EP0768446A1 - Method and boring tool for drilling into subterranean formations - Google Patents
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- EP0768446A1 EP0768446A1 EP95115867A EP95115867A EP0768446A1 EP 0768446 A1 EP0768446 A1 EP 0768446A1 EP 95115867 A EP95115867 A EP 95115867A EP 95115867 A EP95115867 A EP 95115867A EP 0768446 A1 EP0768446 A1 EP 0768446A1
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- drilling
- outer housing
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- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes
- E21B7/208—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes using down-hole drives
Definitions
- the invention relates to a method and a device for sinking a borehole into underground formations with at least one layer-like special formation which has significantly different formation pressures than a formation adjacent in the sinking direction.
- a borehole which is initially sunk in a first formation with a first formation pressure, meets a formation with a significantly higher formation pressure, then there is a risk of in-formation media flowing into the drilling fluid, through which drilling fluid can be pressed out of the annulus and the pipe string above ground . If the weight of the drilling fluid is increased, which can be carried out by introducing heavy spar or iron oxide to the drilling fluid in order to compensate for the high pressure of the drilled formation, then drilling fluid losses occur in the first.
- the invention is concerned with the problem of providing a method and a drilling device which avoid the above disadvantages when drilling wells into underground formations with considerable differences in formation pressure.
- the invention solves the problem by a method according to claim 1 and by a drilling device according to claim 9.
- the outer housing forms a shield from the formation, which prevents the occurrence of inflows as well as pushing formation areas towards the drilling tool and pipe string.
- the drilling system schematically illustrated in Fig. 1 for the sinking of a hole in underground formations comprises an above-ground drilling rig 1 with conventional equipment, from which extends into a borehole 2 a pipe string 3 composed of screwed pipe sections, the lower end of which in the usual way with connecting threads a drilling tool 4 is connected.
- a compensating and pressure device 6 titanium
- a compensating and pressure device 6 can be screwed in between the pipe string end 5 and the drilling tool 4, with the aid of which primarily thermally-induced length differences can be compensated for while maintaining or presetting a desired pressure force from the bit.
- the drilling tool 4 comprises a tool housing 7 composed of screwed pipe sections and a deep-hole motor 8 of any suitable known design, which is accommodated therein and is only indicated schematically, the output shaft 9 of which is screwed to a drill bit 10 at its lower end.
- the system shown in FIG. 1 further comprises an outer casing 11 surrounding the pipe string 3 and the drilling tool 4, which forms a borehole lining (liner or casing) composed of pipe sections and via a connecting device 12 (liner hanger) at its upper end to the pipe string 3 is connectable.
- This connecting device 12 establishes a detachable connection with the tubular string 3 and enables the tubular casing 3 to be inserted and pulled out of the outer casing 11 into and out of the borehole 2.
- the tool housing 7 is supported in the region of the lower end of the upper main part 13 of the outer housing 11 by an upper group 14 of control members against downward movement, and the drive shaft 9 is in the region of a thickened section 15 by a lower group 16 of locking members with a lower separate one End part 17 of the outer housing 11 connected, which is independently rotatably mounted on a lower end portion 18 of the main part 13 of the outer housing 11 and can rotate with the drive shaft 9 about the common longitudinal central axis 19 of the drilling device.
- the lower end part 17 carries on the end face a drill bit 20, the cutting plane of which assumes an initial position approximately at the level of the cutting plane of the drill bit 10.
- the upper group 14 of the locking members is formed by a locking groove 21 formed in the outer housing 11 in the form of an outwardly shaped annular pocket and locking bars 22 which are fixed to the tool housing 7 by means of screws 23 at one end and with their free part from a recessed starting position can be elastically deflected by the action of a spring 24 into a locking position, in which the locking strips 22 engage in the locking grooves 21 in a rotationally fixed manner.
- the locking ledges 22 rest with their free lower end on the pocket bottom 21 'in the fastening of their upper end shown; if the locking bars 22 can also be fastened at their lower end, the support is provided by a projection of the engagement part 25 at the upper free end of the locking bars 22 on the pocket bottom 21 '.
- the locking bars 22 are stressed in this case. At least three bars are provided on locking ledges 22, which are regularly distributed over the circumference of the outer housing 11 or the tool housing 7.
- the lower group 16 of the locking members is formed by longitudinal locking grooves 26 formed in the lower end part 17 of the outer housing 11 in the form of trough-shaped pockets and by locking strips 27 fixed to the thickened section 15 of the drive shaft 9 of the deep hole motor 8 by means of screws 23, which are also can be elastically deflected from a lowered starting position by the action of a spring 28 into a locking position, in which engaging parts 29 of the locking strips 27 engage in the locking grooves 26.
- the lower group 16 comprises at least three pairs of locking grooves 26 and locking strips 27, which are arranged at equal angles over the circumference of the outer housing 11 or drive shaft 9. Instead of the illustrated attachment of the locking bars 27 with an attachment point above and the lower free end, these can also be attached with the upper free end and the fastening point located below.
- the locking groove 21 of the upper group 14 is designed with an engagement length that is shorter than the engagement length of the engagement parts 29 of the locking bars 27 of the lower Group 16. This ensures that the engaging parts 29 of the locking bars 27 of the lower group 16 can only fall into the locking grooves 26 of the lower group 16 intended for them.
- the locking grooves 26 of the lower group 16 have an engagement length which is greater than that of the engaging parts 29 of the locking strips 27 of the lower group 16. This ensures that the lower end part 17 of the outer housing 11 in the axial direction relative to the drive shaft 9 between two End positions can shift, as illustrated in FIGS. 2 and 3.
- the upper end position shown in FIG. 3 forms the drilling operating position in which the cutting plane of the drill bit 20 is offset upwards from that of the drill bit 10 and surrounds the drill bit 10 in the region of its side cutting surface. This creates a better drainage of drilling fluid and cuttings.
- a bearing sleeve 30 is provided, which is inserted from above into the lower end part 17 of the outer housing 11 and is firmly connected, for example screwed, to it.
- the lower end section 18 of the upper main part 13 of the outer housing 11 encompasses the bearing sleeve 30 and, with a bearing surface 31 on its inside, forms a plain bearing which is coaxial with the longitudinal central axis 19 of the drilling device.
- the bearing sleeve 30 is in the lower end section 18 of the upper Main part 13 of the outer housing 11 is axially displaceably supported so as to enable the lower end part 17 the above-mentioned axial mobility between the starting position according to FIG. 2 and the drilling operating position according to FIG. 3.
- the bearing sleeve 30 has a collar 32 on the outside which, as a stop in cooperation with a shoulder 33 above the bearing surface 31, defines the lower end position for the lower end part 17 of the outer housing 11.
- the drilling operating position is defined by the lower end of the locking bars 27, which cooperate with a counter surface 34 as a stop, which in the example shown is formed by the end face of the screwed-in lower section 35 of the lower end part 17 of the outer housing 11, which is located in the upper ones above Section 36 of the lower end part 17 of the outer housing 11 is screwed.
- the design of the drilling device according to FIG. 5 enables directional drilling to be carried out in underground formations.
- This is made possible by the fact that when the outer housing 11 is otherwise unchanged, the lower end section 18 of the upper main part 13 of the outer housing 11 is oriented at an acute angle 37 of, for example, 1-3 ° to the main part 13 located above it. This can be achieved, for example, by an angular alignment of the thread 38 at the lower end of the main part 13 of the outer housing 11, onto which the lower end section 18 is screwed.
- a separate angle piece can also be provided as an intermediate part that can be screwed in place.
- the drive shaft 9 of the deep-hole motor 8 is provided with a section 39 of increased flexibility in the form of a circumferential, the bending resistance reducing contraction, otherwise the training of the drilling tool 4 is unchanged downward adjoining part of the drive shaft 9 gives an all-round elastic deflectability.
- the flexible section 39 is located slightly below the bend 40 at which the longitudinal central axis 19 of the drilling device merges into the angled lower axis part 19 '.
- any type of bit can be used as the drill bit 10. It is essential, however, that the drill bit 10 is provided with a stabilizer part 10 ', which is at a close distance from the inside of the lower section 35 of the lower end part 17, and has a side cutting surface which, for example by grinding, has a high accuracy of fit and with a close fit Can drill through 20.
- first formation extends down into the vicinity of the border area to a special formation following in the direction of the sinking, in which the formation pressure is substantially higher or lower than it is in the region of the first formation.
- This first formation with largely the same first formation pressure can have an essentially homogeneous structure, but can also consist of several different ones There are partial formations between which there are no significant formation pressure differences.
- the normal drilling tool is drawn up and the outer housing 11 is inserted into the borehole 2, the length of the housing being such that it exceeds the predetermined thickness of the subsequent special formation.
- This special formation can be, for example, one with high formation pressure, as is the case, for example, with cover layers above gas or oil storage layers.
- the drilling tool 4 As soon as the drilling tool 4 is set down and locked in the outer housing 11, the upper end of the outer housing 11 is connected to the pipe string 3 by means of the connecting device 12, which can have any suitable known design, and then released from the support on the drilling tower side.
- the unit of parts 3, 4 and 11 thus formed is now under Further construction of the pipe string 3 continues into the first part of the borehole 2 until the drill bit 10 and the drill bit 11 reach the bottom of the borehole 2.
- the drilling tool 4 is then put into operation, which is done by switching on or starting the deep hole motor 8, which is started up, for example when it is designed as a turbine or Moineau motor, by supplying it with drilling fluid.
- the tubular outer casing 11 is carried along by the tubular string 3, whereby the rotating core bit 20 at the lower end of the outer casing 11 in turn acts like a drilling tool.
- the outer casing 11 lines the borehole 2 in the region of its length, absorbs inward formation forces as soon as these become effective, for example when there is a drop in pressure in the drilling fluid, and brings about a seal which can optionally be further perfected by cementing in.
- the drilling tool can be opened after loosening the connecting device 12 and the bore can be used as a production bore, for example after complete lining. If the borehole is to be given a course that extends far beyond the special formation, after the drilling tool 4 previously connected to the outer housing 11 has been pulled up, a second drilling tool together with the pipe string can be inserted into the hole Borehole are retracted, which can be passed through the offset outer housing and can take over the further drilling of the hole. If a further special formation is to be drilled through at a considerable distance from the first special formation, a further drilling device with a second outer housing can be used, which can be passed through the stepped first outer housing. The sequence of the drilling process with the second drilling device is then analogous to the previously described sequence.
- the upper main part 13 of the outer housing 11 is advantageously set in rotation by the tubing string 3 for the purpose of reducing friction or for guiding the drilling tool 4 straight. If the outer housing 11 is angled in its lower area and the drill can thus be used for directional drilling operations, after determining the direction of the angled part of the outer housing 11, this is secured against twisting by the pipe string 3 from above, so that as drilling continues, an in its direction is drilled in accordance with changed borehole part.
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Abteufen einer Bohrung in unterirdische Formationen mit zumindest einer schichtförmigen Sonderformation, die zu einer in Abteufrichtung benachbarten Formation erheblich unterschiedliche Formationsdrücke aufweist.The invention relates to a method and a device for sinking a borehole into underground formations with at least one layer-like special formation which has significantly different formation pressures than a formation adjacent in the sinking direction.
Trifft eine Bohrung, die zunächst in einer ersten Formation mit einem ersten Formationsdruck abgeteuft wird, auf eine zweite Formation mit erheblich niedrigerem Formationsdruck, beispielsweise auf eine poröse Schicht, wie sie für Gas- und/oder Oellagerstätten typisch ist, dann fällt, gegebenenfalls schlagartig, der Druck in der Bohrspülung ab mit der Folge, daß der zuvor im Ringraum herrschende Druckausgleich zwischen dem Formationsdruck der ersten Formation und dem Druck der Bohrsprülung entfällt und sich zumindest Bereiche der ersten Formation sich an den Rohrstrang anlegen und diesen festsetzen können, was mit einem Verlust der Bohrung und der Hauptteile des Bohrgeräts einhergeht.If a borehole, which is initially sunk in a first formation with a first formation pressure, hits a second formation with a considerably lower formation pressure, for example a porous layer, as is typical for gas and / or oil deposits, then suddenly falls, if necessary, the pressure in the drilling fluid, with the result that the pressure balance prevailing in the annular space between the formation pressure of the first formation and the pressure of the drilling fluid is eliminated and at least regions of the first formation can attach themselves to the pipe string and fix it, which results in a loss the bore and the main parts of the drill.
Trifft eine Bohrung, die zunächst in einer ersten Formation mit einem ersten Formationdruck abgeteuft wird, auf eine Formation mit wesentlich höherem Formationsdruck, dann entsteht die Gefahr von Zuflüssen formationseigener Medien in die Bohrspülung, durch die Bohrspülung aus dem Ringraum und dem Rohrstrang oberirdisch herausgedrückt werden kann. Wird das Gewicht der Bohrspülung erhöht, was durch Einleitung von Schwerspat oder Eisenoxid zur Bohrspülung vorgenommen werden kann, um für den hohen Druck der angebohrten Formation einen Ausgleich zu schaffen, dann treten in der ersten-Bohrspülungsverluste auf.If a borehole, which is initially sunk in a first formation with a first formation pressure, meets a formation with a significantly higher formation pressure, then there is a risk of in-formation media flowing into the drilling fluid, through which drilling fluid can be pressed out of the annulus and the pipe string above ground . If the weight of the drilling fluid is increased, which can be carried out by introducing heavy spar or iron oxide to the drilling fluid in order to compensate for the high pressure of the drilled formation, then drilling fluid losses occur in the first.
Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem, ein Verfahren und ein Bohrgerät zu schaffen, welche die vorstehenden Nachteile beim Abteufen von Bohrungen in unterirdische Formationen mit erheblichen Formationsdruckunterschieden vermeiden. Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch ein Bohrgerät gemäß Anspruch 9. Hinsichtlich wesentlicher weiterer Ausgestaltungen wird auf die Ansprüche 2 bis 8 bis 10 bis 19 verwiesen.The invention is concerned with the problem of providing a method and a drilling device which avoid the above disadvantages when drilling wells into underground formations with considerable differences in formation pressure. The invention solves the problem by a method according to
Durch das Mitführen eines Außengehäuses (Liner oder Casing) nimmt dieses die Formationsdrücke auf, so daß das Bohrgerät betriebsbereit und die Bohrung weiterbenutzbar bleiben. Das Außengehäuse bildet eine Abschirmung zur Formation hin, die das Auftreten von Zuflüssen ebenso vermeidet wie das Heranschieben von Formationsbereichen an Bohrwerkzeug und Rohrstrang.By carrying an outer casing (liner or casing), this absorbs the formation pressures, so that the drill is ready for operation and the bore remains usable. The outer housing forms a shield from the formation, which prevents the occurrence of inflows as well as pushing formation areas towards the drilling tool and pipe string.
Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs, das in der Zeichnung in zwei Ausführungen näher veranschaulicht ist. In der Zeichnung zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Gesamtdarstellung einer Bohranlage mit einem Bohrgerät erfindungsgemäßer Ausbildung,
- Fig. 2
- einen Längsschnitt durch ein Bohrwerkzeug erster Ausführung in einer unteren Endstellung in einem unteren Abschnitt eines Außengehäuses, aufgeteilt in zwei aneinander anschließende Teildarstellungen,
- Fig. 3
- eine Darstellung ähnlich Fig. 2 zur Veranschaulichung des unteren Endteils des Außengehäuses in Bohrbetriebsstellung,
- Fig. 4
- eine einteilige Darstellung von Außengehäuse und Bohrwerkzeug nach Fig. 2 mit zwei Ausschnittvergrößerungen, und
- Fig. 5
- eine Darstellung ähnlich Fig. 2 einer zweiten Ausführung des Bohrwerkzeugs nach der Erfindung.
- Fig. 1
- 1 shows a schematic overall representation of a drilling rig with a drilling device of the design according to the invention,
- Fig. 2
- 2 shows a longitudinal section through a drilling tool of the first embodiment in a lower end position in a lower section of an outer housing, divided into two adjoining partial representations,
- Fig. 3
- 2 shows a representation of the lower end part of the outer housing in the drilling operating position,
- Fig. 4
- a one-part representation of the outer housing and drilling tool according to FIG. 2 with two enlarged sections, and
- Fig. 5
- a representation similar to FIG. 2 of a second embodiment of the drilling tool according to the invention.
Die in Fig. 1 schematisch veranschaulichte Bohranlage für das Abteufen einer Bohrung in unterirdische Formationen umfaßt einen oberirdischen Bohrturm 1 mit üblicher Ausrüstung, von dem sich in ein Bohrloch 2 ein aus verschraubten Rohrabschnitten zusammengesetzter Rohrstrang 3 heraberstreckt, dessen unteres Ende in üblicher Weise über Anschlußgewinde mit einem Bohrwerkzeug 4 verbunden ist. Dabei kann wie dargestellt zwischen dem Rohrstrangende 5 und dem Bohrwerkzeug 4 eine Ausgleichs- und Druckvorrichtung 6 (thruster) zwischengeschraubt sein, mit deren Hilfe vornehmlich thermisch bedingte Längendifferenzen unter Aufrechterhaltung bzw. Vorgabe einer gewünschten Meißelandruckkraft ausgeglichen werden können.The drilling system schematically illustrated in Fig. 1 for the sinking of a hole in underground formations comprises an above-
Das Bohrwerkzeug 4 umfaßt ein aus verschraubten Rohrabschnitten zusammengesetztes Werkzeuggehäuse 7 und einen in diesem untergebrachten, lediglich schematisch angedeuteten Tieflochmotor 8 irgendeiner geeigneten, bekannten Ausbildung, dessen Abtriebswelle 9 an ihrem unteren Ende mit einem Bohrmeißel 10 verschraubt ist.The
Die in Fig. 1 gezeigte Anlage umfaßt ferner ein den Rohrstrang 3 und das Bohrwerkzeug 4 umgebendes Außengehäuse 11, das eine aus Rohrabschnitten zusammengesetzte Bohrlochauskleidung (Liner oder Casing) bildet und über eine Verbindungsvorrichtung 12 (liner hanger) an seinem oberen Ende mit dem Rohrstrang 3 verbindbar ist. Diese Verbindungsvorrichtung 12 stellt eine auflösbare Verbindung mit dem Rohrstrang 3 her und ermöglicht ein mit dem Rohrstrang 3 gemeinsames Einfahren und Aufziehen des Außengehäuses 11 in das Bohrloch 2 bzw. aus diesem.The system shown in FIG. 1 further comprises an
Das Werkzeuggehäuse 7 ist im Bereich des unteren Endes des oberen Hauptteils 13 des Außengehäuses 11 durch eine obere Gruppe 14 von Regelgliedern gegen Abwärtsbewegung gesichert abgestützt, und die Antriebswelle 9 ist im Bereich eines verdickten Abschnitts 15 durch eine untere Gruppe 16 von Riegelgliedern mit einem unteren gesonderten Endteil 17 des Außengehäuses 11 verbunden, das unabhängig drehbar an einem unteren Endabschnitt 18 des Hauptteils 13 des Außengehäuses 11 gelagert ist und mit der Antriebswelle 9 um die gemeinsame Längsmittelachse 19 des Bohrgeräts umlaufen kann. Das untere Endteil 17 trägt stirnseitig eine Bohrkrone 20, deren Schneidebene eine etwa in Höhe der Schneidebene des Bohrmeißels 10 gelegene Ausgangsstellung einnimmt.The
Die obere Gruppe 14 der Riegelglieder wird von einer im Außengehäuse 11 ausgebildeten Riegelnut 21 in Form einer von nach außen ausgeformten ringförmigen Tasche und von Riegelleisten 22 gebildet, die am Werkzeuggehäuse 7 mittels Schrauben 23 an einem Ende festgelegt und mit ihrem freien Teil aus einer versenkten Ausgangsstellung durch Wirkung einer Feder 24 in eine Riegelstellung elastisch auslenkbar sind, in der die Riegelleisten 22 in die Riegelnuten 21 verdrehfest eingreifen. Dabei liegen die Riegelleisten 22 bei der dargestellten Befestigung ihres oberen Endes mit ihrem freien unteren Ende auf dem Taschenboden 21' auf; bei auch möglicher Befestigungs der Riegelleisten 22 an ihrem unteren Ende erfolgt die Abstützung durch einen Vorsprung des Eingriffsteils 25 am oberen freien Ende der Riegelleisten 22 auf dem Taschenboden 21'. Die Riegelleisten 22 werden in diesem Falle auf Zug beansprucht. An Riegelleisten 22 sind zumindest drei vorgesehen, die regelmäßig über den Umfang des Außengehäuses 11 bzw. des Werkzeuggehäuses 7 verteilt angeordnet sind.The
Die untere Gruppe 16 der Riegelglieder wird von im unteren Endteil 17 des Außengehäuses 11 ausgebildeten, längsgerichteten Riegelnuten 26 in Form von rinnenförmig nach außen ausgeformten Taschen und von am verdickten Abschnitt 15 der Antriebswelle 9 des Tieflochmotors 8 mittels Schrauben 23 festgelegten Riegelleisten 27 gebildet, die ebenfalls aus einer versenkten Ausgangsstellung durch Wirkung einer Feder 28 in eine Riegelstellung elastisch auslenkbar sind, in der Eingriffsteile 29 der Riegelleisten 27 in die Riegelnuten 26 eingreifen. Die untere Gruppe 16 umfaßt zumindest drei Paarungen von Riegelnuten 26 und Riegelleisten 27, die gleichwinklig über den Umfang von Außengehäuse 11 bzw. Antriebswelle 9 verteilt angeordnet sind. Anstelle der dargestellten Anbringung der Riegelleisten 27 mit obenliegender Befestigungsstelle und unterem freien Ende können diese auch mit oberem freien Ende und unten befindlicher Befestigungsstelle angebracht sein.The
Um sicherzustellen, daß die Riegelleisten 27 der unteren Gruppe 16 nicht in die Riegelnut 21 der oberen Gruppe 14 einfallen können, ist die Riegelnut 21 der oberen Gruppe 14 mit einer Eingriffslänge ausgeführt, die kürzer ist als die Eingriffslänge der Eingriffsteile 29 der Riegelleisten 27 der unteren Gruppe 16. Dadurch ist sichergestellt, daß die Eingriffsteile 29 der Riegelleisten 27 der unteren Gruppe 16 nur in die für sie bestimmten Riegelnuten 26 der unteren Gruppe 16 einfallen können.To ensure that the
Die Riegelnuten 26 der unteren Gruppe 16 weisen eine Eingriffslänge auf, die größer ist als die der Eingriffsteile 29 der Riegelleisten 27 der unteren Gruppe 16. Dies stellt sicher, daß sich das untere Endteil 17 des Außengehäuses 11 in axialer Richtung relativ zur Antriebswelle 9 zwischen zwei Endstellungen verlagern kann, wie sie in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht sind. Dabei bildet die in Fig. 3 dargestellte obere Endstellung die Bohrbetriebsstellung, in der die Schneidebene der Bohrkrone 20 gegenüber der des Bohrmeißels 10 aufwärts versetzt ist und den Bohrmeißel 10 im Bereich seiner Seitenschneidfläche umgibt. Dies schafft einen besseren Abfluß von Bohrspülung und Bohrklein.The
Zur Lagerung des unteren Endteils 17 am Hauptteil 13 des Außengehäuses 11 ist eine Lagerhülse 30 vorgesehen, die von oben in den unteren Endteil 17 des Außengehäuses 11 eingesetzt und mit diesem fest verbunden, z.B. verschraubt ist. Der untere Endabschnitt 18 des oberen Hauptteils 13 des Außengehäuses 11 umgreift die Lagerhülse 30 und bildet mit einer Lagerfläche 31 an seiner Innenseite ein zur Längsmittelachse 19 des Bohrgeräts koaxiales Gleitlager. Zugleich ist die Lagerhülse 30 im unteren Endabschnitt 18 des oberen Hauptteils 13 des Außengehäuses 11 axial verschieblich abgestützt, um so dem unteren Endteil 17 die oben schon erwähnte axiale Beweglichkeit zwischen der Ausgangsstellung nach Fig. 2 und der Bohrbetriebsstellung nach Fig. 3 zu ermöglichen.To mount the
An ihrem oberen Ende weist die Lagerhülse 30 außenseitig einen Bund 32 auf, der als Anschlag in Zusammenwirken mit einer Schulter 33 oberhalb der Lagerfläche 31 die untere Endstellung für den unteren Endteil 17 des Außengehäuses 11 definiert. Die Bohrbetriebsstellung wird hingegen durch das untere Ende der Riegelleisten 27 definiert, die mit einer Gegenfläche 34 als Anschlag zusammenwirken, die bei dem dargestellten Beispiel von der Stirnfläche des eingeschraubten unteren Abschnitts 35 des unteren Endteils 17 des Außengehäuses 11 gebildet wird, der in den darüberliegenden oberen Abschnitt 36 des unteren Endteils 17 des Außengehäuses 11 eingeschraubt ist.At its upper end, the
Während das Bohrgerät nach Fig. 1 bis 4 zum Abteufen von geraden Bohrlöchern 2 ausgebildet ist, ermöglicht die Ausgestaltung des Bohrgerätes nach Fig 5 die Ausführung von Richtungsbohrungen in unterirdische Formationen. Dies wird dadurch ermöglicht, daß bei sonst unveränderter Ausführung des Außengehäuses 11 der untere Endabschnitt 18 des oberen Hauptteils 13 des Außengehäuses 11 unter einem spitzen Winkel 37 von beispielsweise 1-3 ° zu dem darüber befindlichen Hauptteil 13 ausgerichtet ist. Dies kann beispielsweise durch eine winklige Ausrichtung des Gewindes 38 am unteren Ende des Hauptteils 13 des Außengehäuses 11 verwirklicht sein, auf das der untere Endabschnitt 18 aufgeschraubt wird. Statt dessen kann auch ein gesondertes Winkelstück als zwischenschraubbares Übergangsteil vorgesehen sein.1 to 4 is designed to sink
Um sicherzustellen, daß das Bohrwerkzeug 4 seine untere Endstellung im Außengehäuse 11 einnehmen kann, ist bei sonst unveränderter Ausbildung des Bohrwerkzeugs 4 die Antriebswelle 9 des Tieflochmotors 8 mit einem Abschnitt 39 erhöhter Flexibilität in Gestalt einer umlaufenden, den Biegewiderstand herabsetzenden Einziehung versehen, der dem sich abwärts anschließenden Teil der Antriebswelle 9 eine allseitige elastische Auslenkbarkeit verleiht. Der flexible Abschnitt 39 befindet sich, wenn sich das Bohrwerkzeug 4 in seiner unteren Endstellung im Außengehäuse 11 befindet, geringfügig unterhalb der Abwinklung 40, an der die Längsmittelachse 19 des Bohrgeräts in den abgewinkelten unteren Achsteil 19' übergeht.In order to ensure that the
Als Bohrmeißel 10 kann grundsätzlich jeder Meißeltyp Anwendung finden. Wesentlich ist jedoch, daß der Bohrmeißel 10 mit einem Stabilisatorteil 10' versehen ist, der der Innenseite des unteren Abschnitts 35 des unteren Endteils 17 in dichtem Abstand gegenüberliegt, und eine Seitenschneidfläche aufweist, die beispielsweise durch Überschleifen eine hohe Paßgenauigkeit aufweist und mit enger Passung die Bohrkrone 20 durchgreifen kann.In principle, any type of bit can be used as the
Zum Abteufen einer Bohrung in unterirdische Formationen, deren Verlauf und Zusammensetzung in der Regel durch vorausgegangene geologische Untersuchungen bekannt ist, wird zunächst ein erster Teil eines Bohrlochs 2 mit Hilfe eines normalen Bohrwerkzeugs ähnlich dem Bohrwerkzeug 4 erbohrt, der sich durch irgendeine, z.B. von Schiefer gebildete, erste Formation hindurch bis in die Nähe des Grenzbereiches zu einer in Abteufrichtung nachfolgenden Sonderformation herabreicht, in der der Formationsdruck wesentlich höher oder niedriger ist, als er im Bereich der ersten Formation vorliegt. Diese erste Formation mit weitgehend gleichem ersten Formationsdruck kann eine im wesentlichen homogene Struktur haben, kann jedoch auch aus mehreren unterschiedlichen Teilformationen bestehen, zwischen denen keine erheblichen Formationsdruckunterschiede vorliegen.In order to sink a borehole into underground formations, the course and composition of which is generally known from previous geological investigations, a first part of a
Nach Abteufen dieses ersten Teils des Bohrlochs 2 wird das normale Bohrwerkzeug aufgezogen und in das Bohrloch 2 das Außengehäuse 11 eingefahren, das in der Länge so bemessen wird, daß es die vorermittelte Dicke der nachfolgenden Sonderformation überschreitet. Diese Sonderformation kann beispielsweise eine solche mit hohem Formationsdruck sein, wie das beispielsweise bei Deckschichten oberhalb von Gas- oder Öllagerschichten der Fall ist. Nach Einfahren des mit seinem oberen Ende zu diesem Zeitpunkt bohrturmseitig abgestützten Außengehäuses 11 in das Bohrloch 2 wird in das Außengehäuse 11 nunmehr das Bohrwerkzeug 4 unter fortschreitendem Aufbau des Rohrstrangs 3 eingefahren, bis das Bohrwerkzeug 4 eine untere, durch die obere Gruppe 14 der Riegelglieder 21,22 definierte Endstellung im Außengehäuse 11 erreicht hat und in dieser gegen weitere Abwärtsbewegung gesichert ist. In dieser unteren Endstellung, wie sie in Fig. 2 veranschaulicht ist, ist über die Riegelglieder 26,27 der unteren Gruppe 16 eine Verbindung zwischen der Antriebswelle 9,15 und dem unteren Endteil 17 des Außengehäuses 11 hergestellt, die bei Aufnahme des Bohrbetriebs sicherstellt, daß Antriebswelle 9 und unterer Endteil 17 des Außengehäuses 11 gemeinsam um die Längsmittelachse 19 des Bohrgeräts umlaufen und dadurch den Bohrmeißel 10 und die Bohrkrone 12 gemeinsam in Umdrehung versetzen.After this first part of the
Sobald das Bohrwerkzeug 4 im Außengehäuse 11 abgesetzt und verriegelt ist,wird das obere Ende des Außengehäuses 11 mittels der Verbindungsvorrichtung 12, die irgendeine geeignete, bekannte Ausbildung aufweisen kann, mit dem Rohrstrang 3 verbunden und danach aus der bohrturmseitigen Abstützung gelöst. Die so gebildete Einheit der Teile 3,4 und 11 wird nun unter weiterem Aufbau des Rohrstrangs 3 in den ersten Teil des Bohrlochs 2 weiter eingefahren, bis Bohrmeißel 10 und Bohrkrone 11 die Sohle des Bohrlochs 2 erreichen. Anschließend wird nun das Bohrwerkzeug 4 in Betrieb genommen, was durch Einschalten bzw. Anfahren des Tieflochmotors 8 geschieht, der beispielsweise bei Ausbildung als Turbine oder Moineau-Motor durch Beaufschlagen mit Bohrspülung in Betrieb genommen wird. Diese wird durch den zentralen Spülungskanal 41 im Bohrstrang von übertage her zugeführt und tritt nach Durchströmen des zentralen Spülungskanals 41 stirnseitig aus dem Bohrmeißel 10 in das Bohrloch 2 aus, um nachfolgend im Ringraum zwischen Bohrgerät und Bohrlochwandung nach übertage zurückzuströmen.As soon as the
Beim nachfolgenden Abteufen eines weiteren, zumindest die Sonderformation durchquerenden Teils des Bohrlochs 2 wird vom Rohrstrang 3 das rohrförmige Außengehäuse 11 mitgeführt, wobei durch das Umlaufen der Bohrkrone 20 am unteren Ende des Außengehäuses 11 dieses seinerseits wie ein Bohrwerkzeug wirkt. Das Außengehäuse 11 kleidet im Bereich seiner Länge das Bohrloch 2 aus, nimmt einwärtsgerichtete Formationskräfte auf, sobald diese beispielsweise bei Druckabfall in der Bohrspülung wirksam werden, und bewirkt eine Abdichtung, die gegebenenfalls durch Einzementierung noch vervollkommnet werden kann.During the subsequent sinking of a further part of the
Hat die Bohrung nach Durchqueren der Sonderformation ihr Ziel, beispielsweise eine Gas- oder Öllagerstätte, erreicht, kann das Bohrwerkzeug nach Lösen der Verbindungsvorrichtung 12 aufgezogen und die Bohrung beispielsweise nach vollständiger Auskleidung als Produktionsbohrung verwendet werden. Ist dem Bohrloch ein weit über die Sonderformation herabreichender Verlauf zu geben, kann nach Aufziehen des zuvor mit dem Außengehäuse 11 verbundenen Bohrwerkzeugs4 ein zweites Bohrwerkzeug mitsamt Rohrstrang in das Bohrloch eingefahren werden, die durch das abgesetzte Außengehäuse hindurchführbar sind und das weitere Abteufen der Bohrung übernehmen können. Dabei kann, sofern bei weiterem Abteufen in erheblichem Abstand zur ersten Sonderformation eine weitere Sonderformation zu durchbohren ist, ein zweites Bohrgerät mit einem zweiten Außengehäuse zum Einsatz gebracht werden, das durch das abgesetzte erste Außengehäuse hindurchführbar ist. Der Ablauf des Bohrvorganges mit dem zweiten Bohrgerät gestaltet sich dann analog dem vorbeschriebenen Ablauf.If the bore has reached its destination, for example a gas or oil deposit, after passing through the special formation, the drilling tool can be opened after loosening the connecting
In Fällen, in denen mehrere Sonderformationen in Abteufrichtung in verhältnismäßig dichtem Abstand aufeinanderfolgen, kann es zweckmäßig sein, das Außengehäuse durch sämtliche Sonderformationen hindurch mitzuführen und dementsprechend die Bohrlochauskleidung über sämtliche Sonderformationen zu erstrecken.In cases in which several special formations follow one another in the direction of the sink at a relatively close spacing, it may be expedient to carry the outer housing through all special formations and accordingly to extend the borehole lining over all special formations.
Beim Abteufen von geraden Bohrungen unter Mitführung des Außengehäuses 11 wird der obere Hauptteil 13 des Außengehäuses 11 vorteilhaft durch den Rohrstrang 3 zum Zwecke der Reibungsminderung bzw. zur Geradführung des Bohrwerkzeugs 4 in Drehung versetzt. Sofern das Außengehäuse 11 mit einer Abwinklung in seinem unteren Bereich versehen und das Bohrgerät somit zu Richtbohrvorgängen einsetzbar ist, wird nach Bestimmung des Richtungsverlaufes des abgewinkelten Teils des Außengehäuses 11 dieses durch den Rohrstrang 3 von übertage her gegen Verdrehen gesichert, wodurch bei weiterem Bohrfortschritt ein in seine Richtung entsprechend geänderter Bohrlochteil erbohrt wird.When sinking straight bores while carrying the
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