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Vorrichtung zum Führen eines Bohrwerkzeuges Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Führen eines Bohrwerkzeuges, die an einem Bohrgestängerohr
oder einem sonstigen Teil eines von einer Spülflüssigkeit durchströmten Bohrstranges
angeordnet ist, bestehend aus einer das Rohr mit Spiel umgebenden und mit dem von
ihr eingeschlossenen, nach außen abgedichteten Hohlraum an die Spülflüssigkeit anschließbaren
Hülse.
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Die Erforschung der Erdringe und die Suche nach neuen Energie- und
Rohstoffquellen machen es wünschenswert, Erdbohrungen in immer größere Tiefen vorzutreiben.
Ausgesuchte widerstandsfähige Werkstoffe und neue Bohrverfahren ermöglichen es dabei,
Tiefbohrungen schnell und wirtschaftlich auszuführen. Schwierigkeiten bereitet dabei
jedoch noch die genaue Führung des Bohrgestänges. Die zu diesem Zweck vorgeschlagenen
Werkzeuge oder Einrichtungen, wie Räumer, Stabilisatoren, Schwerstangen u. dgl.,
stellen im Falle eines Verklemmens oder Nachfallens usw. eine Gefahr dar. Um diese
Einrichtungen in die Bohrung einführen zu können, muß zwischen dem Werkzeug und
dem gebohrten Loch ein gewisses Spiel vorgesehen werden, welches jedoch erneuten
Anlaß zu einem allmählichen Abweichen des Bohrwerkzeuges aus der Bohrlochachse gibt.
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Ein bekannter Räumer, der zugleich zur besseren geradlinigen Führung
des Bohrgestänges dienen soll und von dem bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen
ist, besteht aus einer eine Stange des Bohrgestänges mit Spiel umgebenden und mit
dem von ihr eingeschlossenen, nach außen abgedichteten Hohlraum an die Spülflüssigkeit
anschließbaren Hülse, wobei die Stange als Teil des Drehbohrgestänges während der
Bohrarbeit rotiert. Die Hülse ist an ihrem Außenumfang mit Längsrippen versehen
und kann über innere Kupplungsklauen mit auf dem Bohrgestänge angeordneten Kupplungsklauen
im Sinne eines entsprechenden Drehantriebes der Hülse gekuppelt werden. Eine solche
Kupplung kann hydraulisch - durch eine entsprechende Längsverschiebung der Hülse
- herbeigeführt werden, wenn die Hülse im Sinne einer Räumung des Bohrloches gedreht
werden soll. Auch ein solches Räumen hat jedoch zur Folge, daß zwischen dem Räumer
und dem Bohrloch ein gewisses Spiel entsteht, welches die weitere genaue Führung
des Bohrgestänges erschwert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einwandfreie
geradlinige oder um einen bestimmten Winkel abgelenkte Führung des Bohrgestänges
auf eine neue Weise besser und zuverlässiger als bisher zu gewährleisten. Dabei
soll die Erfindung unabhängig von der Art des Bohrverfahrens, z. B. Dreh-, Schlag-
oder Stoßbohrverfahren oder Bohren mit Hilfe eines Bohrlochmotors, bei allen Bohrverfahren
anwendbar sein, bei denen eine Spülflüssigkeit durch das Bohrgestänge in das Bohrloch
geleitet wird. Schließlich soll durch die Erfindung möglichst auch noch eine zusätzliche
Sicherheit gegen ein Festwerden, Verkanten oder Verklemmen des Bohrgestänges oder
des Bohrwerkzeuges geschaffen werden.
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Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch
gelöst, daß die eingangs genannte Hülse begrenzte, unter dem Druck der Spülflüssigkeit
radial verformbare, sich an der Bohrlochwandung abstützende Zonen aufweist.
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Durch eine solche positive Abstützung von Teilen des Bohrgestänges
an der Wandung des Bohrloches ergibt sich erfahrungsgemäß eine sehr genaue spielfreie
Führung für das Bohrwerkzeug und das Bohrgestänge. Eine oder mehrere Hülsen nach
der Erfindung können an einer beliebigen Stange eines Bohrgestänges angeordnet sein,
vorausgesetzt, daß der durch diese Hülsen eingeschlossene Hohlraum oder Teile dieses
Hohlraumes mit der Spülflüssigkeit in Verbindung gebracht werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Dehnungsweg
jeder genannten Zone radial zum Bohrstrang vom Flüssigkeitsdruck abhängig. Dabei
kann es zweckmäßig sein, daß eine aus dem Bohrstrang in den Hohlraum hineinführende
Öffnung für die Spülflüssigkeit erfindungsgemäß zwangläufig steuerbar ist, wenn
z. B. die erfindungsgemäße Führung des Bohrgestänges an der Bohr-
Lochwandung
erst zu einem bestimmten Zeitpunkt des Bohrvorganges oder z. B. erst dann beginnen
soll, wenn das in das Bohrloch eingeführte Bohrwerkzeug auf der Sohle des Bohrloches
angelangt ist. Dabei kann es z. B. auch zweckmäßig sein, die Führung während einer
Fangarbeit oder beim Ziehen des Bohrwerkzeuges durch die erfindungsgemäße elastische
Aufweitung der Hülse herbeizuführen.
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Die Druckdifferenz, die zwischen dem inneren Hohlraum der Hülse und
dem Ringraum des Bohrloches erforderlich ist, kann lediglich durch den Druckabfall
der Spülflüssigkeit an der Stelle des Bohrwerkzeuges oder eines hydraulischen Bohrlochmotors
gewährleistet werden. Sollte dieser Druckabfall jedoch unzureichend sein, so kann
der Bohrstrang gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in der axialen Spülflüssigkeitsführung
unterhalb der Austrittsöffnung eine gegebenenfalls zwangläufig steuerbare Drosselstelle,
z. B. ein Venturirohr, ein Ventil od. dgL, aufweisen.
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Nach anderen Ausgestaltungen der Erfindung sind die verformbaren Zonen
auf dem Umfang der Hülse entweder gleichmäßig verteilt, wenn die Hülse ausschließlich
zur geradlinigen Führung des Bohrgestänges dienen soll, oder asymmetrisch verteilt,
wenn mittels der Führung eine Änderung der Bohrrichtung gewünscht wird.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Hülse auf dem rotierenden
Bohrgestänge oder auf einen nicht rotierenden Teil des Bohrstranges verdrehbar und
- gegebenenfalls durch geeignete Dichtungen -zugleich flüssigkeitsdicht gelagert.
Hierdurch wird auch bei rotierenden Bohrgestängen eine ruhende Auflage der zur Abstützung
dienenden Zonen auf der Bohrlochwandung gewährleistet. Sofern alle Teile des Bohrgestänges
mitrotieren, ist dabei nur eine genau axiale Führung möglich. Wenn die Hülse demgegenüber
nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auf einem nicht rotierendem Teil
des Bohrstranges unverdrehbar angeordnet ist, dann kann im Falle der asymmetrischen
Anordnung der genannten Zonen an der Hülse auch die gewünschte Ablenkung herbeigeführt
werden.
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Damit die Hülse mit ihren radial verformbaren Zonen über eine gewisse
Bohrlänge von beispielsweise 0,5 m oder mehr auch wirklich an der Bohrlochwandung
verankert werden kann, kann die Hülse auf dieser Länge in an sich bekannter Weise
längsverschiebbar angeordnet sein, wobei es zur Gewährleistung einer guten Führung
besonders vorteilhaft ist, wenn die Hülse in an sich bekannter Weise auf der unmittelbar
über dem Bohrwerkzeug befindlichen Stange angeordnet ist. Innerhalb der Verschiebungsgrenzen
kann die Hülse dann abwechselnd z. B. hydraulisch verschoben werden, wenn nach einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein die Hülse durchsetzendes Rohr in an sich
bekannter Weise innerhalb des Hohlraumes auf einen kleineren Durchmesser abgesetzt
ist und mit der Hülse an deren Enden verbundene Muffen mit entsprechend unterschiedlichem
Lagerquerschnitt durchsetzt. Dabei kann die Hülse auch einer Zylinder-Kolben-Vorschubeinrichtung
eines Drehbohrgestänges zugeordnet sein.
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Die zur unmittelbaren Abstützung an der Bohrlochwandung kommenden
verformbaren Zonen der Hülse werden im allgemeinen so ausgebildet, daß sie den bei
der Abstützung etwa vorkommenden Schleifbeanspruchungen standhalten. Die Außenflächen
der verformbaren Zonen können erfindungsgemäß jedoch auch noch mit Verankerungs-
und Verschleißrippen oder mit Gleitkufen versehen sein, die als zusätzlicher Verschleißschutz
dienen und zugleich einer Drehbewegung der Hülse entgegenwirken und die Einhaltung
der gewünschten Führungsrichtung begünstigen.
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Der infolge der Reibung der verformbaren Zonen an der Bohrlochwandung
entstehende Vorschubwiderstand in axialer Richtung kann durch Beeinflussung des
Spülflüssigkeitsdruckes so geregelt werden, daß er gegenüber der üblichen Belastung
des Bohrwerkzeuges nur klein ist. Da die üblichen Belastungen des Bohrwerkzeuges
im Laufe des Bohrvorganges ein Vielfaches von 10 t betragen können, kann an der
Führungsstelle ohne weiteres ein Reibungswiderstand von einigen Tonnen zugelassen
werden.
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Wenn der radiale Dehnungsweg der verformbaren Zonen vom Druck der
Spülflüssigkeit abhängt, kann die Hülse durch eine entsprechende Wahl des Flüssigkeitsdruckes
auch in seitlichen, abgelenkten Löchern, deren Durchmesser kleiner als der des breiteren
Ausgangsloches ist, noch gut zur Führung dienen, ohne daß das Bohrwerkzeug gezogen
zu werden braucht.
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Wenn mit der erfindungsgemäßen Führung eine bestimmte Ablenkung eines
nicht rotierenden Bohrgestänges gewünscht wird, dann werden nach einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung zwei Stangen durch ein um eine Querachse biegsames oder
gelenkiges Übergangsstück verbunden, damit der gewünschten Ablenkung kein unnötiger
Widerstand entgegenwirkt. Ist das Bohrgestänge an der Gelenkstelle von einer rotierenden
Antriebswelle durchsetzt, so ist eine am vorgenannten Übergangsstück befindliche
Kupplungsstelle der die beiden Längen durchsetzenden Antriebswelle zweckmäßig als
Kardangelenk od. dgl. ausgebildet.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann jedem Bohrwerkzeug, jedem Bohrgestänge
und auch jeder Vorrichtung, z. B. einem Fang-, Kontroll- oder Meßgerät od. dgl.
angepaßt werden, das in eine senkrechte, schräg oder auch waagerecht verlaufende
Erdbohrung eingeführt wird. Insbesondere läßt sie sich leicht den abgelenkten Bohrungen
kleineren Krümmungshalbmessers anpassen, wie sie z. B. bei seitlichen Bohrungen
in ein ergiebiges Vorkommen auftreten. Sie kann auch dazu verwendet werden, ein
auf einem Teil seiner Länge aus aufeinanderfolgenden nachgiebigen oder gelenkig
gekuppelten Stangen bestehendes Bohrgestänge zu führen. Im übrigen kann sie auch
bei Bohrverfahren mit einem Bohrlochmotor und einem biegsamen Bohrgestänge ohne
weiteres Anwendung finden und erlaubt dabei nicht nur die Führung des Bohrwerkzeuges,
sondern - im Falle eines intermittierenden Vorschubes - auch eine zeitweilige radiale
Verankerung des Motorgehäuses im Bohrloch, wenn das am Bohrwerkzeug erforderliche
Drehmoment das für das biegsame Bohrgestänge zulässige Höchstdrehmoment überschreiten
sollte.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand mehrerer schematisch dargestellter
Ausführungsbeispiele erläutert; es zeigt F i g. 1 eine in ein rotierendes Bohrgestänge
einschaltbare erfindungsgemäße Führungsvorrichtung im Aufriß,
F
i g. 2 eine ähnliche Vorrichtung an einem rotierenden Bohrgestänge (in einem gegenüber
F i g. 1 vergrößerten axialen Teilschnitt), F i g. 3 eine Einrichtung, die den Umlauf
der Bohrflüssigkeit ohne Formänderung der elastischen Zonen der erfindungsgemäßen
Hülse ermöglicht (in einem etwa der F i g. 2 entsprechenden Teilschnitt), F i g.
4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer auf einer rotierenden Stange längsverschiebbaren
Hülse (in einem gegenüber F i g. 2 etwas kleineren Axialschnitt), F i g. 5 einen
Querschnitt nach der Linie V-V in Fig.4, F i g. 6 eine ähnliche Vorrichtung, bei
der die Hülse auf der als Druckzylinder ausgebildeten Stange lediglich verdrehbar
und im Druckzylinder ein mit seiner unten herausragenden Stange das Werkzeug tragender
hydraulisch längsverschiebbarer Kolben gelagert ist (in gleicher Darstellung wie
F i g. 4), F i g. 7 einen Querschnitt nach der Linie VII-VII in F i g. 6, F i g.
8 eine Bohrturbine, ausgerüstet mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Ablenkungshülse,
F i g. 9 das obere Anschlußstück einer für einen Bohrlochmotor bestimmten Hülse
(im Axialschnitt), F i g. 10 den oberen Teil desselben Anschlußstückes in einem
gegenüber F i g. 9 um 90° gedrehten Teilschnitt, F i g. 11 das untere Ende eines
gelenkig ausgebildeten Bohrstranges mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Bohren von seitlichen Löchern oder von einen kleinen Krümmungsradius aufweisenden
Löchern in einer Seitenansicht (teilweise axial geschnitten), F i g. 12 ein etwas
abgewandeltes Anschlußstück des Bohrstranges gemäß F i g. 11 (ebenfalls in Seitenansicht).
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Die in F i g. 1 dargestellte, als Ablenkungsvorrichtung verwendbare
Führungsvorrichtung besteht aus einer nicht sichtbaren Bohrstange, welche durch
Endanschlußstücke 1 begrenzt ist und die Verbindung mit den anschließenden Bohrstangen
ermöglicht. Im Mittelteil dieser Vorrichtung befindet sich eine Hülse 2 mit genau
abgegrenzten Zonen 3, die in radialer Richtung elastisch verformbar sind. Dadurch
können Lager gebildet werden, die sich, wie aus F i g. 8 ersichtlich, unter der
Wirkung des innerhalb der Hülse 2 herrschenden Druckes an der Wandung des gebohrten
Loches abstützen. An jedem Ende ist die Vorrichtung durch Muffen 4 begrenzt. Im
vorliegenden Fall gestattet die Lage der Zonen 3, wie nachstehend in Verbindung
mit F i g. 8 beschrieben, eine Ablenkung zu erzielen, wenn die Hülse 2 unverdrehbar
geführt wird.
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In F i g. 2 ist das Ende einer Hülse 2 gezeigt, die auf einer Stange
5 montiert ist und an ihren Enden ebenfalls je ein Endanschlußstück 1 und eine Muffe
4 aufweist. Die Hülse 2 ist an jedem Ende mittels Hülsenanschlußstücken 6 gehalten,
die durch eine Gegenmutter 7 gesichert sind, welche auf eine Anschlußmuffe 8 aufgeschraubt
ist und zum Festziehen einer die Abdichtung gewährleistenden Stopfbuchspackung 9
dient. Wie in F i g. 1 angedeutet, kann auch dort die Hülse 2 mit durch Gegenmuttern
7 gesicherten Hülsenanschlußstücken 6 gehalten sein. Jedes Endanschlußstück 1 stützt
sich über zwei die Stange 5 umgebende Abstandshülsen 10 und 12 und eine dazwischenliegende
Lagerscheibe 11 an einer Stopfbüchsenhülse 13 ab, welche an einer Schulter der Stange
5 anliegt. Die aus der Stange 5 und den über das Endanschlußstück 1 festgezogenen
genannten Teilen bestehende Einheit kann sich mittels eines an der Lagerscheibe
11 angeordneten Doppellagers 14 gegenüber der Hülse 2 drehen. Gewünschtenfalls kann
das Doppellager auch durch Axialgleitlager ersetzt werden.
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Die Hülse 2 trägt symmetrisch angeordnete, elastisch verformbare Zonen
3 und dient zur Zentrierung des Bohrgestänges im z. B. aus F i g. 8 ersichtlichen
Bohrloch. Die übrigen Teile der Hülse 2 können steif oder ebenfalls elastisch verformbar
sein. Die Zonen 3 können aus jedem geeigneten Material, z. B. aus Gummi, bestehen.
Im Falle einer nachgiebigen Hülse 2 kann die Verformbarkeit in den Zonen 3 durch
eine dortige vorgeformte Ausbuchtung begünstigt werden. Wie gezeigt, sind in der
Stange 5 radiale Öffnungen 15 vorgesehen, die das Innere der Stangen mit dem Inneren
der Hülse 2 verbinden.
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Beim Bohren durchströmt die Spülflüssigkeit die Stange 5, und es entsteht
zwischen deren Längsbohrung, dem- die Stange innerhalb der Hülse 2 umgebenden Ringraum
und dem die Hülse umgebenden Ringraum des Bohrloches ein Druckunterschied, der sich
aus dem Druckabfall im Werkzeug oder im Motor oder aus einer Drosselung ergibt und
die radiale Verformung der Zonen 3 nach außen bewirkt.
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Die äußeren Teile der Zonen 3 kommen somit mit der Wandung des gebohrten
Loches in Berührung und bewirken dadurch während des Bohrvorganges eine Führung
des Bohrgestänges. Die Größe der radialen Ausdehnung der Zonen 3 ist vom genannten
Druckunterschied abhängig. Während der Führung wird die Hülse 2 an der Bohrlochwandung
festgehalten, und es kann sich die Stange 5 mittels der Doppellager 14 innerhalb
der Hülse 2 frei drehen, wobei die Abdichtung mittels der Stopfbuchspackung 9 sichergestellt
ist.
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In F i g. 3 ist eine Einrichtung gezeigt, die ein örtliches Außerbetriebsetzen
der Führungsvorrichtung gestattet. Die von der Hülse 2 umgebene Stange 5 weist hier
Öffnungen 15 auf, die die Bohrung der Stange mit dem zwischen dieser und der Hülse
2 belassenen Ringraum 17 verbinden. Im vorliegenden Fall ist die Bohrung der Stange
5 dicht unterhalb einiger radialer Öffnungen 15 auf einen kleineren Durchmesser
abgesetzt und bildet dadurch eine Sitzfläche 18, auf welcher sich gemäß F i g. 3
eine die Öffnungen abschließende Buchse 19 abstützt, die außen mit einer Dichtung
20 aus Gummi od. dgl. versehen ist.
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Die Buchse 19 umgibt und trägt mittels Scherstiften 21 einen
nach unten durch einen Führungsansatz 23 verlängerten Stopfen 22. Unterhalb der
dadurch gebildeten Baugruppe ist die Bohrung der Stange 5 zur Aufnahme des Stopfens
22 zu einer Kammer 24 erweitert, die unten von einem Ring 25 begrenzt ist, der von
Umlaufkanälen 26 durchsetzt ist.
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Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: Soll die in F i g.
3 dargestellte Hülse 2 mit ihren elastisch verformbaren Zonen nicht benutzt werden,
so wird die Buchse 19 nebst Dichtung 20 und Stopfen 22 in die Stange 5 herabgelassen,
wobei der verhältnismäßig schwere Stopfen 22 ein vorzeitiges Hängenbleiben der Buches
19 in der Bohrung der Stange 5 verhindert. Es werden also die Öffnungen 15 durch
die
Dichtung 20 der Buchse 19 abgeschlossen. Beim anschließenden Betrieb
des Bohrgestänges hat der auf die obere Stirnfläche des Stopfens 22 wirkende Flüssigkeitsdruck
das Abscheren der Scherstifte 21 zur Folge, so daß der durch seinen Führungsansatz
23 geführte Stopfen auf den Ring 25 fällt und den Durchgang der Spülflüssigkeit
durch die Umlaufkanäle 26 freigibt. Die Buchse 19 und die Dichtung 20 verbleiben
aber auf der Sitzfläche 18 und halten die dortigen Öffnungen 15 abgeschlossen.
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Ähnliche, mit der vorgenannten gegebenenfalls kombinierte Einrichtungen
können gewünschtenfalls das Öffnen der vorher geschlossenen Öffnungen 15 bewirken,
wenn das in das Bohrloch eingeführte Bohrgestänge mit seinem Werkzeug die Sohle
des Bohrloches erreicht hat.
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Bei der in den F i g. 4 und 5 dargestellten Vorrichtung, die ein Rotieren
und Längsverschieben der eine obere Muffe 29 und eine mit einem Bohrmeißel 31 verbundene
untere Muffe 30 tragenden Stange 28 zuläßt, bildet die Hülse 32, deren Zonen 33,
34 durch die Wirkung der Spülflüssigkeit elastisch nach außen verformbar sind, mit
der Stange 28 einen ringförmigen Hohlraum 35, der durch Öffnungen 36 mit der Bohrung
der Stange in Verbindung steht. Wie gezeigt, weist die Stange 28 im Bereich des
Hohlraumes 25 und zugleich oberhalb der Öffnungen 36 eine nach unten gerichtete
Ringschulter 37 auf.
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In diesem Falle ist die elastische Hülse 32 an ihren Enden in Muffen
38 gehalten, die auf der Stange 28 mittels Lagern 39, welche abgedichtet sind oder
durch Leckflüssigkeit leicht bespült werden, frei drehbar sind. Die Hülse 32 wird
in den elastischen Zonen 33, 34 unter der Wirkung des vorerwähnten Druckunterschiedes
verformt. Die Zonen 33, 34 sind außen mit Führungs- und Verschleißrippen
40 versehen, mit welchen sie sich gegen die Wandung des gebohrten Loches abstützen.
Innerhalb der Hülse 32 sind noch Zentrierungsrippen 41 (vgl. auch F i g.
5) vorgesehen.
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Wenn man den Überdruck innerhalb der Hülse 32 allmählich wirken läßt,
so wird sie infolge der gegenüber der oberen Muffe 38 nebst Lager 39 größeren inneren
Fläche der unteren Muffe 38' nebst Lager 39' zunächst nach unten verschoben. Wird
z. B. angenommen, daß die Stange 28 über der Schulter 37 15 cm Durchmesser und unter
der Schulter 12 cm Durchmesser hat, so ist die Differenz der Querschnitte zwischen
den Lagermuffen 38, 39, die den Druck aufnehmen, gleich
Bei einem Druckabfall von 30 bis 40 kg/cm2, wie er beim Strahlbohren in einem normalen
Bohrmeißel auftritt, verfügt man also für das Hinunterschieben der Hülse über einen
Druck in der Größenordnung von 2000 bis 2500 kg. Ist die Hülse 32 nach unten verschoben,
so verformen sich auch ihre Zonen 33 unter der Wirkung des nunmehr weiter ansteigenden
Druckes und stützen die Hülse im Bohrloch ab. Es kann danach bei beibehaltener Führung
auf einer Länge gebohrt werden, die dem Verschiebungshub der Stange in der Hülse
entspricht. Ist diese Strecke zurückgelegt, so wird das Einpumpen der Spülflüssigkeit
und damit auch das Abstützen der Hülse an der Bohrlochwandung kurz unterbrochen
und der Arbeitsvorgang wiederholt. In den F i g. 6 und 7 ist eine Hülse gezeigt,
die mit einer hydraulischen Vorschubeinrichtung zusammenwirkt. In diesen Figuren
ist die obere Muffe eines rohrförmigen Körpers 44 der Vorrichtung mit 43 und die
zugeordnete untere Muffe, die mittels eines undichten unteren Lagers 46 auf einer
Stange 47 gleitet, mit 45 bezeichnet. Die Stange 47 trägt einen Kolben
48, der innerhalb des Körpers 44
längsverschiebbar ist. Ferner weist
die Stange 47 im Bereich ihres oberen Endes Längsrippen 49 auf, die wie insbesondere
aus F i g. 7 hervorgeht, zwischen innere Längsrippen 50 des Körpers 44 greifen und
dadurch die Drehverbindung zwischen Körper 44 und Stange 47 gewährleisten. Das Ganze
ist von einer elastischen Hülse 51 umgeben, die mit verformbaren Zonen 52 versehen
ist und deren Enden zwischen einer oberen und einer unteren Muffe 53 gehalten sind.
Die Muffen sind Lagern 54 zugeordnet, die für eine dichte bzw. annähernd dichte
Anlage der Muffen 53 am Körper 44 sorgen. Oben und unten sind zwischen den Muffen
53 der Hülse 51 und den Muffen 43 und 45 des Körpers 44 Wälz-
oder Gleitlager 55 vorgesehen. An ihrem unteren Teil endet die Stange 47 in eine
Muffe 56, die zur Befestigung des Bohrmeißels 57 dient. Die elastischen Zonen 52
der Hülse 51 sind außen mit Führungs- und Verschleißrippen 58 versehen.
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Diese Vorrichtung arbeitet wie folgt: Zunächst wird der Körper
44 hinuntergelassen, bis der Bohrmeißel 57 auf der Bohrlochsohle aufsitzt
und der Körper 44 mit den unteren Enden seiner inneren Längsrippen 50 auf dem Kolben
48 zu liegen kommt. Sobald der Druck innerhalb des Bohrgestänges wirksam wird, legen
sich die elastischen Zonen 52 gegen die Wandung des gebohrten Loches an und gewährleisten
die Abstützung des Körpers 44 in der Erdbohrung und die Führung der Stange
47. Gleichzeitig übt die Spülflüssigkeit auf die Stange 47 und den Kolben
48 einen nach unten gerichteten Druck aus. Das weitere Bohren kann nun durch Verschieben
der Stange 47 nach unten bis auf den vollen Hub erfolgen, wobei die Hülse 51 an
der Wandung des gebohrten Loches blockiert bleibt. Das Verschieben der Stange 47
nach unten erfolgt im Laufe des Bohrvorganges unter der Wirkung des auf den Kolben
48 wirkenden Druckunterschiedes. Es wäre selbstverständlich auch möglich, den Kolben
48 oberhalb oder unterhalb der Hülse 51 statt innerhalb derselben anzuordnen.
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Als weitere Ausführungsfbrm zeigt F i g. 8 eine Bohrturbine, die mit
einer Ablenkungshülse ausgestattet ist. Die Hülse 60 besitzt elastisch verformbare
Zonen 61, die Führungslager bilden und dazu bestimmt sind, sich gegen die Wandung
62 des Bohrloches abzustützen, und die derart symmetrisch verteilt sind, daß sie
im Lauf des Bohrvorganges, wie gezeigt, eine Ablenkung verursachen. Zum geradlinigen
Bohren würde die Verteilung symmetrisch sein. Mit 63 und 64 sind die obere und die
untere Muffe der Hülse bezeichnet. Aus der Hülse 60 ragt unten die Welle 65 der
Turbine heraus, die das Bohrwerkzeug 66 trägt. Die Turbine ist durch ein biegsames
oder gelenkiges, mit dem Bohrgestänge 68 verbundenes Anschlußstück 67 nach oben
verlängert.
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Wie aus der Zeichnung hervorgeht, erfolgt in diesem Fall durch die
radialen, sich infolge der elastischen Verformbarkeit der Zonen 61 ergebenden Vorsprünge
der Hülse 60 und durch deren Abstützung
an der Wandung des Bohrloches
eine Neigung der Turbinenachse und der Meißelachse gegenüber dem Bohrgestänge 68.
Dieser Neigung bzw. Schrägstellung entspricht eine Ablenkung der Bohrung. Im vorliegenden
Fall ergibt sich der Winkel a, den die Turbine und das Bohrgestänge 68 einschließen,
aus der Beziehung:
wobei D = Durchmesser des gebohrten Loches, d = Durchmesser der Hülse, L = Länge
des Turbinenstators und angenommen ist, daß die Länge des Turbinenstators gemäß
F i g. 8 mit der Länge der Hülse übereinstimmt.
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Hat man z. B.
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D = 315 mm, d = 250 mm, L = 10 000 mm, so ist tg a = 115.10-4, .und
a = 40 min.
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Bei einer um 5 m kürzeren Turbine ergibt sich a = 1° 19 min, was Krümmungshalbmessern
des gebohrten Loches von 860 bzw. 214 m entspricht.
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In F i g..9 ist das obere Anschlußstück einer einen Bohrlochmotor
umgebenden Hülse 72 im Schnitt gezeigt. Dabei ist über dem Motorkörper 70 ein Anschlußtück
71 angeordnet. Wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist die den
Motor umgebende Hülse 72 in Endmuffen 73 gehalten, die hier mittels Muttern 74 gesichert
sind. In das Anschlußstück 71 ist der untere Teil 75 eines gelenkigen Anschlußstückes
eingeschraubt, dessen oberer Teil 76 mittels innerer Lageraugen
80 (vgl. auch F i g. 10) auf inneren Querzapfen 77 des unteren Teils 75 gelenkig
gelagert ist. Der Ausschlagwinkel des Anschlußstückes ist mit 78 bezeichnet. Das
Anschlußstück ist von einer elastischen Schutzhülse 79 umgeben, die in Ausnehmungen
81 der Teile 75 und 76 eingreift. Die Hülse 72 ist auf dem unteren Teil des Stators
des Bohrlochmotors in ähnlicher Weise wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
gelagert. Das gelenkige Anschlußstück gestattet das Bohren mit der gewünschten Ablenkung
durch die elastische Verformung der entsprechenden (hier nicht sichtbaren) Zonen
der Hülse 72.
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In F i g. 11 ist ein gelenkiges Bohrgestänge dargestellt, das im Bereich
seines unteren Endes mit einer Hülse 83 ausgestattet ist, die asymmetrisch verformbare
Zonen 84 aufweist, welche sich gegen die Wandung 85 des Bohrloches abstützen und
zum zum Bohren von seitlichen oder abweichenden Löchern dienen. Die dargestellte
Einrichtung eignet sich ganz besonders für Bohrturbinen und sonstige Bohrlochmotoren,
kann jedoch auch beim üblichen Drehbohren Anwendung finden.
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Wie gezeigt, befindet sich hier die Hülse 83 unterhalb der Antriebssektion
86, die z. B. aus einer Bohrturbine bestehen kann. Die Abtriebswelle 87 dieser Turbine
ist mittels eines Kardangelenkes 88 mit einer Welle 89 verbunden, die innerhalb
der Hülse 83 geführt ist und den Bohrmeißel 90 antreibt. Die Hülse 83 ist in einer
oberen und einer unteren Muffe 91 bzw. 92 gehalten. Die obere Muffe 91 ist einem
Lager 93 zugeordnet, welches die Welle 89 umgibt und trägt ein gelenkiges Anschlußstück
94, welches dem in F i g. 9 dargestellten ähnlich sein kann. Die untere Muffe 92
ist einem Lager 95 zugeordnet, welches sich an einer durch eine Schulter 97 der
Welle 89 gehaltenen Buchse 96 abstützt.
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Am oberen Ende der Antriebssektion 86 ist ein gelenkiger oder biegsamer
Anschlußübergang 98 vorgesehen, welcher die Verbindung zu der darüber anschließenden
Stange 99 herstellt. Die obere Stange 99 kann aus einer weiteren Antriebssektion
oder, falls die Leistung der Antriebssektion 86 ausreicht, aus einer einfachen Bohrgestängestange
bestehen.
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Wie bereits erläutert, kann mittels der an der Hülse 83 asymmetrisch
angeordneten Zonen 84, die durch die elastische Verformung nach außen treten und
sich gegen die Wandung des Bohrloches abstützen, ein fortschreitendes Führen in
einem Grundloch bzw. in einer Ablenkung des Bohrloches erzielt werden, und zwar
auch dann, wenn der Durchmesser dieser Ablenkung kleiner ist, weil der Verformungsgrad
der Zonen der Hülse nach außen von dem innerhalb größerer Grenzen einstellbaren
Spüldruck abhängig ist.
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In F i g. 12 ist gemäß einer weiteren Ausführungsform zwischen der
Stange 99 und der Antriebssektion 86 ein gelenkiges Anschlußstück 100 dargestellt.
Wie gezeigt, weist das verwendete Anschlußstück 100
ein spreizbares seitliches
Führungslager 101 auf, welches derart ausgebildet ist, daß es selber zum Führen
der ganzen Einheit innerhalb des Bohrloches beiträgt.