr des Außengestänges ein weiteres Rohr, d. h. das Steuergehäuse angeordnet ist, können Bohrungen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft mit dem Setzen von Leerrohren kombiniert werden. Dabei werden die Rohre des Außengestänges hinter dem ersten Rohr des Außengestänges durch Leerrohre, die üblicherweise in Kunststoff ausgeführt sind, ersetzt. Nachdem die Bohrung die Zielgrube erreicht hat, wird die Bohrkrone, das Steuergehäuse und das erste Rohr des Außengestänges entfernt und das Bohrgestänge herausgezogen, während die Leerrohre im Bohrloch verbleiben.
Bei dieser Art der Bohrung ist nur ein Arbeitsgang erforderlich. Außerdem wird das Bohrloch durch das Leerrohr, das gleichzeitig als Schutzrohr dient, stabilisiert. Das Durchbohren von Sandschichten ist somit ohne weiteren Aufwand möglich.
Die vorgenannten, sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen, erfinderungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen hinsichtlich ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so daß die in dem jeweiligen Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - bevorzugte Ausführungsformen für die Vorrichtung zur Steuerung eines Bohrgestänges dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1
einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung,
Figur 2
eine Teilansicht des Steuergehäuses,
Figur 3
einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und
Figur 4
eine Bohrlafette mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In der Fig. 1 ist der vordere Teil eines Bohrgestänges 1 mit einem Innenkanal 2 für die Spülwasserzuführung sowie einer Bohrkrone 7 und einem Außengestänge 3 in zwei unterschiedlichen Positionen dargestellt. In dem oberen Längsschnitt ist die Bohrkrone 7 mit ihrem Außendurchmesser 8 zentrisch zu dem Außengestänge angeordnet. Der untere Längsschnitt zeigt eine Position bei der die Bohrkrone 7 mit ihrem Außendurchmesser 8 exzentrisch zu dem Außengestänge angeordnet ist.
In dem Außengestänge 3 ist ein Steuergehäuse 4 mit einer Führungsnut 5 angeordnet. Das Steuergehäuse 4 wird durch ein Distanzrohr 9 mit einem Passring 10 in dem Außengestänge 3 gehalten. Sowohl des Außengestänge 3 als auch das Steuergehäuse 4 weist eine exzentrische Bohrung auf. Dadurch ist das Steuergehäuse 4 in dem Außengestänge 3 exzentrisch gelagert und das Bohrgestänge 1 wird in dem Steuergehäuse 4 exzentrisch geführt. In dem oberen Längsschnitt der Fig. 1 ist das Steuergehäuse 4 derart in dem Außengestänge 3 angeordnet, daß sich die exzentrische Lagerung des Steuergehäuses 4 in dem Außengestänge 3 und die exzentrische Führung des Bohrgestänges 1 durch das Steuergehäuse 3 so überlagern, daß das Bohrgestänge 1 mit der Bohrkrone der 7 zentrisch zu dem Außengestänge 3 angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird beim Bohren ein gerader Bohrlochverlauf erzielt.
Wenn eine Abweichung vor dem geraden Bohrlochverlauf festgestellt wird, kann eine Korrektur durch die erfindungsgemäß Bohrsteuerung erfolgen. Dabei wird das Außengestänge 3 axial verschoben. Diese Axialverschiebung wird durch die Führungsnut 5 des Steuergehäuses 4, in die ein Führungsstift 6 greift, in eine Drehbewegung umgesetzt. Dadurch verändert sich sowohl die exzentrische Lagerung des Steuergehäuses 4, in dem Außengestänge 3, als auch die exzentrische Führung des Bohrgestänges 1 durch das Steuergehäuse 4. Durch Drehung des Außengestänges 3 wird die Richtung der Korrektur eingestellt.
Ein Ergebnis der Axialverschiebung des Außengestänges 3 ist in dem unteren Längsschnitt der Fig. 1 dargestellt. Das Außengestänge 3 ist von der Bohrkrone 7 nach rechts axial verschoben worden. Dadurch ist das Bohrgestänge 1 nunmehr exzentrisch zu dem Außengestänge 3 angeordnet. Der Außendurchmesser 8 der Bohrkorone 7 stimmt im unteren Teil mit dem des Außengestänges überein, während auf der gegenüberliegenden Seite die Bohrkrone 7 entsprechend gegenüber dem Außengestänge übersteht.
In dem Steuergehäuse 4 sind Ausnehmungen 11 und 12 für den Spülungsabtransport vorgesehen. An dem Bohrgestänge 1 sind hinter der Bohrkrone 7 Flügel 14 und 15 angeordnet. Im vorderen Bereich des Außengestänges 3 sind Stege 16 und 17 vorgesehen. Durch diese Anordnung werden während des Bohrvorganges größere Bohrpartikel in dem zurückgeführten Spülwasser zerkleinert. Ein Verstopfen der Ausnehmungen 11 und 12 ist somit nicht mehr möglich.
Außerdem kann an dem Außengestänge 3 eine Kufe 13 angeordnet sein, die in weichem Gestein oder Boden die erfindungsgemäß Bohrsteuerung unterstützt.
In der Fig. 2 ist die Anordnung der Führungsnut 5 an dem Steuergehäuse 4 dargestellt. Durch die axiale Verschiebung des Außengestänges 3 wird durch den Führungsstift 6, der in die Führungsnut 5 greift, das Steuergehäuse 4 in eine Drehbewegung versetzt, wodurch sich die Exzentrizitäten verändern.
In der Fig. 3 sind in einem Querschnitt unterschiedliche Anordnungen des Bohrgestänges in dem Außengestänge dargestellt. Die Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in der Fig. 1. In dem linken Querschnitt ist das Bohrgestänge 1 zentrisch zu dem Außengestänge 3 angeordnet. Der Führungsstift 6 befindet sich in einer Endposition in der Führungsnut 5. Durch Axialverschiebung des Außengestänges wandert der Führungsstift in die gegenüberliegende Endposition in der Führungsnut 5. In dieser Position addieren sich die Exzentrizitäten des Außengestänges 3 und des Steuergehäuses 4 derart, daß eine maximal exzentrische Anordnung erreicht wird.
Aus der Fig. 4 geht die Anordnung der erfindungsgemäßen Bohrsteuerung auf eine Bohrlafette 20 hervor. Das Bohrgestänge 1 mit der Bohrkrone 7 und dem Außengestänge 3 ist mit einer drehbaren Halterung 21 und einer Führung 22 zwischen Stützplatten 23 und 24 angeordnet. Die drehbare Halterung 21 ist über einen Schlitten 25 mit dem aus einem Getriebe 28 und einem Hydraulikmotor 29 bestehenden Drehwerk verbunden. Durch einen Zylinder 26 mit Kolben 27 läßt sich das Außengestänge 3 mittels der drehbaren Halterung 21 axial verschieben.
Bezugszeichenliste
1
Bohrgestänge
2
Innenkanal
3
Außengestänge
4
Steuergehäuse
5
Führungsnut
6
Führungsstift
7
Bohrkrone
8
Außendurchmesser
9
Distanzrohr
10
Passring
11
Ausnehmungen
12
Ausnehmungen
13
Kufe
14
Flügel
15
Flügel
16
Steg
17
Steg
20
Bohrlafette
21
Halterung
22
Führung
23
Stützplatte
24
Stützplatte
25
Schlitten
26
Zylinder
27
Kolben
28
Getriebe
29
Hydraulikmotor

Claims (5)

  1. Vorrichtung zur Steuerung eines Bohrgestänges mit einem das Bohrgestänge umgebenden Außengestänge, das an dem Bohrkopf zugewandten Ende eine das Bohrgestänge umfassende exzentrische Führung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuergehäuse (4) mit einer Führungsnut (5), in die ein Führungsstift (6) greift, exzentrisch und derart drehbar in dem Außengestänge (3) gelagert ist, daß eine Axialverschiebung des Außengestänges (3) eine Veränderung der Führung des Bohrgestänges (1) bewirkt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergehäuse (4) derart in dem Außengestänge (3) angeordnet ist, daß sich die exzentrische Lagerung des Steuergehäuses (4) in dem Außengestänge (3) und die exzentrische Führung des Bohrgestänges (1) durch das Steuergehäuse (4) so überlagern, daß das Bohrgestänge (1) zentrisch zu dem Außengestänge (3) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gezeichnet, daß an dem Außengestänge (3) eine Kufe (13) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Bohrkrone (7) Flügel (14, 15) vorgesehen sind und die Innenbohrung des Außengestänges (3) Stege (16, 17)aufweist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengestänge (3) hinter dem Steuergehäuse (4) als Leerrohr ausgebildet ist.
EP98113448A 1997-07-23 1998-07-18 Vorrichtung zur Steuerung eines Bohrgestänges Expired - Lifetime EP0893571B1 (de)

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