WO2001029371A1 - Device for the progress-controlled drilling of bores - Google Patents

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WO2001029371A1
WO2001029371A1 PCT/EP2000/010163 EP0010163W WO0129371A1 WO 2001029371 A1 WO2001029371 A1 WO 2001029371A1 EP 0010163 W EP0010163 W EP 0010163W WO 0129371 A1 WO0129371 A1 WO 0129371A1
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control
magnetic field
housing
inclination
drilling
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PCT/EP2000/010163
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Inventor
Werner Vorhoff
Dagobert Feld
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Dmt Welldone Drilling Services Gmbh
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    • 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
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/01—Devices for supporting measuring instruments on drill bits, pipes, rods or wirelines; Protecting measuring instruments in boreholes against heat, shock, pressure or the like
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B47/00—Survey of boreholes or wells
    • E21B47/02—Determining slope or direction
    • E21B47/022—Determining slope or direction of the borehole, e.g. using geomagnetism
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    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/06—Deflecting the direction of boreholes

Definitions

  • the invention relates to a device for the drilling of course-controlled bores, with a drivable rotary drill pipe and a drilling device connected to the rotary drill pipe.
  • a boring bar rotatably mounted in a non-rotatable housing and a drilling tool connected to the boring bar, the housing having control ribs which are adjustable by means of actuating cylinders, and in the housing control valves for controlling the actuating cylinders, inclinometers for determining inclination values and, if appropriate Generator for the power supply of the electrically actuable control valves, inclinometers and the like are arranged.
  • Devices for drilling holes of this type are known in which, in order to transmit the values determined by the inclinometers to a control station arranged at the mouth of the borehole, telemetric devices are provided on the drilling device and on the control station or a combined measuring control cable is laid between the drilling device and the control station is (see DE 30 00 239).
  • telemetric devices are provided on the drilling device and on the control station or a combined measuring control cable is laid between the drilling device and the control station is (see DE 30 00 239).
  • any inclination and consequently Determine the oblique bore of the drill but there is no control of the direction and consequently the position of the drill in the room. For this reason, attempts have already been made to equip the rotary drill pipe with magnetic field meters in order to determine the position of the drilling device in the earth's magnetic field as a reference.
  • the invention has for its object to provide a device for drilling course-controlled bores of the embodiment described above, which ensures a uniform and exact borehole course, so that a perfect borehole piping is possible even while realizing narrow boreholes.
  • magnetic Field meters are arranged for determining directional values as a function of the earth's magnetic field
  • a control circuit for multivariable control is provided for controlling the actuating cylinders via the control valves, to which the controlled variables inclination and direction are supplied by the inclinometers and the magnetic field meters, and in which these controlled variables with the setpoint specification Inclination / direction are compared, and that in the event of deviations, the changed output variables of the controller or controllers serve as control signals for the control valves.
  • the housing and the boring bar mounted therein are made of non-magnetizable steel or austenitic steel, so that any negative influence or interference with the magnetic field measurement is excluded.
  • a magnetic field measurement in three spatial directions is sufficient to clearly determine the exact position of the housing and consequently of the drill in the earth's magnetic field as a reference.
  • the GE- succeeds with regard to the inclination of the drill with the help of the inclinometer, which, like the magnetic field meters, is designed as sensors.
  • the control variables determined by the inclinometers and magnetic field meters are fed to the control circuit and compared with the setpoint value inclination / direction.
  • the changed output variables of the controller or controllers are used as control signals for the control valves, with the aid of which consequently the control cylinders and thereby the control heads are adjusted to comply with the setpoint value inclination / direction. In this way, uniform and exact boreholes can be produced without directional fluctuations, so that even narrow boreholes can be cased perfectly.
  • other controlled variables such as, for. B. temperature, geological parameters or the like, because the control loop is set up for multivariable control.
  • a compensation module coupled to the magnetic field sensors is arranged in the housing. The compensation module is used to compensate for factors influencing the earth's magnetic field, such as: B. by its own magnetic field generating devices, which can be the generator and the control valves.
  • a first data transmitter and a first data receiver are arranged in the housing, and that a parallel hole is drilled into an existing hole, a driving rod with a second data transmitter in the existing hole and a second data receiver is guided. Then a flow-controlled hole can be bring, which is controlled from an existing hole, as it were, because there is a constant exchange of information between the first data transmitter in the hole to be drilled and the second data receiver in the existing hole.
  • the mutual exchange of data ensures an exact borehole course for the borehole to be drilled.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail from the object according to FIG. 1 in the area of the drilling device
  • FIG. 3 shows a schematic section AA through the object according to FIG. 2,
  • Fig. 4 shows a control circuit for two-size control in a schematic representation
  • Fig. 5 shows the drilling of a hole based on an existing hole.
  • a device for bringing down controlled bores which is used for digestion of mine fields, oil fields or the like.
  • this device has a rotary drill pipe 1 that can be driven from the mouth of the borehole and a drilling device 2 connected to the rotary drill pipe 1.
  • the drilling device 2 has a non-rotatable housing 3 and a boring bar 4 rotatably mounted in the non-rotating housing 3.
  • the rotary drill rod 1 and the boring bar 4 also have a flushing channel 6.
  • the housing 3, which is made of non-magnetic steel, has on its outside control ribs 7 which extend in the drilling direction and are adjustable by means of actuating cylinders 8.
  • Control valves 9 for controlling the actuating cylinders 8 are arranged in the housing.
  • inclinometer 10 for determining inclination values for the drilling device 2 are located in the housing 3.
  • a generator 11 is provided for the power supply of the electrically actuable control valves 9, inclinometer 10 and other electrically actuatable units.
  • a control circuit 13 is provided for a multivariable control, to which the controlled variables inclination and direction are fed by the inclinometers 10 and the magnetic field meters 12 and in which these controlled variables are compared with the setpoint specification inclination / direction.
  • the changed output variables of the controllers R1, R2 serve as control signals for the control valves 9.
  • the inclinometer ser 10 are designed as inclination sensors and the magnetic field meter 12 as magnetic field sensors.
  • the control circuit 13 for multi-variable control is for processing further controlled variables such as B. temperature, geological parameters or the like. According to the embodiment, however, it is a two-size control. Then the actual values XI, X2 for inclination and direction are measured and the actual values XI for inclination are fed to controller R1, the actual values X2 for direction are fed to controller R2.
  • the controller R1 is connected to a setpoint generator S1, from which it receives the setpoint inclination Wl.
  • the controller R2 is connected to a setpoint generator S2, from which it receives the setpoint direction W2.
  • the manipulated variables Y1 and Y2 are fed to a compensation module 14, from which actuating signals Z are emitted to the control valves 9 for the actuating cylinders 8.
  • two devices are practically used to bring down a course-controlled bore.
  • the pretreated rotary drill rod 1 with the drilling device 2 in the other case a propelling rod is brought down in an already existing bore 16 from a control station 15 arranged on the drill hole mouth.
  • the jacking rod In order to produce the course-controlled bore as a parallel bore 17 to the already existing bore 16, the jacking rod is equipped with a data transmitter 18 and a data receiver 19, while a data transmitter 20 and a data receiver 21 are arranged in the housing 3 of the drilling device 2.
  • the data transmitters 18, 20 and the data receivers 19, 21 there is a constant data exchange in such a way that a parallel bore 17 which is in line with the course can be drilled into the already existing bore 16.
  • the data transmitters 18, 20 and the data receivers 19, 21 are constantly at the same drilling height.

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Abstract

The invention relates to a device for the progress-controlled drilling of bores comprising rotating drilling rods and a bore rod in a rotationally fixed housing which has control ribs which can be adjusted by means of an adjustment cylinder. Regulation of said adjustment cylinders occurs using control valves and by means of a clinometer blade located in a housing in order to determine slope values. Magnetic field meters are employed to determine direction values and a control circuit is provided in order to regulate multivariables.

Description

Vorrichtung zum Niederbringen verlaufkontrollierter BohrungenDevice for the drilling of course-controlled bores
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Niederbringung verlaufkontrollierter Bohrungen, mit einem antreibbaren Drehbohrgestänge und einem an das Drehbohrgestänge angeschlossenen Bohrgerät mit. einem in einem drehfesten Gehäuse drehbar gelagerten Bohrstange und einem an die Bohrstange angeschlossenen Bohrwerkzeug, wobei das Gehäuse Steuerrippen aufweist, die mittels Stellzylinder verstellbar sind, und in dem Gehäuse Steuerventile für die Steuerung der Stellzylinder, Neigungsmesser zur Ermittlung von Nei- gungswerten und ggf. ein Generator für die Stromversorgung der elektrisch betätigbaren Steuerventile, Neigungsmesser und dergleichen angeordnet sind.The invention relates to a device for the drilling of course-controlled bores, with a drivable rotary drill pipe and a drilling device connected to the rotary drill pipe. a boring bar rotatably mounted in a non-rotatable housing and a drilling tool connected to the boring bar, the housing having control ribs which are adjustable by means of actuating cylinders, and in the housing control valves for controlling the actuating cylinders, inclinometers for determining inclination values and, if appropriate Generator for the power supply of the electrically actuable control valves, inclinometers and the like are arranged.
Es sind derartige Vorrichtungen zum Niederbringen von Boh- rungen bekannt, bei denen zur Übertragung der von den Neigungsmessern ermittelten Werte zu einem am Bohrlochmund angeordneten Steuerstand telemetrische Einrichtungen am Bohrgerät und am Steuerstand vorgesehen sind oder ein kombiniertes Mess-Steuerkabel zwischen dem Bohrgerät und dem Steuerstand verlegt ist (vgl. DE 30 00 239) . Soweit bei derartigen Vorrichtungen mit lediglich Neigungsmessern gearbeitet wird, läßt sich zwar jede Neigung und folglich Schrägbohrung des Bohrgerätes ermitteln, eine Kontrolle der Richtung und folglich der Lage des Bohrgerätes im Raum fehlt jedoch. Aus diesem Grunde hat man bereits versucht, das Drehbohrgestänge mit Magnetfeldmessern auszurüsten, um die Lage des Bohrgerätes im Erdmagnetfeld als Referenz zu ermitteln. Jedoch läßt sich auf diesem Wege die Richtung des Bohrgerätes nicht hinreichend genau erfassen, schon wegen der Biegeelastizität des Bohrstranges. Das gilt insbesondere unter Berücksichtigung der Tatsache, daß beispiels- weise beim Aufschluß von Olfeldern Bohrungen bis zu einer Tiefe von 6000-8000 Meter niedergebracht werden müssen und unter Berücksichtigung einer derartigen Bohrtiefe erhebliche hydrostatische Drücke von 1200 bar und mehr und Temperaturen von 125° und mehr, auftreten, so daß nicht nur Tor- sionsschwankungen, sondern auch Längenschwankungen des Bohrgestänges in Kauf genommen werden müssen. Das alles führt zwangsläufig zu Verzerrungen der Magnetfeldmessungen und folglich Richtungsmessungen im Verhältnis zu den Neigungsmessungen des Bohrgerätes. Daraus resultiert ein un- gleichmäßiger Bohrlochverlauf, der eine exakte Bohrlochverrohrung insbesondere unter Verwirklichung enger Bohrlöcher nicht zuläßt. - Hier setzt die Erfindung ein.Devices for drilling holes of this type are known in which, in order to transmit the values determined by the inclinometers to a control station arranged at the mouth of the borehole, telemetric devices are provided on the drilling device and on the control station or a combined measuring control cable is laid between the drilling device and the control station is (see DE 30 00 239). To the extent that only devices with inclinometers are used in such devices, any inclination and consequently Determine the oblique bore of the drill, but there is no control of the direction and consequently the position of the drill in the room. For this reason, attempts have already been made to equip the rotary drill pipe with magnetic field meters in order to determine the position of the drilling device in the earth's magnetic field as a reference. However, the direction of the drilling device cannot be detected with sufficient accuracy in this way, if only because of the bending elasticity of the drill string. This is particularly true when taking into account the fact that, for example when drilling out oil fields, boreholes have to be drilled to a depth of 6000-8000 meters and, taking into account such a drilling depth, considerable hydrostatic pressures of 1200 bar and more and temperatures of 125 ° and more , occur, so that not only torsional fluctuations, but also length fluctuations in the drill pipe must be accepted. All of this inevitably leads to distortions in the magnetic field measurements and consequently direction measurements in relation to the inclination measurements of the drilling rig. This results in an uneven course of the borehole, which does not permit exact borehole piping, in particular when narrow boreholes are realized. - This is where the invention begins.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Niederbringen verlaufkontrollierter Bohrungen der eingangs beschriebenen Ausführungsform zu schaffen, die einen gleichmäßigen und exakten Bohrlochverlauf gewährleistet, so daß selbst unter Verwirklichung enger Bohrlöcher eine einwandfreie Bohrlochverrohrung möglich ist.The invention has for its object to provide a device for drilling course-controlled bores of the embodiment described above, which ensures a uniform and exact borehole course, so that a perfect borehole piping is possible even while realizing narrow boreholes.
Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch, daß in dem Gehäuse außerdem Magnet- feldmesser zur Ermittlung von Richtungswerten in Abhängigkeit vom Erdmagnetfeld angeordnet sind, und daß zur Regelung der Stellzylinder über die Steuerventile ein Regelkreis für eine Mehrgrößenregelung vorgesehen ist, welchem die Regelgrößen Neigung und Richtung von den Neigungsmessern und den Magnetfeldmessern zugeführt und in welchem diese Regelgrößen mit der Sollwertvorgabe Neigung/Richtung verglichen werden, und daß bei Abweichungen die geänderten Ausgangsgrößen des oder der Regler als Stellsignale für die Steuerventile dienen. - Diese Maßnahmen der Erfindung haben zur Folge, daß jede Verzerrung zwischen der Neigungsmessung und Richtungsmessung für das Bohrgerät vermieden wird, vielmehr die Neigungsmesser und Magnetfeldmesser über einen Regelkreis für Mehrgrößenregelung derart miteinander gekop- pelt sind, daß eine einwandfreie Kontrolle und ggf. Veränderung der einprogrammierten Soll-Neigung und Soll-Richtung des Bohrgerätes gewährleistet ist, um die Sollwertvorgabe Neigung/Richtung stets einzuhalten. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Magnetfeldmesser sich wie die Nei- gungsmesser in dem drehfesten Gehäuse des Bohrgerätes befinden, können solche Verzerrungen nicht mehr bei der Ermittlung von Neigungswerten und Richtungswerten nicht mehr auftreten, die sonst auf die Biegeelastizität des Bohrstranges sowie Torsions- und Längenschwankungen zurück- zuführen sind. Außerdem bestehen das Gehäuse und die darin gelagerte Bohrstange aus nicht magnetisierbarem Stahl bzw. aus austenitischem Stahl, so daß auch insoweit jeder negative Beeinflussung oder Störung der Magnetfeldmessung ausgeschlossen ist. Es genügt beispielsweise eine Magnet- feldmessung in drei Raumrichtungen, um auf diesem Wege die exakte Lage des Gehäuses und folglich des Bohrgerätes im Erdmagnetfeld als Referenz eindeutig zu ermitteln. Das ge- lingt hinsichtlich der Neigung des Bohrgerätes mit Hilfe der Neigungsmesser, die wie die Magnetfeldmesser als Sensoren ausgebildet sind. Die von den Neigungsmessern und Magnetfeldmessern ermittelten Regelgrößen werden dem Regel- kreis zugeführt und mit der Sollwertvorgabe Neigung/Richtung verglichen. Soweit Abweichungen ermittelt werden, finden die geänderten Ausgangsgrößen des oder der Regler als Stellsignale für die Steuerventile Verwendung mit deren Hilfe folglich die Stellzylinder und dadurch die Steuerku- fen zur Einhaltung der Sollwertvorgabe Neigung/Richtung verstellt werden. Auf diese Weise lassen sich gleichmäßige und exakte Bohrlöcher ohne Richtungsschwankungen herstellen, so daß selbst enge Bohrlöcher einwandfrei verrohrt werden können. - Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, auch weitere Regelgrößen wie z. B. Temperatur, geologische Parameter oder dergleichen zu berücksichtigen, weil der Regelkreis für Mehrgrößenregelung eingerichtet ist. Im übrigen ist in dem Gehäuse ein mit dem Magnetfeldsensoren gekoppeltes Kompensationsmodul angeordnet. Das Kompensations- modul dient zum Kompensieren von das Erdmagnetfeld beeinflussenden Faktoren wie z. B. durch eine eigene Magnetfelder erzeugende Geräte, bei denen es sich um den Generator und die Steuerventile handeln kann.This object is achieved by the invention in a generic device in that magnetic Field meters are arranged for determining directional values as a function of the earth's magnetic field, and that a control circuit for multivariable control is provided for controlling the actuating cylinders via the control valves, to which the controlled variables inclination and direction are supplied by the inclinometers and the magnetic field meters, and in which these controlled variables with the setpoint specification Inclination / direction are compared, and that in the event of deviations, the changed output variables of the controller or controllers serve as control signals for the control valves. - These measures of the invention have the result that any distortion between the inclination measurement and direction measurement for the drilling device is avoided, rather the inclinometers and magnetic field meters are coupled to one another via a control circuit for multivariable control in such a way that a flawless control and possibly change of the programmed ones Target inclination and target direction of the drilling device is guaranteed in order to always adhere to the target value inclination / direction. Taking into account the fact that the magnetic field meters, like the inclinometers, are located in the non-rotatable housing of the drilling device, such distortions can no longer occur when determining inclination values and directional values, which would otherwise depend on the bending elasticity of the drill string as well as torsional and length fluctuations are to be returned. In addition, the housing and the boring bar mounted therein are made of non-magnetizable steel or austenitic steel, so that any negative influence or interference with the magnetic field measurement is excluded. For example, a magnetic field measurement in three spatial directions is sufficient to clearly determine the exact position of the housing and consequently of the drill in the earth's magnetic field as a reference. The GE- succeeds with regard to the inclination of the drill with the help of the inclinometer, which, like the magnetic field meters, is designed as sensors. The control variables determined by the inclinometers and magnetic field meters are fed to the control circuit and compared with the setpoint value inclination / direction. Insofar as deviations are determined, the changed output variables of the controller or controllers are used as control signals for the control valves, with the aid of which consequently the control cylinders and thereby the control heads are adjusted to comply with the setpoint value inclination / direction. In this way, uniform and exact boreholes can be produced without directional fluctuations, so that even narrow boreholes can be cased perfectly. - Within the scope of the invention, it is also possible to use other controlled variables such as, for. B. temperature, geological parameters or the like, because the control loop is set up for multivariable control. Otherwise, a compensation module coupled to the magnetic field sensors is arranged in the housing. The compensation module is used to compensate for factors influencing the earth's magnetic field, such as: B. by its own magnetic field generating devices, which can be the generator and the control valves.
Nach einem Vorschlag der Erfindung mit selbständiger Bedeutung ist vorgesehen, daß in dem Gehäuse ein erster Datensender und ein erster Datenempfänger angeordnet sind, und das zu einer bereits vorhandenen Bohrung eine Parallelbohrung niedergebracht wird, wobei in der vorhandenen Boh- rung ein Vortriebsgestänge mit einem zweiten Datensender und einem zweiten Datenempfänger geführt ist. Danach läßt sich folglich eine Vorlaufkontrollierte Bohrung nieder- bringen, die gleichsam von einer bereits existierenden Bohrung aus kontrolliert wird, weil ein ständiger Informationsaustausch zwischen dem ersten Datensender in der niederzubringenden Bohrung und dem zweiten Datenempfänger in der bereits vorhandenen Bohrung stattfindet. Das gilt in gleicher Weise für den Datensender in der bereits existierenden Bohrung und dem zugeordneten Datenempfänger in der niederzubringenden Parallelbohrung. Insoweit sorgt der gegenseitige Datenaustausch für einen exakten Bohrlochverlauf bei der niederzubringenden Bohrung.According to a proposal of the invention with independent significance, it is provided that a first data transmitter and a first data receiver are arranged in the housing, and that a parallel hole is drilled into an existing hole, a driving rod with a second data transmitter in the existing hole and a second data receiver is guided. Then a flow-controlled hole can be bring, which is controlled from an existing hole, as it were, because there is a constant exchange of information between the first data transmitter in the hole to be drilled and the second data receiver in the existing hole. This applies in the same way to the data transmitter in the existing hole and the assigned data receiver in the parallel hole to be drilled. In this respect, the mutual exchange of data ensures an exact borehole course for the borehole to be drilled.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigenIn the following, the invention will be explained in more detail with reference to a drawing showing only one exemplary embodiment. Show it
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Niederbringen verlaufkontrollierter Bohrungen in schematischer Darstellung,1 shows a device for bringing down course-controlled bores in a schematic representation,
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus den Gegenstand nach Fig. 1 im Bereich des Bohrgerätes,2 shows an enlarged detail from the object according to FIG. 1 in the area of the drilling device,
Fig. 3 einen schematischen Schnitt AA durch den Gegenstand nach Fig. 2,3 shows a schematic section AA through the object according to FIG. 2,
Fig. 4 einen Regelkreis für Zweigrößenregelung in schematischer Darstellung undFig. 4 shows a control circuit for two-size control in a schematic representation and
Fig. 5 das Niederbringen einer Bohrung anhand einer bereits vorhandenen Bohrung.Fig. 5 shows the drilling of a hole based on an existing hole.
In den Figuren ist eine Vorrichtung zum Niederbringen verlauf ontrollierter Bohrungen dargestellt, die zum Aufschluß von Grubenfeldern, Olfeldern oder dergleichen dient. Diese Vorrichtung weist in ihrem grundsätzlichen Aufbau ein vom Bohrlochmund aus antreibbares Drehbohrgestänge 1 mit einem an das Drehbohrgestänge 1 angeschlossenen Bohrgerät 2 auf. Das Bohrgerät 2 besitzt ein drehfestes Gehäuse 3 und eine in dem drehfesten Gehäuse 3 drehbar gelagerte Bohrstange 4. An diese Bohrstange 4 ist ein Bohrwerkzeug 5, z. B. Bohrmeißel angeschlossen. Das Drehbohrgestänge 1 und die Bohrstange 4 besitzen ferner einen Spülkanal 6. Das Gehäuse 3, welches aus unmagnetischem Stahl besteht, weist auf seiner Außenseite in Bohrrichtung verlaufende Steuerrippen 7 auf, die mittels Stellzylinder 8 verstellbar sind. In dem Gehäuse sind Steuerventile 9 für die Steuerung der Stellzylinder 8 angeordnet. Ferner befinden sich in dem Gehäuse 3 Nei- gungsmesser 10 zur Ermittlung von Neigungswerten für das Bohrgerät 2. Außerdem ist ein Generator 11 für die Stromversorgung der elektrisch betätigbaren Steuerventile 9, Neigungsmesser 10 und weiterer elektrisch betätigbarer Aggregate vorgesehen.In the figures, a device for bringing down controlled bores is shown, which is used for digestion of mine fields, oil fields or the like. In its basic construction, this device has a rotary drill pipe 1 that can be driven from the mouth of the borehole and a drilling device 2 connected to the rotary drill pipe 1. The drilling device 2 has a non-rotatable housing 3 and a boring bar 4 rotatably mounted in the non-rotating housing 3. A boring tool 5, e.g. B. Drill bits connected. The rotary drill rod 1 and the boring bar 4 also have a flushing channel 6. The housing 3, which is made of non-magnetic steel, has on its outside control ribs 7 which extend in the drilling direction and are adjustable by means of actuating cylinders 8. Control valves 9 for controlling the actuating cylinders 8 are arranged in the housing. In addition, inclinometer 10 for determining inclination values for the drilling device 2 are located in the housing 3. In addition, a generator 11 is provided for the power supply of the electrically actuable control valves 9, inclinometer 10 and other electrically actuatable units.
In dem Gehäuse 3 befinden sich außerdem Magnetfeldmesser 12 zur Ermittlung von Richtungswerten im Raum für das Bohrgerät 2, und zwar in Abhängigkeit vom Erdmagnetfeld. Zur Regelung der Stellzylinder 8 über die Steuerventile 9 ist ein Regelkreis 13 für eine Mehrgrößenregelung vorgesehen, welchen die Regelgrößen Neigung und Richtung von den Neigungsmessern 10 und den Magnetfeldmessern 12 zugeführt werden und in welchem diese Regelgrößen mit der Sollwertvorgabe Neigung/Richtung verglichen werden. Bei Abweichun- gen dienen die geänderten Ausgangsgrößen der Regler Rl, R2 als Stellsignale für die Steuerventile 9. Die Neigungsmes- ser 10 sind als Neigungssensoren und die Magnetfeldmesser 12 als Magnetfeldsensoren ausgebildet.In the housing 3 there are also magnetic field meters 12 for determining direction values in the space for the drilling device 2, specifically as a function of the earth's magnetic field. To control the actuating cylinders 8 via the control valves 9, a control circuit 13 is provided for a multivariable control, to which the controlled variables inclination and direction are fed by the inclinometers 10 and the magnetic field meters 12 and in which these controlled variables are compared with the setpoint specification inclination / direction. In the event of deviations, the changed output variables of the controllers R1, R2 serve as control signals for the control valves 9. The inclinometer ser 10 are designed as inclination sensors and the magnetic field meter 12 as magnetic field sensors.
Der Regelkreis 13 für Mehrgrößenregelung ist zur Ver- arbeitung von weiteren Regelgrößen wie z. B. Temperatur, geologische Parameter oder dergleichen eingerichtet. Nach dem Ausführungsbeispiel handelt es sich jedoch um eine Zweigrößenregelung. Danach werden die Ist-Werte XI, X2 für Neigung und Richtung gemessen und die Ist-Werte XI für die Neigung dem Regler Rl zugeführt, die Ist-Werte X2 für die Richtung dem Regler R2 zugeführt. Der Regler Rl ist an einen Sollwertgeber Sl angeschlossen, von dem er die Sollwerte Neigung Wl erhält. Der Regler R2 ist an einen Sollwertgeber S2 angeschlossen, von dem er die Sollwerte Rich- tung W2 erhält. Die Stellgrößen Yl und Y2 werden einem Kompensationsmodul 14 zugeführt, von dem aus Stellsignale Z an die Steuerventile 9 für die Stellzylinder 8 abgegeben werden.The control circuit 13 for multi-variable control is for processing further controlled variables such as B. temperature, geological parameters or the like. According to the embodiment, however, it is a two-size control. Then the actual values XI, X2 for inclination and direction are measured and the actual values XI for inclination are fed to controller R1, the actual values X2 for direction are fed to controller R2. The controller R1 is connected to a setpoint generator S1, from which it receives the setpoint inclination Wl. The controller R2 is connected to a setpoint generator S2, from which it receives the setpoint direction W2. The manipulated variables Y1 and Y2 are fed to a compensation module 14, from which actuating signals Z are emitted to the control valves 9 for the actuating cylinders 8.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Anordnung wird praktisch mit zwei Vorrichtungen zum Niederbringen einer verlaufkontrollierten Bohrung gearbeitet. In dem einen Fall handelt es sich um das vorbehandelte Drehbohrgestänge 1 mit dem Bohrgerät 2, im anderen Fall wird von einem am Bohr- lochmund angeordneten Steuerstand 15 aus ein Vortriebsgestänge in einer bereits vorhandenen Bohrung 16 niedergebracht. Um zu der bereits vorhandenen Bohrung 16 die verlaufkontrollierte Bohrung als Parallelbohrung 17 zu erzeugen, ist das Vortriebsgestänge mit einem Datensender 18 und einem Datenempfänger 19 ausgerüstet, während in dem Gehäuse 3 des Bohrgerätes 2 ein Datensender 20 und ein Datenempfänger 21 angeordnet sind. Zwischen den Datensendern 18, 20 und den Datenempfängern 19, 21 erfolgt ein ständiger Datenaustausch in der Weise, daß eine verlaufgerechte Parallelbohrung 17 zu der schon vorhandenen Bohrung 16 niedergebracht werden kann. Selbstverständlich befinden sich dazu die Datensender 18, 20 und die Datenempfänger 19, 21 ständig auf nahezu gleicher Bohrhöhe. In the arrangement shown in FIG. 5, two devices are practically used to bring down a course-controlled bore. In the one case it is the pretreated rotary drill rod 1 with the drilling device 2, in the other case a propelling rod is brought down in an already existing bore 16 from a control station 15 arranged on the drill hole mouth. In order to produce the course-controlled bore as a parallel bore 17 to the already existing bore 16, the jacking rod is equipped with a data transmitter 18 and a data receiver 19, while a data transmitter 20 and a data receiver 21 are arranged in the housing 3 of the drilling device 2. Between the data transmitters 18, 20 and the data receivers 19, 21 there is a constant data exchange in such a way that a parallel bore 17 which is in line with the course can be drilled into the already existing bore 16. Of course, the data transmitters 18, 20 and the data receivers 19, 21 are constantly at the same drilling height.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zum Niederbringen verlaufkontrollierter Bohrungen, mit einem antreibbaren Drehbohrgestänge und einer an das Drehbohrgestänge angeschlossenen Bohrgerät mit einem in einem drehfesten Gehäuse drehbar gelagerten Bohrstange und einem an die Bohrstange angeschlossenen Bohrwerkzeug, wobei das Gehäuse Steuerrippen aufweist, die mittels Stellzylinder verstellbar sind, und in dem Gehäuse Steuerventile für die Steuerung der Stellzylinder, Neigungsmesser zur Ermittlung von Neigungswerten und ggf. ein Generator für die Stromversorgung der elektrisch betätigbaren Steuerventile und Neigungsmesser angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (3) Magnetfeldmesser (12) zur Ermittlung von Richtungswerten in Abhängigkeit vom Erdmagnetfeld angeordnet sind und daß zur Regelung der Stellzylinder (8) über die Steuerventile (9) ein Regelkreis (13) für eine Mehrgrößenre- gelung vorgesehen ist, welchem die Regelgrößen Neigung und Richtung von den Neigungsmessern (10) und den Magnetfeldmessern (12) zugeführt und in welchen diese Regelgrößen mit der Sollwertvorgabe Neigung/Richtung vergleichen werden, und daß bei Abweichungen die geän- derten Ausgangsgrößen des oder der Regler als Stellsignale für die Steuerventile (9) dienen.1.Device for drilling bore-controlled bores, with a drivable rotary drill pipe and a drill connected to the rotary drill pipe with a drill rod rotatably mounted in a rotatable housing and a drilling tool connected to the drill rod, the housing having control ribs which are adjustable by means of actuating cylinders, and in the housing control valves for controlling the actuating cylinder, inclinometer for determining inclination values and possibly a generator for the power supply of the electrically actuable control valves and inclinometer are arranged, characterized in that in the housing (3) magnetic field meter (12) for determining direction values in Depending on the earth's magnetic field and that a control circuit (13) for multivariable control is provided for regulating the actuating cylinders (8) via the control valves (9), the control variables inclination and direction of the inclinometers ( 10) and the magnetic field meters (12) and in which these control variables are compared with the target value inclination / direction, and that in the event of deviations, the changed output variables of the controller or controllers serve as control signals for the control valves (9).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungsmesser (10) als Neigungssensoren und die Magnetfeldmesser (12) als Magnetfeldsensoren ausgebildet sind. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the inclinometer (10) as inclination sensors and the magnetic field meter (12) are designed as magnetic field sensors.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis (13) für Mehrgrößenregelung zur Verarbeitung von weiteren Regelgrößen wie z. B. Temperatur, geologische Parameter oder dergleichen eingerichtet ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the control circuit (13) for multivariable control for processing further controlled variables such as. B. temperature, geological parameters or the like is set up.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (3) ein mit den Magnetfeldmessern (12) gekoppeltes Kompensationsmodul (14) angeordnet ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the housing (3) with the magnetic field meters (12) coupled compensation module (14) is arranged.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (3) ein erster Datensender (20) und ein erster Datenempfänger (21) an- geordnet sind, und das zu einer bereits vorhandenen Bohrung (16) eine Parallelbohrung (17) niederbringbar ist, wobei in der vorhandenen Bohrung (16) ein Vortriebsgestänge mit einem zweiten Datensender (18) und einem zweiten Datenempfänger (19) auf der Bohrhöhe von Datensender (20) und Datenempfänger (21) geführt ist. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the housing (3) a first data transmitter (20) and a first data receiver (21) are arranged, and to an already existing bore (16) one Parallel bore (17) can be drilled, wherein in the existing bore (16) a jacking rod with a second data transmitter (18) and a second data receiver (19) is guided at the drilling height of the data transmitter (20) and data receiver (21).
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