DE4037262C2

DE4037262C2 - Target boring bar

Info

Publication number: DE4037262C2
Application number: DE19904037262
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Schwidder; Udo Weber; Paul Braun; Heinz Wallussek
Original assignee: Bergwerksverband GmbH; Schwing Hydraulik Elektronik GmbH and Co
Current assignee: Bergwerksverband GmbH; Schwing Hydraulik Elektronik GmbH and Co
Priority date: 1990-11-23
Filing date: 1990-11-23
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2010-11-24
Also published as: EP0486750A2; EP0486750A3; DE4037262A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zielbohrstange gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a target boring bar according to the preamble of claim 1.

Derartige Zielbohrstangen sind darauf eingerichtet, drehende Bohrungen und insbesondere Bohrungen nach dem Rotary-Verfahren in der Regel senkrecht nach unten, aber auch gelegentlich senkrecht nach oben so zu steuern, daß sie nicht aus der vorgegebenen Bohrrichtung, welche im allgemeinen mit der Senk rechten übereinstimmt, abweichen. Im allgemeinen bildet eine solche Zielbohrstange ein Bohrrohr, welches meistens als letztes Gestängerohr vor dem Bohrmeißel in den Gestängezug eingebaut wird und mit Hilfe der hydraulischen Antriebe Korrektur momente auf das Bohrwerkzeug überträgt, welche die Kräfte aufheben, die das Bohrwerkzeug und damit die Bohrung aus der Bohrrichtung ablenken. Bei prakti scher Ausführung kann eine solche Zielbohrstange mit einem Paar konzentrischer Rohre verwirklicht werden, von denen das innere Rohr die Bohrwelle bildet, die mit dem Bohrwerkzeug und dem Bohr gestänge drehfest verbunden ist, während das kon zentrisch äußere Rohr drehbar auf der Bohrwelle ge lagert ist und ausschwenkbare Steuerleisten auf weist, die sich auf den Bohrlochstößen abstützen. Diese Steuerleisten werden von den hydraulischen Antrieben beaufschlagt, deren Reaktionskräfte die Korrekturmomente an dem Bohrwerkzeug hervorrufen. Such target boring bars are set up to rotating bores and especially bores the Rotary process is usually vertical below, but also occasionally vertically upwards to control so that they are not out of the given Direction of drilling, which generally corresponds to the sink right matches, differ. In general such a target boring bar forms a drill pipe, which is mostly the last drill pipe before the Drill bit is installed in the rod train and correction with the help of hydraulic drives transmits moments to the drilling tool, which the Lift forces that the drilling tool and thus the Deflect the hole from the direction of drilling. At practi Such a target boring bar can be designed realized with a pair of concentric tubes of which the inner tube is the drilling shaft forms that with the drilling tool and the drilling linkage is rotatably connected, while the con centrically outer tube rotatable on the drilling shaft is stored and swivel-out control strips points, which are based on the borehole joints. These control strips are made by the hydraulic Actuators acted upon, the reaction forces of which Cause correction torques on the drilling tool.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die zur Steuerung derartiger Zielbohrstangen erforderlichen Meß- und Regelsysteme, die dafür sorgen, daß die Bohrung der vorgegebenen Bohrrichtung folgt. Allge mein gesehen, benötigt man zur Gewährleistung einer hinreichenden Genauigkeit bei der Einhaltung der vorgegebenen Bohrrichtung wenigstens zwei Meß- und Regelsysteme, welche in jeweils einer um einen Halbkreis gegeneinander versetzten Ebene wirksam sind, wobei in der vorstehend beschriebenen bei spielsweisen Ausführungsform der Zielbohrstange in jeder Meßebene ein Paar von Steuerleisten, deren Korrekturmomente einander entgegengesetzt sind, an geordnet werden. Auf diese Weise lassen sich alle innerhalb eines Vollkreises um die Bohrachse auf tretenden Abweichungen an dem Bohrwerkzeug korri gieren. Voraussetzung ist jedoch ein Meß- und Regelsystem, welches die Abweichungen von der Regelgröße mit hinreichender zeitlicher und absolu ter Genauigkeit erfaßt und in entsprechende Stell größen an den hydraulischen Antrieben umsetzt, wel che in der Regel Plungerkolben aufweisen, die auf die Steuerleisten wirken.The invention relates in particular to the Control of such target boring bars required Measuring and control systems that ensure that the Drilling follows the specified drilling direction. General mine seen, you need to guarantee one sufficient accuracy in compliance with the predetermined drilling direction at least two measuring and Control systems, which in one by one Semicircle offset plane effective are, in the above described at game-like embodiment of the target boring bar in each measuring level a pair of control strips, the Corrective moments are opposite to each other be ordered. This way everyone can be within a full circle around the drilling axis occurring deviations on the drilling tool corri yaw. However, a measurement and Control system, which the deviations from the Controlled variable with sufficient temporal and absolute ter accuracy recorded and in corresponding position sizes on the hydraulic drives, wel che usually have plungers on the control bars work.

Der vorstehend beschriebene Aufbau einer Zielbohr stange ist aus dem DBP 30 00 239 grundsätzlich be kannt. In der Praxis werden elektrische Neigungs messer als Neigungssensoren benutzt, die um 90° gegeneinander versetzt sind. Ein solcher Neigungs messer kann beispielsweise aus einer Libelle mit Quecksilberfüllung bestehen, welche sich in einem gekrümmten, an beiden Enden verschlossenen Rohr be wegt und als Kontaktgeber dient, der mit Kontakten zusammenwirkt, die wechselweise durch die Quecksil berfüllung geschlossen oder geöffnet werden. Solche und ähnliche elektrische Sensoren führen jedoch zu Ungenauigkeiten in der Regelstrecke und damit zu nicht tolerierbaren Abweichungen aus der vorgegebe nen Bohrrichtung. Tatsächlich lassen sich die Stellgrößen nicht in Echtzeit mit den Meßgrößen darstellen und an die hydraulischen Antriebe wei tergeben. Es kommt auch zu Fehlsteuerungen, welche durch die mechanischen Belastungen des Meßsystems beim normalen Bohrbetrieb auf das Bohrgestänge wir ken und Größenordnungen annehmen können, welche die Kontakte schließen, obwohl eine Regelabweichung nicht vorliegt.The construction of a target drill described above rod is basically from DBP 30 00 239 knows. In practice, electrical inclinations knife used as inclination sensors, by 90 ° are offset from each other. Such an inclination knife can be made from a dragonfly, for example Mercury filling exist, which are in one curved pipe, closed at both ends moves and serves as a contactor with contacts that interacts through the mercury overfilling can be closed or opened. Such and similar electrical sensors, however, lead to Inaccuracies in the controlled system and thus too not tolerable deviations from the given NEN drilling direction. In fact, they can Control variables not in real time with the measured variables represent and white to the hydraulic drives surrender. There are also incorrect controls, which due to the mechanical loads on the measuring system during normal drilling operations on the drill pipe we ken and orders of magnitude which the Close contacts, although a rule deviation not available.

Insbesondere ergeben sich bei der vorstehend be schriebenen Bauart erhebliche Regelabweichungen mit zunehmender Teufe der Bohrung. Das ist einerseits eine Folge der Verlängerung des Bohrgestänges, andererseits aber auch der Einwirkungen auf die Bohrlochspülung und auf die Bohreinrichtung des Gebirges.In particular, in the case of be written design with significant deviations increasing depth of the hole. That is on the one hand a consequence of the extension of the drill pipe, on the other hand also the effects on the Drill hole drilling and on the drilling device of the Mountains.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zielbohrstange des als bekannt vorausgesetzten all gemeinen Aufbaus zu schaffen, welche auch bei großen Bohrlochteufen die vorgegebene Bohrrichtung praktisch fehlerlos einhält.The invention has for its object a Target boring bar of the known as all to create common structure, which also at large borehole depths the specified drilling direction practically flawless.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruches 1. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The invention solves this problem with the features of claim 1. Further features of the invention are the subject of the subclaims.

Gemäß der Erfindung sind das Meßsystem und die Regelstrecken jedes Neigungsreglers elektronisch ausgebildet, d. h. im Gegensatz zu vorbekannten elektrischen Ausführungen beruhen die Steuergrößen auf der Wechselwirkung von Elektronen. Daher kann der maßgebende Steuerimpuls von einer Beschleuni gungsmasse erzeugt und in Echtzeit in die Stell größen umgewandelt werden. Um die hierbei entste henden Störgrößen auszuschalten, wird das Meß signal, welches die Schwingungen des Bohrgestänges enthält und im übrigen auch durch die in großen Teufen aufgrund der geothermischen Tiefenstufe an steigenden Temperaturen verfälscht ist, gefiltert, wodurch das hinter dem Filter entstehende Meßsignal nur noch die Regelabweichung vom Sollwert enthält, d. h. die Größe des Winkels, den die Achse des Bohr gestänge mit der vorgegebenen, d. h. in der Regel senkrechten Bohrrichtung einschließt. Dieses Signal wird vorzeichenrichtig dem Fensterdiskriminator aufgegeben, nachdem es entsprechend verstärkt wor den ist. Dadurch werden in den als Dreipunktregler ausgebildeten Leistungsendstufen elektrische Stell größen gebildet, deren Wert sich nach dem Steuer fenster bestimmt und entweder Null oder eine be stimmte Größe nach rechts oder links annimmt. Die Leistungsendstufen bilden elektrische Stellgrößen, mit denen die Regelventile zur Beaufschlagung der Plungerzylinder gesteuert werden können.According to the invention, the measuring system and the Control systems of each inclinator are electronic trained, d. H. unlike previous ones the control variables are based on electrical versions on the interaction of electrons. Therefore the decisive control impulse from an acceleration mass and generated in real time in the position sizes are converted. To be the first switch off disturbing variables, the measurement signal showing the vibrations of the drill pipe contains and also by the large Depth due to the geothermal depth level rising temperatures is falsified, filtered, whereby the measuring signal arising behind the filter only contains the control deviation from the setpoint, d. H. the size of the angle that the axis of the drill linkage with the specified, d. H. usually vertical drilling direction. This signal becomes the correct sign for the window discriminator abandoned after it was reinforced accordingly that is. This means that the three-point controller trained power output stages electrical actu sizes formed, the value of which is after tax window determined and either zero or a be agreed size to the right or left. The Power output stages form electrical manipulated variables, with which the control valves to act on the Plunger cylinders can be controlled.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß aufgrund der elektronischen Ausbildung bereits geringste Regelabweichungen zur Bildung von Steuergrößen füh ren, mit denen eine Korrektur der Bohrrichtung in Echtzeit herbeigeführt wird. Diese Art der Steue rung, insbesondere von Tiefbohrungen sorgt unabhän gig von den auf das Gestänge und das Bohrwerkzeug wirkenden Störgrößen für einen absolut geraden Ver lauf der Bohrung in der vorgegebenen Bohrrichtung, was nicht zu erreichen ist, wenn man die Stell größen mit zeitlicher Verzögerung aus den betref fenden Meßsignalen bildet. Die beschriebene Fil terung der Meßgrößen macht in der Erfindung die Steuersignale von den Störgrößen unabhägig, welche auf die das Meßsignal liefernde Beschleunigungs masse einwirken. Das bedeutet, daß z. B. die unver meidlichen Schwingungen des Bohrgestänges, die durch den Bohrvorgang entstehen und bei ihrer Ein wirkung auf die Bildung des Steuersignals zum Flat tern der Regelstrecke um den Sollwert führen, nicht wirksam werden können, so daß die Regelung unabhän gig von den Schwierigkeiten des Bohrens ausschließ lich auf Richtungsabweichungen reagiert.The invention has the advantage that due to the electronic training already the slightest Control deviations lead to the formation of control variables with which a correction of the drilling direction in Is brought about in real time. That kind of tax tion, especially of deep drilling, ensures independence gig of those on the rods and the drilling tool acting disturbances for an absolutely straight ver the drilling runs in the specified drilling direction, which cannot be achieved if you sizes with a time lag from the forms measuring signals. The described fil tion of the measured variables makes in the invention Control signals regardless of the disturbance variables, which to the acceleration delivering the measurement signal act mass. That means that e.g. B. the un vibrations of the drill pipe, the arise from the drilling process and at their on effect on the formation of the control signal for flat lead the controlled system around the setpoint, not can be effective, so that the scheme is independent from the difficulties of drilling responds to directional deviations.

Tiefbohrungen, d. h. Größenordnungen, wie sie bis lang nicht mehr beherrscht werden können, was bei Teufen von ca. 4000 m und mehr je nach Beschaffen heit des Gebirges der Fall ist, lassen sich mit der erfindungsgemäßen Zielbohrstange führen, weil auch die Meßfehler im Filter unterdrückt werden, die durch die unvermeidliche Aufheizung der Bohrloch spülung und der von dieser umgebenden Bohr einrichtung infolge der geothermischen Tiefenstufe auftreten. Unter dem im Anspruch 1 angegebenen Ausdruck "Offsetdrift" wird dabei die Abweichung von der vorgegebenen Bohrrichtung verstanden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß insbesondere das Bauelement, welches die Elektronik aufweist, miniaturisierbar ist. In der Praxis müssen nämlich die Teile des Meß- und Regel systems in der geringen Wandstärke des konzentrisch äußeren Rohres der Zielbohrstange untergebracht werden, was bei elektrischer Ausführung bisher häu fig zum Versagen aufgrund von äußeren Einflüssen wegen des zu geringen Raumangebotes führt. Bei der Erfindung ist auch der Leistungsbedarf geringer, was zur Verkleinerung des Generators führt, der zur Stromerzeugung dient und ebenfalls in die Zielbohr stange eingebaut werden muß.Deep drilling, d. H. Orders of magnitude as to can no longer be mastered, what with Depths of approx. 4000 m and more depending on the procurement mountain is the case, can be with the lead target boring bar according to the invention, because too the measurement errors in the filter are suppressed due to the inevitable heating of the borehole flushing and the drilling surrounding it establishment due to the geothermal depth occur. Under the expression "offset drift" specified in claim 1 understood the deviation from the specified drilling direction. Another advantage of the invention lies in that in particular the component which the Electronics, can be miniaturized. In the In practice, the parts of the measurement and rule must systems in the small wall thickness of the concentric outer tube of the target boring bar become what is common with electrical design fig for failure due to external influences because of the limited space available. In the Invention the power requirement is also lower which leads to downsizing of the generator that leads to Electricity generation is also used in the target drilling rod must be installed.

Da die Erfindung bereits geringe Regelabweichungen aufnimmt und ausgleicht, wird zweckmäßig der Meßbe reich des Meßsystems auf diese Regelabweichungen eingestellt. Dazu gibt der Anspruch 2 eine für die Praxis zweckmäßige Bemessung wieder. Hierbei be schränkt sich der Meßbereich auf nur ca. 120 Winkelminuten bei einer Auflösung und Wieder holgenauigkeit der Meßsignale von ca. 1 Winkel minute, wobei die absolute Meßgenauigkeit ca. 3 Winkelminuten ausmacht.Since the invention already has slight control deviations absorbs and compensates, the Meßbe range of the measuring system to these control deviations set. For this, claim 2 gives one for Practice appropriate dimensioning again. Here be the measuring range is limited to only approx. 120 Angular minutes at a resolution and again accuracy of measurement signals of approx. 1 angle minute, the absolute measuring accuracy approx. 3 Angle minutes.

Das Steuerfenster kann wahlweise asymmetrisch oder symmetrisch ebenfalls nach Winkelminuten ausgelegt werden. Die hierfür zweckmäßigen Größenordnungen sind in den Ansprüchen 3 und 4 wiedergegeben.The control window can either be asymmetrical or also designed symmetrically according to angular minutes become. The appropriate sizes for this are given in claims 3 and 4.

Von besonderer Bedeutung für die genaue Regelung der Bohrrichtung mit Hilfe der erfindungsgemäßen Zielbohrstange ist die Berücksichtigung eines mit der Teufe anwachsenden hydrostatischen Druckes der Bohrlochspülung. Dies führt nämlich dazu, daß die hydraulischen Antriebe die Korrekturmomente mit immer größerer zeitlicher Verzögerung an die Ziel bohrstange weitergeben. Dieses Problem wird grund sätzlich mit den Merkmalen des Anspruches 5 gelöst. Danach ist der Betriebsdruck der hydraulischen Antriebe variabel, d. h. er wächst mit wachsender Teufe an, die über den hydrostatischen Druck der Bohrlochspülung auf den Betriebsdruck der Antriebe einwirkt.Of particular importance for the precise regulation the drilling direction with the help of the invention Target boring bar is taking one into account the depth of increasing hydrostatic pressure Borehole flushing. This leads to the fact that the hydraulic drives with the correction torques ever greater time delay to the destination Pass on the boring bar. This problem becomes apparent additionally solved with the features of claim 5. After that, the operating pressure is the hydraulic Variable drives, d. H. it grows with growing Depth of the hydrostatic pressure of the Drill hole flushing to the operating pressure of the drives acts.

Im Anspruch 6 ist eine praktische Ausführung des hydraulischen Betriebskreises gekennzeichnet, wel che nach diesem Grundgedanken arbeitet.In claim 6 is a practical implementation of the hydraulic operating circuit, wel che works on this principle.

Die Einzelheiten, weitere Merkmale und andere Vor teile der Erfindung ergeben sich aus der nachfol genden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigenThe details, other features and other advantages parts of the invention result from the following description of an embodiment based on the figures in the drawing; show it

Fig. 1 im Längsschnitt unter Weglassung aller für das Verständnis der Erfindung nicht erfor derlichen Einzelheiten eine Zielbohrstange gemäß der Erfindung im Längsschnitt, Fig. 1 in longitudinal section, omitting all details not sary erfor for understanding the invention, a Zielbohrstange according to the invention in longitudinal section;

Fig. 2 die Darstellung der Meß- und Regelsysteme, welche in der Zielbohrstange nach Fig. 1 untergebracht sind und Fig. 2 shows the measurement and control systems, which are housed in the target boring bar according to Fig. 1 and

Fig. 3 die teufenabhängige, hydraulische Steuerung der Steuerleistenantriebe. Fig. 3, the depth-dependent, hydraulic control of the control bar drives.

In der Fig. 1 ist der mechanische Aufbau der Ziel bohrstange wiedergegeben. Dem Bohrlochtiefsten ist das Wellenende (1) eines konzentrisch inneren Roh res (2) zugewandt, welches eine Aufnahme (3) für einen nicht dargestellten Bohrlochmeißel aufweist, der drehfest mit dem Wellenende (1) verbunden ist. Ein konzentrisch äußeres Rohr (3′) ist drehbar auf der Welle (2) gelagert. Die Welle (2) weist einen zylindrischen Kanal (4) zur Zuführung des im Kanal nach unten gerichteten Stromes der Bohrflüssigkeit zu der Aufnahme (3) und damit zu dem Bohrmeißel auf. In dem konzentrischen äußeren Rohr sind die me chanischen Teile untergebracht, mit denen die Kor rektur der Bohrrichtung bewirkt wird.In Fig. 1 the mechanical structure of the target boring bar is shown. The deepest of the borehole faces the shaft end ( 1 ) of a concentrically inner tube res ( 2 ), which has a receptacle ( 3 ) for a borehole bit, not shown, which is rotatably connected to the shaft end ( 1 ). A concentrically outer tube ( 3 ') is rotatably mounted on the shaft ( 2 ). The shaft ( 2 ) has a cylindrical channel ( 4 ) for supplying the downward flow of the drilling fluid to the receptacle ( 3 ) and thus to the drill bit. The mechanical parts are housed in the concentric outer tube, with which the correction of the drilling direction is effected.

Dazu gehören insgesamt vier Steuerleisten, die paarweise in je einer Ebene untergebracht sind, welche gegen die benachbarte Ebene um 90° versetzt ist. Deshalb sind in der Darstellung der Fig. 1 nur die Steuerleisten (5 und 6) erkennbar, die in einer dieser Ebenen angeordnet sind. Das andere Steuer leistenpaar steht senkrecht zur Zeichenebene. Jede Steuerleiste hat an einem Ende ein Anschlußgelenk (6′), das sie mit dem konzentrisch äußeren Rohr (3′) verbindet und wird mit zwei Paaren (7, 8) von Plungerkolben (9 bzw. 10; 11 bzw. 12) gesteuert, deren Zylinder senkrecht zur Längsachse (12a) der Zielbohrstange (14) im äußeren Rohr (3′) ausgespart sind. Sobald die Plungerkolben (9, 10 bzw. 11, 12) aus ihren Zylindern ausfahren, verschwenken sie die Steuerleiste (5) im Gelenk (6′) nach außen, die sich auf dem nicht dargestellten Bohrlochstoß abstützt. Das Reaktionsmoment der Plungerkolben wirkt auf die Zielbohrstange (14) und damit auf das Bohrwerkzeug, das dadurch eine Richtungsänderung erfährt.This includes a total of four control strips, which are housed in pairs on one level, which is offset by 90 ° from the adjacent level. Therefore, only the control strips ( 5 and 6 ) can be seen in the representation of FIG. 1, which are arranged in one of these levels. The other pair of tax strips is perpendicular to the plane of the drawing. Each control bar has at one end a connecting joint ( 6 ') which connects it to the concentrically outer tube ( 3 ') and is controlled by two pairs ( 7 , 8 ) of plungers ( 9 and 10 ; 11 and 12 ), whose cylinders perpendicular to the longitudinal axis ( 12 a) of the target boring bar ( 14 ) in the outer tube ( 3 ') are recessed. As soon as the plungers ( 9 , 10 or 11 , 12 ) extend out of their cylinders, they pivot the control bar ( 5 ) in the joint ( 6 ') to the outside, which is supported on the hole joint, not shown. The reaction moment of the plunger acts on the target boring bar ( 14 ) and thus on the drilling tool, which experiences a change in direction.

Die beschriebene Anordnung ist auch bei der Steuerleiste (6) vorgesehen. Da deren Plungerkolben unabhängig von dem Plungerkolben der Steuerleiste (5) beaufschlagt werden, können die Korrekturmomente in der beschriebenen Ebene nach jeder Seite aufgebracht werden. Durch Zusammenwirken der Plungerkolben mit den Steuerleisten in der anderen, d. h. senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Korrekturebene kann jede das Bohrwerkzeug ablenkende Störgröße durch Korrekturmomente ausgeglichen werden.The arrangement described is also provided for the control bar ( 6 ). Since their plungers are acted upon independently of the plunger of the control bar ( 5 ), the correction moments can be applied to each side in the plane described. By means of the interaction of the plunger pistons with the control strips in the other correction plane, that is to say perpendicular to the plane of the drawing, any disturbance variable deflecting the drilling tool can be compensated for by correction moments.

In einer Aussparung (15) des konzentrisch äußeren Rohres (3′) ist ein Elektromotor untergebracht, der mit seiner Welle drehfest mit einer in einer anschließenden Aussparung (16) untergebrachten Pumpe verbunden ist, welche den hydraulischen Betriebsdruck für die Plungerzylinder erzeugt. Pumpe und Motor sind in dem hydraulischen Schaltbild nach Fig. 3 bei (17 bzw. 18) wiedergegeben. Zur Stromversorgung dient ein Elektromotor (19), welcher in einem Tender (20) der Zielbohrstange (14) untergebracht ist. Der Tender wird von einem weiteren, konzentrisch äußeren Rohr (21) gebildet, das mit dem Rohr (3′), wie bei (22) dargestellt, verschraubt und dadurch drehfest mit diesem verbunden ist. Das andere Ende (23) der Welle (2) tritt aus dem Ende des Tenders aus und weist eine Aufnahme (24) zur drehfesten Verschraubung mit dem anschließenden Gestängezug (26) auf. Das dem Tender (21) zugeordnete Ende des Rohres (3′) weist Führungen (25) auf, welche das Ausschwenken der Steuerleisten (5 bzw. 6) begrenzen.In a recess ( 15 ) of the concentrically outer tube ( 3 ' ), an electric motor is housed, which is rotatably connected with its shaft to a pump housed in a subsequent recess ( 16 ), which generates the hydraulic operating pressure for the plunger cylinder. Pump and motor are shown in the hydraulic circuit diagram of Fig. 3 at ( 17 and 18 ). An electric motor ( 19 ), which is accommodated in a tender ( 20 ) of the target boring bar ( 14 ), is used for the power supply. The tender is formed by a further, concentrically outer tube ( 21 ) which is screwed to the tube ( 3 '), as shown at ( 22 ), and is thus connected to it in a rotationally fixed manner. The other end ( 23 ) of the shaft ( 2 ) emerges from the end of the tender and has a receptacle ( 24 ) for non-rotatable screwing with the subsequent linkage ( 26 ). The end of the tube ( 3 ') assigned to the tender ( 21 ) has guides ( 25 ) which limit the pivoting out of the control strips ( 5 or 6 ).

In einer weiteren Aussparung (27) des konzentrisch äußeren Rohres (3′) ist eine Platine untergebracht, die bei (28) in Fig. 2 wiedergegeben ist. Die Aussparung (27) dient auch dazu, die übrigen elektronischen und elektrischen Schaltelemente für die Plungerkolben (9-12) aufzunehmen.In a further recess ( 27 ) of the concentrically outer tube ( 3 ') a board is housed, which is shown at ( 28 ) in Fig. 2. The recess ( 27 ) also serves to accommodate the other electronic and electrical switching elements for the plunger ( 9-12 ).

In den vorstehend beschriebenen Meßebenen ist für jedes Plungerkolbenpaar ein Neigungssensor (29, 30) mit seiner vollständigen Signalverarbeitung untergebracht. Hierdurch entsteht für jede Steuerleiste eine Redundanz, die dafür sorgt, daß bei Ausfall eines Meß- und Regelsystems ein sofortiger Ausbau der Zielbohrstange nicht erforderlich ist, was bei Tiefstbohrungen mit dem Ziehen des Gestänges und deswegen einem hohem Aufwand verbunden ist. Jeder Sensor besteht im wesentlichen aus einer Beschleunigungsmasse, welche permanent die Neigung des in der betreffenden Ebene untergebrachten Meßsystems (31, 32) erfaßt. Dadurch ist es möglich, in jeder der beiden Meßebenen gleichzeitig alle Störgrößen zu erfassen, welche zu einer Abweichung von der vorgegebenen Borrichtung führen. Da es sich in jeder Meßebene um zwei Meßsysteme handelt, so genügt es, die doppelt vorhandene Elektronik anhand der Plungerkolben (9, 10) zu erläutern.In the measuring planes described above, an inclination sensor ( 29 , 30 ) with its complete signal processing is accommodated for each pair of plunger pistons. This creates a redundancy for each control bar, which ensures that an immediate removal of the target boring bar is not necessary in the event of a failure of a measuring and control system, which is associated with deep drilling with the pulling of the rod and therefore a lot of effort. Each sensor essentially consists of an acceleration mass, which permanently detects the inclination of the measuring system ( 31 , 32 ) housed in the relevant plane. This makes it possible to simultaneously capture all disturbance variables in each of the two measurement planes, which lead to a deviation from the predefined boron direction. Since there are two measuring systems in each measuring plane, it is sufficient to explain the duplicate electronics using the plunger ( 9 , 10 ).

Das permanent von dem Neigungssensor (29) erzeugte Signal wird einem Tiefpaßfilter (33) aufgegeben. Dieser filtert das durch die Vibration des Bohrge stänges stark gestörte Neigungssignal des Sensors (29) aus und kompensiert gleichzeitig die tempera turabhängige Offsetdrift des Neigungssensors. Das gefilterte Signal gibt damit die Regelgröße wieder, die einem Signalverstärker (34) aufgegeben wird. Dieser verstärkt das gefilterte Neigungssignal mit dem gemäß dem Ausführungsbeispiel auf ca. 120 Win kelminuten festgelegten Meßbereich. Das Neigungs meßsystem hat eine Auflösung und Wie derholgenauigkeit gemäß dem dargestellten Ausfüh rungsbeispiel von ca. 1 Winkelminute und eine abso lute Meßgenauigkeit von ca. 3 Winkelminuten.The signal permanently generated by the inclination sensor ( 29 ) is applied to a low-pass filter ( 33 ). This filters out the tilt signal of the sensor ( 29 ), which is severely disturbed by the vibration of the drill rod, and at the same time compensates for the temperature-dependent offset drift of the tilt sensor. The filtered signal thus represents the controlled variable which is given to a signal amplifier ( 34 ). This amplifies the filtered inclination signal with the measuring range defined according to the exemplary embodiment to approximately 120 win minutes. The inclination measuring system has a resolution and repetition accuracy according to the exemplary embodiment shown of approx. 1 angular minute and an absolute measuring accuracy of approx. 3 angular minutes.

Das verstärkte Signal gelangt auf einen Fensterdis kriminator (35), der das Neigungssignal vorzeichen richtig bewertet und danach die beiden Leistungs endstufen (36, 37) steuert. Das geschieht in Form eines Dreipunktreglers, wobei das Korrekturfenster ca. 3,5 Winkelminuten aufweist. Dieses Steuerfen ster kann wahlweise asymmetrisch mit ca. +2,5/ca. -1 Winkelminuten oder symmetrisch mit ca. +1,75/ca. -1,75 Winkelminuten ausgelegt werden.The amplified signal reaches a window discriminator ( 35 ), which correctly signs the inclination signal and then controls the two power amplifiers ( 36 , 37 ). This is done in the form of a three-point controller, with the correction window having approximately 3.5 angular minutes. This control window can optionally be asymmetrical with approx. + 2.5 / approx. -1 angular minutes or symmetrical with approx. + 1.75 / approx. -1.75 angular minutes.

Die PWM (Puls-Weiten-moduliert) modulierten Endstufen (36 und 37) steuern über Wegeventile (38, 39) die Beaufschlagung der Plungerkolben (9, 10) einzeln mit einem bestimmten Strom/Zeitprofil, indem die Wegeventile die Plungerzylinder über den hydraulischen Betriebskreis ansteuern. The PWM (pulse width modulated) modulated output stages ( 36 and 37 ) control the action of the plunger pistons ( 9 , 10 ) individually via a directional control valve ( 38 , 39 ) with a specific current / time profile, by the directional control valves controlling the plunger cylinder via the hydraulic operating circuit head for.

Die Darstellung der Fig. 3 weicht von der nach Fig. 2 insofern ab, als danach jedem Plungerkolbenpaar nur ein Magnetventil (y1-y4) zugeordnet und die Zylinder hintereinander geschaltet sind. Die PWM modulierten Endstufen (36 und 37) steuern die Magnete dieser 2/2-Wegeventile an, welche federnd vorgespannt sind. Dabei sind die Zylinder der Plun gerkolben (9, 10 bzw. 11, 12), die in einer Aus sparung des äußeren Rohres (3′) untergebracht sind, welche als Kammern (1-4) im Schaltplan der Fig. 3 bezeichnet sind, hydraulisch miteinander verbunden, wodurch die Plungerkolben (9, 10 bzw. 11, 12) gleichzeitig aus- bzw. einfahren. Die Beaufschla gung der Wegeventile (y1-y4) erfolgt über Ringkanäle, die mit (T) für Tank und (P) für Pumpe gekennzeichnet, jedoch in die Fig. 1 nicht einge tragen sind.The illustration in FIG. 3 differs from that in FIG. 2 in that only one solenoid valve (y 1- y 4 ) is then assigned to each plunger pair and the cylinders are connected in series. The PWM modulated output stages ( 36 and 37 ) control the magnets of these 2/2-way valves, which are spring-loaded. The cylinders of the Plun piston ( 9 , 10 or 11 , 12 ), which are housed in a saving from the outer tube ( 3 '), which are referred to as chambers ( 1-4 ) in the circuit diagram of Fig. 3, hydraulically connected to each other, whereby the plungers ( 9 , 10 or 11 , 12 ) extend or retract at the same time. The loading of the directional control valves (y 1- y 4 ) takes place via ring channels which are marked with (T) for the tank and (P) for the pump, but are not shown in FIG. 1.

Der hydraulische Druckerzeuger weist einen Druck verstärker (40) auf. Dieser enthält einen federbe lasteten Kolben (41), dessen Unterseite (42) mit dem geregelten Betriebsdruck der Pumpe (18) beauf schlagt ist. Die gegenüberliegende Kolbenseite (43) stützt sich auf der Feder (44) ab, die ihrerseits mit einer Membran (45) beaufschlagt ist, die dem Druck der aufsteigenden Spülflüssigkeit ausgesetzt ist. Die Anordnung wirkt deshalb so, daß der Druck der aufsteigenden Spülflüssigkeit den Druck in der hydraulischen Steuerleitung (46) verstärkt, mit der die Plungerzylinder beaufschlagt werden. Das bedeu tet, daß mit anwachsender Teufe und dementsprechend anwachsenden hydrostatischen Druck der Bohrloch spülung auch der hydraulische Druck in den Plungerzylindern steigt. Dadurch wird unabhängig von der Teufe eine vorgegebene Kolbengeschwindigkeit eingehalten und das Korrekturmoment nach der Teufe verstärkt.The hydraulic pressure generator has a pressure booster ( 40 ). This contains a spring-loaded piston ( 41 ), the underside ( 42 ) of which is struck with the regulated operating pressure of the pump ( 18 ). The opposite piston side ( 43 ) is supported on the spring ( 44 ), which in turn is acted upon by a membrane ( 45 ) which is exposed to the pressure of the rising flushing liquid. The arrangement therefore acts in such a way that the pressure of the rising flushing liquid increases the pressure in the hydraulic control line ( 46 ) with which the plunger cylinders are acted upon. This means that as the depth increases and the hydrostatic pressure in the borehole rinses increases, the hydraulic pressure in the plunger cylinders also increases. As a result, a predetermined piston speed is maintained regardless of the depth and the correction torque is increased after the depth.

Claims

1. Target boring bar with at least one pair of inclination controllers in one plane for controlling hydraulic correction drives, in which a measuring system determines the controlled variable as the angle of inclination of the target boring bar in the plane against the predefined drilling axis and the control system converts the measured values in manipulated variables for the ones arranged in the plane in opposite directions active correction drives, characterized in that in the measuring system ( 31 , 32 ) the inclination sensor ( 29 , 30 ) is electronic and a permanent, electronic measuring signal gives up a filter ( 33 ) which suppresses the vibrations of the target boring bar and the temperature-dependent Offset drift of the inclination sensor ( 29 , 30 ) provides corrected controlled variable which, via a signal amplifier ( 34 ), reaches a window discriminator ( 35 ) which outputs the controlled variable as a three-point controller at power output stages ( 36 , 37 ) through a control window measured according to the angle minutes of the inclination, which electrical control variables pass on to solenoid valves ( 38 , 39 ).

2. Target boring bar according to claim 1, characterized in that the measuring range of the measuring system ( 31 , 32 ) is fixed at approx. 120 angular minutes and the resolution and repeatability of the measurement signals at approx. 1 angular minute with an absolute measuring accuracy of approx. 3 angular minutes. the control window comprises approximately 3.5 angular minutes.

3. Target boring bar according to one of claims 1 or 2, characterized in that the control window symmetrical with approx. + 2.5 / approx. -1 angular minutes is designed.

4. Target boring bar according to one of claims 1 or 2, characterized in that the control window symmetrical with approx. + 1.75 / approx. -1.75 angle minutes.

5. Target boring bar according to one of claims 1 to 4, characterized in that the hydraulic operating pressure of the drives ( 9-11 ) increases linearly after the hydrostatic pressure of the drilling fluid in the area of the hydraulic drives ( 9-11 ).

6. Target boring bar according to claim 5, characterized in that a pressure booster ( 40 ) is installed in the hydraulic operating circuit, the piston ( 41 ) on one side ( 42 ) of the hydraulic pressure generator ( 17 , 18 ) and on the opposite side the rinsing liquid is contaminated.

7. Target boring bar according to one of claims 1 to 4, characterized in that the same measuring systems ( 31 , 32 ) are arranged four times under each other in each measuring plane and hydraulic drive pairs ( 9 , 10 , 11 , 12 ) are assigned.