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Dokumentenidentifikation DE3326350C2 14.01.1988
Titel Vorrichtung zum Herstellen eines Bohrlochs in einer Erdformation
Anmelder Dickinson III, Ben Wade Oakes;
Dickinson, Robert Wayne, San Francisco, Calif., US
Erfinder Dickinson III, Ben Wade Oakes, San Francisco, Calif., US;
Dickinson, Robert Wayne, San Rafael, Calif., US;
Hutchison, Stanley O., Bakersfield, Calif., US;
May, Sherman C., San Francisco, Calif., US;
Mackey, Charles S., Bakersfield, Calif., US
Vertreter von Füner, A., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Ebbinghaus, D., Dipl.-Ing.; Finck, K., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 21.07.1983
DE-Aktenzeichen 3326350
Offenlegungstag 26.01.1984
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 14.01.1988
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.01.1988
IPC-Hauptklasse E21B 19/08
IPC-Nebenklasse E21B 7/08   E21B 7/18   E21B 17/07   E21B 17/20   E21B 41/00   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ausbildung eines Bohrloches in einer Untergrundformation. Die Vorrichtung weist ein mit einer Fluiddichtung versehenes Führungsrohr (30) und ein Bohrrohr (34) auf, das mit dieser Fluiddichtung abgedichtet ist und in einem mit wenigstens einer Fluidaustrittsöffnung versehenen Bohrkopf (36) endet. Das Bohrrohr bewegt sich aus dem Austrittsende des Führungsrohres heraus und in die Formation hinein, falls ein Hydraulikdruck gegen den Bohrkopf ausgeübt wird. Vorzugsweise ist der Boden des Führungsrohres mit einem Ablenkungskeil (30a) ausgestattet. Infolge des Ablenkungskeils wird der Bohrkopf vorzugsweise aus einer senkrechten Richtung in eine horizontale Richtung gedreht, um einen Radial auszubilden. Der Ablenkungskeil kann stationär oder ausstreckbar sein.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen, aus der US-PS 27 96 129 bekannten Art.

Aus der DE-OS 31 27 337 ist eine Vorrichtung zum Bohren eines Bohrloches in eine unterirdische Formation bekannt, die ein Führungsrohr und ein in diesem geführtes Bohrrohr mit Bohrkopf aufweist. Der Vorschub des Bohrrohres erfolgt durch das Führungsrohr, das schlauchförmig ausgebildet ist und bei Beaufschlagung mit einem unter Druck stehenden Fluid in die Erdformation vordringt. Das Bohrrohr steht dabei mit seinem rückwärtigen offenen Ende mit einer Bohrfluidquelle in Verbindung. Die Verwendung eines schlauchförmigen Führungsrohres, einer Bohrfluidquelle und einer mit dem Führungsrohr in Verbindung stehenden Druckmittelquelle bedingen jedoch einen hohen Kostenaufwand.

Aus der eingangs erwähnten US-PS 27 96 129 ist ferner eine Vorrichtung zum Herstellen eines Bohrlochs in einer Erdformation bekannt, die gleichfalls ein Führungsrohr und ein in diesem geführtes Bohrrohr mit Bohrkopf aufweist. Der von der mit dem Führungsrohr in Verbindung stehenden Druckmittelquelle erzeugte Druck wirkt in diesem Fall jedoch auf das Innere des Bohrkopfes ein, wodurch das an seinem rückwärtigen Ende offene Bohrrohr aus dem Führungsrohr heraus in die Erdformation vorschiebbar ist. Bei der Übertragung des von der Druckmittelquelle erzeugten Drucks auf das Innere des Bohrkopfes treten jedoch erhebliche Druckverluste auf, was einen geringen Wirkungsgrad der Vorrichtung zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiterzubilden, daß die Höhe des von der Druckmittelquelle auf das Innere des Bohrkopfes übertragbaren Drucks verbessert und somit ein gesteigerter Wirkungsgrad erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 23.

Durch die am Führungsrohr angebrachte Dichtung sowie das Halten des rückwärtigen, offenen Endes des Bohrrohres stets rückwärts dieser Dichtung können die Abdichtungsverhältnisse und damit die Höhe der von der Druckmittelquelle auf das Innere des Bohrkopfes übertragbaren Drucks bedeutend verbessert werden, so daß sich ein gesteigerter Wirkungsgrad ergibt.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Ablenkungseinrichtung am Führungsrohr befestigt, um das Bohrrohr aus der vertikalen in eine im allgemeinen waagerechte Richtung zu drehen, und zwar in einem kleinen Radius von 15 bis 30 cm bei Verwendung von Stahlbohrrohren, die z. B. in der Größenordnung von 1R bis 1S Zoll Außendurchmesser liegen und eine Wandstärke von 0,2 bis 0,3 cm aufweisen. Bei solch einem normalerweise steifen Metallbohrrohr wird infolge der Umfangsspannung, die durch das im Inneren befindliche Hochdruck-Bohrfluid hervorgerufen wird, und der Biegespannung während der Bewegung durch die Ablenkungseinrichtung eine plastische Verformung im Metall während der Drehung hervorgerufen, ohne daß dabei ein Zusammenbruch oder Aufbrechen des Rohres eintritt. Anschließend nimmt das Rohr mit Hilfe einer Rohrausrichteinrichtung wieder eine im wesentlichen gerade Lage ein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht mit einer übliche Übertagevorrichtungen aufweisenden Bohrkolonne, einer Bohrlochauskleidung und der Vorrichtung zum Herstellen eines Bohrloches in einer Erdformation, in teilweise geschnittener Seitenansicht;

Fig. 2 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung, bei der sich diese horizontal über eine Ablenkungseinrichtung bewegt und sich dabei in eine senkrechte Richtung dreht;

Fig. 3 und 4 eine Seiten- bzw. Stirnansicht eines Bohrkopfes;

Fig. 5 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung des Bohrkopfes und seiner Öffnung;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6 in der Öffnung gemäß Fig. 5 zur Verdeutlichung der Schräg/Schräg-Orientierung einer der Vielfachöffnungen, die in einem Ausführungsbeispiel eines Bohrkopfes vorgesehen sind;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht eines Futterrohres, das vier Radialablenker und entsprechende Ablenkungskeile zusammen mit einem zentralen Förderstrang aufweist;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht der Anordnung gemäß Fig. 7 entlang der Linie 8-8;

Fig. 9 ein Detail im Seitenriß zur Verdeutlichung eines anderen Ausführungsbeispiels eines Rohrbiegemittels;

Fig. 10 eine Ansicht in Richtung des Ausgangsendes der Führungsbahn des Rohrbiege- und Ausrichtmittels gemäß Fig. 9;

Fig. 11 ein Detail in Seitenansicht zur Verdeutlichung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Rohrbiege- und Ausrichtmittels;

Fig. 12 ein Detail in Richtung des Ausgangsendes der Führungsbahn gemäß Fig. 11;

Fig. 13 ein Detail im Seitenriß und im Schnitt, das ein Mittel zum Herstellen einer dichten Verbindung zum Einführen von Dampf in das Bohrrohr darstellt;

Fig. 14 eine der Fig. 13 ähnliche Ansicht, wobei eine Verbindung dargestellt ist, nachdem diese zum Einführen von Dampf eingerichtet ist;

Fig. 15 eine schematische Ansicht im Seitenriß, die die in einem Erdbohrloch angeordnete Vorrichtung darstellt, wobei sich das Bohrrohr in ein seitliches Bohrloch erstreckt;

Fig. 16 ein Detail im Seitenriß, das das Rohrbiegemittel gemäß Fig. 14 und dessen Anbringung zeigt;

Fig. 17 ein Detail im Schnitt, das das Biegemittel im Seitenriß und im ausgestreckten Zustand darstellt;

Fig. 18 eine Ansicht in Richtung von der rechten Seite der Fig. 17;

Fig. 19 ein Detail im Schnitt, das eine andere Ausführungsform der Erfindung im Seitenriß zeigt;

Fig. 20 eine Ansicht in Richtung von der rechten Seite der Fig. 19;

Fig. 21 ein Detail in Schnittansicht, das ein zwischen dem Schachtrohr und dem Bohrrohr angeordnetes Dichtmittel zeigt;

Fig. 22 ein anderes Ausführungsbeispiel im Seitenriß, teilweise geschnitten, bei dem das Führungsmittel in drei Abschnitte unterteilt ist;

Fig. 23 einen Aufriß in Richtung von der rechten Seite der Fig. 21;

Fig. 24 einen Seitenriß ähnlich dem der Fig. 22, bei dem jedoch das Biegemittel sich in ausgestrecktem Zustand befindet;

Fig. 25 ein vergrößertes Detail im Schnitt zur Verdeutlichung der Einstellmittel zum Ausrichten des Bohrrohres.

Bei einem Hauptanwendungsfall der Erfindung wird eine Anordnung zum Aufstellen bzw. Ausbilden eines oder mehrerer radialer Rohre in radialen Bohrlöchern, die sich von einem existierenden verrohrten Bohrloch wegerstrecken, vorgesehen. Ein Hauptanwendungsfall für ein derartiges radiales Rohr besteht in dem Einspritzen eines heißen Fluids, wie z. B. Dampf oder Lösungsmittel, in die umliegende Formation, um in der Formation befindliches, dickflüssiges Öl fließfähiger zu machen. Ein wichtiger Anwendungsfall besteht darin, daß man Öl erhitzt, das von einer nicht mehr wirtschaftlich arbeitenden Bohranlage zurückgelassen wurde.

In Fig. 1 ist unter anderem die Geländeoberfläche 20 über einer unterirdischen mineralhaltigen Formation 22 verdeutlicht, auf der rechter Hand eine Förderanlage bzw. ein Bohrturm 24 und linker Hand eine aufgewickelte Stahlrohrleitungsanlage angeordnet sind. Die Funktion des Bohrturmes 24 besteht darin, Abschnitte von einem oder mehreren Führungsrohren 30 und 32 vor Ort in üblicher Weise zusammenzuschrauben. Der Kolbenkörper bzw. der Bohrkopf 34 besteht aus einem Metallrohr vom Festwandtyp, das z. B. einen Außendurchmesser von etwa 1R Zoll haben kann, auf einer Spule 26 aufgewickelt ist und in das Führungsrohr nach unten geführt wird. Wenn sich eine ausreichende Länge des Kolbenkörpers bzw. des Bohrrohres 34 in dem Führungsrohr befindet, um die gewünschte äußerste radiale Länge zu erreichen, so wird das Bohrrohr abgetrennt und in das Führungsrohr abgesenkt.

Der untere Teil der Fig. 1 verdeutlicht einen bereits bestehenden zementierten Bohrlochausbau 28, in dem zwei unterschiedlich axial angeordnete Führungsrohrmittel enthalten sind, die axial angeordnete Führungsrohre 30 und 32 einschließen, die in einem Ablenkungskeil 30a bzw. 32a enden. Jeder Ablenkungskeil weist gebogene Zylinder oder Führungsbahnen auf. In jedem Führungsrohr ist ein Kolbenmittel angeordnet, wobei jedes Kolbenmittel einen länglichen Kolbenkörper in Form eines Bohrrohres einschließt und das Bohrrohr mit einem Bohrkopfmittel abschließt. Der Kolbenkörper besteht aus einem relativ festen Metallmaterial, wie z. B. Stahl, und hat somit den Vorteil, daß dieser sich in einer im wesentlichen geraden Bahn durch die Formation bewegt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist lediglich das in dem Führungsrohr 30 verlaufende Bohrrohr 34 mit seinem an dem vorderen Ende vorgesehenen Bohrkopfmittel 36 sichtbar. Ein geeignetes Führungsrohr hat etwa einen Außendurchmesser von 5,08 cm (2 in.) und ist in etwa 9,144 m (30 ft.) lange Abschnitte unterteilt.

Der Kolbenkörper bzw. das Bohrrohr 34 kann durch Biegen gedreht werden, und nach dem Drehen infolge des Ablenkungskeils 30a und dem Bohren in die Formation wird das Bohrrohr zu einem radialen oder seitlichen Rohr, das zum Einspritzen eines heißen Fluids, wie z. B. Dampf, in die Formation geeignet ist, um das zähflüssige Öl zum Zwecke der Entfernung zu erhitzen. In einer Alternative fließt infolge der von dem heißen Fluid stammenden Hitze das Öl zu einem Futterrohr zurück, das eine Förderpumpe ebenso wie die Radialablenkung aufweist, wie dies besser in den unten beschriebenen Fig. 7 und 8 verdeutlicht wird.

Bei dem verdeutlichten Ausführungsbeispiel verläuft zentral zu den Führungsrohren 30 und 32 ein Fluidfallrohr 38 (z. B. mit einem Außendurchmesser von 1R Zoll), das sich zum Einspritzen eines geschäumten oder schäumbaren Fluids oder eines hochzähen Fluids eignet, um das Ausheben des während des Betriebs des Bohrkopfes 36 oder während der nachfolgenden Zementablagerung gebildeten Bohrgutes zu unterstützen. Ein derartiges Bohrgut fließt entlang des Rohres 34 zurück und wird durch den Schaum angehoben, um zwischen axialen, innerhalb des Bohrlochgehäuses vorhandenen Zwischenräumen nach oben zu fließen. Das Rohr 38 kann ebenso zum Führen und Ablagern von Zement in die Kammer 40 verwendet werden, um nach Beendigung des senkrechten Bohrlochbohrens die Lage der Radialablenkung bzw. der Ablenkungskeile festzulegen.

Bei einer typischen Arbeitsweise kann der Bohrlochausbau 28 aus einem vorerrichteten Versenkbrunnen bestehen. In einigen Gebieten der USA liegt die typische Größe für ein derartiges Bohrloch bzw. einem solchen Brunnen bei einem Außendurchmesser von 13,97 cm (5S in.), obwohl auch größere Futterrohre Verwendung finden können. Normalerweise wurde das Loch gefräst und die Formation auf bekannte Weise unterbohrt bzw. weiter ausgehöhlt, um einen Hohlraum 40 zu bilden, in dem der Ablenkungskeil 30a angeordnet wird. Bei einer Alternative wird ein Schleif- bzw. Abriebmittel, wie z. B. Quarz, zu dem Bohrfluid hinzugefügt, das dem Bohrkopf 36 oder einer separaten Bohreinrichtung zugeführt wird, und gegen ein bereits bestehendes Loch oder eine Bohrlochwand oder eine Zementformation gerichtet, um eine Öffnung durch die Bohrlochwand oder die Zementschicht zu bohren, so daß das Bohrrohr 34 und der Kopf 36 sich durch die Wand bzw. Schicht zur Ausbildung eines Radiallochs hindurchbewegen können.

Nachfolgend wird das allgemeine Prinzip der Ausbildung eines Radiallochs mit der Erfindung offenbart, obwohl der detaillierte Aufbau der Teile in Verbindung mit den Figuren später genauer beschrieben wird. Kurz gesagt, der Kolbenkörper bzw. das Bohrrohr 34 kann sich innerhalb des Führungsrohres bewegen und weist im Inneren einen Fluiddurchgang, ein nach außen gerichtetes, offenes rückseitiges Ende sowie ein mit einem Bohrkopfmittel versehenes vorderes Ende auf. Einfach- oder Mehrfachfluidaustrittsöffnungen sind in dem Bohrkopfmittel vorgesehen, damit das Bohrfluid aus dem Kolbenkörperfluiddurchgang in die angrenzende Formation gelangen kann. Das Innere des Führungsrohres steht in Fluidverbindung mit dem rückseitigen Ende des Kolbenkörperinnendurchgangs. Dichtmittel sehen eine Abdichtung zwischen dem Kolbenmittel und dem Führungsrohr vor. Ein Hochdruckfluid, das durch den Kolbenkörperfluiddurchgang fließt, erzeugt gegen die Rückseite des Bohrkopfes einen Druck, wodurch der Kolben in Vorwärtsrichtung bewegt wird. Erreicht der Kolbenkörper bzw. das Bohrrohr den Umlenkungskeil, so rufen zusammengesetzte Spannungen, die sich aus der Umfangsspannung (oder Radialspannung) infolge des Hochdruckfluids innerhalb des Kolbenkörpers und der in dem Ablenkungskeil auftretenden Biegespannung zusammensetzen, in dem Kolbenkörper bzw. dem Bohrrohr, der bzw. das normalerweise aus einem festen Metall besteht, Belastungen und eine plastische Verformung im physikalisch-metallurgischen Sinne hervor, so daß das Bohrrohr in eine radiale, vorzugsweise horizontale Richtung gebogen und gedreht wird und sich somit in die Formation bewegen kann. Das aus dem Bohrkopf heraustretende Hochdruckfluid durchdringt die Formation und bildet ein Bohrgut, das in Art eines Schlammes entlang des Außenumfanges des Kolbenkörpers in den Hohlraum 40 zurückgeleitet wird, wo dann Schaum oder ein anderes Hebefluid, das über das Fluidfallrohr 38 nach unten befördert wird, hinzugefügt werden kann, um den Schlamm zur Oberfläche der Formation über den axialen Raum innerhalb des Loches bzw. Futterrohres, der nicht anderweitig von den Führungsrohren eingenommen wird, anzuheben. In einer nicht dargestellten Alternative ist kein Fluidfallrohr erforderlich, und das Fluid wird mit solch einer Kraft in die umliegende Formation eingespritzt, daß die Formation bricht, wodurch Risse entstehen, in die dann die gebildete Trübe bzw. der Schlamm fließen kann, wobei eine geringe Menge an Bohrgut, wenn überhaupt, entlang des Radialablenkers nach rückwärts bewegt wird, so daß ein Anheben eines derartigen Bohrgutes nicht erforderlich ist.

Ein bemerkenswerter Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß radiale Bohrlöcher mit einem sich nicht drehenden Bohrkopf erzeugt werden können, und daß das Bohrloch während des Bohrvorganges verrohrt wird.

In Fig. 2 ist eine Anordnung zum senkrechten Hydraulikstrahlbohren dargestellt. Diese Anordnung verwendet den Kolben-Führungsrohraufbau gemäß Fig. 1, wobei das Kolbenrohr aus einer horizontalen Richtung auf der Erdoberfläche infolge des Durchlaufens eines auf der Erdoberfläche befindlichen Ablenkkeils in eine senkrechte Richtung gedreht wird. Dies ermöglicht dem Führungsrohr sich entlang des Bodens zu erstrecken, statt senkrecht abgestützt zu werden. Die Untergrundformation 42 weist einen oberen Hohlraum 44 auf, um das Bohren zu erleichtern. Das Führungsrohr 46 ist auf der Geländeoberfläche mit Hilfe bekannter Mittel abgestützt. Das rückseitige Ende des Führungsrohres 46 erstreckt sich in ein Gehäuse 48, das eine Quelle mit einem Hochdruckbohrfluid, die nicht dargestellt ist, sowie ein Mittel zum Einführen des Kolbenmittels aufweist, wobei das Kolbenmittel ein Bohrrohr 50 einschließt, das in einem Bohrkopf 52 endet. Eine Bohrfluid-Dichtung 54 ist vorgesehen, die Nutringe aufweist. Das vordere Ende des Führungsrohres 46 verläuft in einen gebogenen Ablenkungskeil 46d, der an dem Hauptkörper des Führungsrohres mit Hilfe einer Kupplung 46c befestigt ist. Der Ablenkungskeil 46d weist einen gebogenen Zylinder auf, der in der Lage ist, dem Kolbenkörper um 90° aus einer im allgemeinen horizontalen Richtung in eine im allgemeinen senkrechte Richtung zu biegen bzw. zu drehen.

Beim Betrieb wird der Kolben bzw. das Bohrrohr 50 nach vorn und von der in dem Gehäuse 48 befindlichen Hochdruckpumpe weggetrieben, und zwar - wie in der Zeichnung gezeigt - nach links an der Dichtung 54 vorbei und infolge der durch den Bohrfluiddruck ausgeübten Kraft gegen den Fluiddruckbereich der Rückseite des Bohrkopfes. Wenn das Kolbenrohr durch den Ablenkungskeil 46d getrieben wird, werden Biegekräfte aufgewandt, um das Rohr im allgemeinen der Kurve des Ablenkungskeils anzupassen, wodurch das Rohr nach unten in die Formation gedreht wird. Ein Ausrichtteil 46e ist an dem vorderen Ende des Ablenkungskeils 46d vorgesehen. Dieser ist zur Senkrechten geneigt (d. h. 5 bis 10 Grad), und zwar in der gleichen allgemeinen Richtung wie die Vorwärtsbewegung des Rohres. Auf diese Weise ruft die Berührung des Rohres mit dem Rohrausrichtteil an der Stelle A eine Ausrichtung des Rohres in eine im allgemeinen vertikale Richtung hervor, statt sein Biegen weiter fortzuführen und somit ein Zurückrollen in eine Spiralbahn zu ermöglichen. Bohrflüssigkeit wird über eine oder mehrere Öffnungen 52a des Bohrkopfes 52 nach außen in die Formation geleitet, um einen Schlamm zu erzeugen, durch den sich der Bohrkopf infolge der durch das Druckfluid ausgeübten Kraft schnell bewegt.

Der Kolbenkörper bzw. das Bohrrohr sollte aus Stahl oder einem anderen Metall mit ausreichender Festigkeit ausgebildet werden, um sich in einer geraden Linie durch die Formation bewegen zu können, jedoch sollte die obengenannte plastische Verformung möglich sein. Zum Beispiel beträgt eine geeignete Wanddicke für diesen Zweck 0,2 bis 0,3175 cm (0,080 bis 0,125 in.) bei einem Rohrstahl mit einer Fließgrenze von 2482,92 bis 4827,90 bar oder einem größeren Druck, wobei der Rohraußendurchmesser 1R bis 1S Zoll beträgt.

Das Prinzip der Arbeitsweise der Führungsrohr-Kolbenanordnung ist deutlicher in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 gezeigt. Das heißt, eine Fluiddichtung 54 ist zwischen dem stationären Führungsrohr und dem beweglichen Kolbenmittel vorgesehen, so daß das Hochdruckfluid, das aus dem Gehäuse 48 austritt (z. B. mit einem Druck von 68,97 bis 689,70 bar oder höher), eine Hochdruckkraft gegen den Bohrkopf 52 ausübt, wodurch der Bohrkopf sich mit einer relativ hohen Geschwindigkeit vorwärts bewegen kann. Die unter Druck stehende Bohrflüssigkeit drückt gegen die Dichtung 54 und den stromaufwärts von dieser Dichtung gelegenen Teil des Führungsrohres, der in Fluidverbindung mit der gesamten Länge des Rohres 50 steht, um sicherzustellen, daß der Hauptdruck gegen die rückwärtige Seite des Bohrkopfes gerichtet wird, um diesen vorwärts zu treiben. Obwohl ein geringer Teil des Druckes infolge des Bohrfluids, das durch die Öffnung oder Öffnungen 52 austritt, verlorengeht, trägt der Hauptteil dieser Kraft den Bohrkopf und das Bohrrohr nach vorn.

Stromabwärts der Dichtung 54 wirkt ein bedeutsamer innerer Radialdruck (Umfangsdruck) auf das normalerweise steife Kolbenkörperrohr ein (d. h. hergestellt mit einer Wandstärke von 0,2 bis 0,3 cm für Stahlrohre in einem Bereich 1R bis 1S Zoll Außendurchmesser), wodurch dieses hoch beansprucht wird. Diese Beanspruchung zusammen mit den Biegespannungen, die beim Durchlaufen des Kolbenrohres durch den Ablenkungskeil erzeugt werden, rufen bei dem Rohr eine plastische Verformung hervor und drehen oder biegen das Rohr in einen relativ kleinen Radius von einer horizontalen Richtung in eine vertikale Richtung.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 wird ein senkrechtes Bohren durchgeführt, ohne daß dabei Radiallöcher gebildet werden. Da der Druck hinter der Dichtung 54 für die oben beschriebene Art des Vortriebs und des gleichzeitigen Strahlschneidens (nachfolgend Kolbeneffekt genannt) aufrechterhalten werden muß, ist es offensichtlich, daß die Länge des Kolbenkörpers stromabwärts der Dichtung nicht größer als die Anfangslänge des Führungsrohres stromaufwärts der Dichtung sein kann. Einer der Hauptvorteile dieser verdeutlichten Anordnung besteht darin, daß kein existierender Lochausbau erforderlich ist, und es nicht nötig ist, für das Führungsrohr ein Loch zu bohren.

Mit Bezug auf die Fig. 3 und 4 wird ein Ausführungsbeispiel eines bei der Erfindung verwendeten Bohrkopfes verdeutlicht. Der Bohrkopf 56 ist an dem vorderen Ende des Kolbenkörperrohres 58 befestigt, und zwar in geeigneter Weise durch Schweißen. Wie verdeutlicht, ist das vordere Ende des Bohrkopfes im allgemeinen halbkugelförmig abgerundet. Räumlich verteilte und im allgemeinen nach vorn gerichtete Öffnungen 56a sind dargestellt. Zusätzlich können elliptische Öffnungen 56b vorgesehen werden, um die Bohrflüssigkeit in eine im allgemeinen rückwärtige Richtung zu richten, wodurch die Verflüssigung des Bohrgutes unterstützt wird, die den Kolbenkörper umgibt, wenn sich dieser durch die Formation bewegt, wodurch das Bohrgut gleitfähig gemacht und ein Binden mit der Formation verhindert und die Bewegung des gebildeten Bohrgutes in die rückwärtige Richtung unterstützt wird. Alternativ können alle Öffnungen oder eine einzelne Öffnung nach vorn gerichtet sein, um das Schneiden zu maximieren.

Mit Bezug auf die Fig. 5 und 6 wird die Spitze des Bohrkopfes gemäß den Fig. 3 und 4 verdeutlicht, in der ein oder mehrere Öffnungen 56a in einer Schräg/Schräg-Orientierung vorgesehen sind. Das heißt, eine derartige Öffnung ist in einer Richtung angeordnet, die in zwei verschiedenen Ebenen zur Achse des Bohrkopfes schräg ist. Auf diese Weise schneiden die Strahlen Einschnitt- oder Schlitzwände, die andernfalls von dem Bohrkopf gebildet werden würden, infolge von Öffnungen, die nur in einer Richtung schräg sind und einen möglichen Bohrkopfwiderstand hervorrufen würden. Indem man die Öffnungen wenigstens 10 bis 30 Grad schräg zur Achse in wenigstens zwei unterschiedlichen Richtungen anordnet, schneidet der Fluidstrahl die Formation derart, daß der Bohrkopf schrittweise die Kerben in der geschnittenen Formation abschert, sobald der Bohrkopf sich vorbeibewegt.

In den Fig. 7 und 8 ist eine Kombination eines Einpreß- bzw. Einspritzrohres mit einem Förderbohrloch verdeutlicht. Dabei ist ein existierender Lochausbau 90 bzw. Futterrohr vorgesehen, und vier Führungsrohre 92, 94, 96 und 98, die in Ablenkungskeile 92a, 94a, 96a bzw. 98a enden, sind innerhalb des Ausbaus 90 längs des Umfangs angeordnet. Die Ablenkungskeilen 92a und 96a verlaufen dabei parallel zueinander in entgegengesetzten Richtungen. Auf ähnliche Weise verlaufen die Ablenkungskeile 94a und 98a parallel zueinander in entgegengesetzten Richtungen, und zwar senkrecht zu den Richtungen der Ablenkungskeile 92a und 96a. Kolbenkörper 100, 102, 104 und 106 sind durch die Führungsrohre 92, 94, 96 bzw. 98 nach unten gerichtet und drehen sich über ihre entsprechenden Ablenkungskeile, um somit horizontale oder radiale Teile 100a, 102a, 104a bzw. 106a auszubilden. Somit erstrecken sich Radiale alle 90 Grad in einer horizontalen Richtung in die Formation.

In der Mitte des Schachthauses 90 befindet sich ein Förderrohr 110 von üblicher Größe und Form, das eine bekannte Pumpenanlage aufweist. Diese Pumpenanlage besteht aus einem Sauggestänge 112 und einem Kolbenventil 114, wie aus Fig. 8 ersichtlich. Am Boden des Förderrohres 110 befindet sich ein bekannter, geschlitzter zylindrischer Teil 110a, der einerseits für den Ölfluß durchlässig ist und andererseits bestimmte Substanzen herausfiltert; etwa ein mit Draht umwundenes Sandfilterrohr.

Im wesentlichen enthält das Ausführungsbeispiel der Fig. 7 und 8 eine kombinierte Einspritz/Förder-Anordnung; d. h. nachdem die Radialrohre 100a, 102a, 104a und 106a sich an den vorgesehenen Stellen befinden und der Boden des Förderrohres 110 sich in einem Sumpf am Boden des Lochausbaus 90 befindet, kann ein heißes Fluid, wie z. B. Dampf, über die radialen Rohre und dann aus dem Bohrkopf herausfließen, um die angrenzende ölhaltige Formation zu erhitzen, wodurch das Öl seitlich und nach unten in dem Sumpf 116 fließen kann. Von dort wird das Öl in bekannter Weise mit Hilfe einer Pumpenanlage mit Sauggestänge an die Erdoberfläche gepumpt. Die Wärmeenergie wird wirkungsvoll eingesetzt, da eine gewisse Wärmemenge des nach unten strömenden Dampfes verwendet wird, um das aufwärts fließende Öl auf einer Temperatur zu halten, bei der das Öl beim Fördern zur Oberseite des Schachtes im flüssigen Zustand gehalten werden kann.

Betrachtet man wieder die Fig. 8, so kann diese Anordnung in folgender Weise zum "Dampftränken" Verwendung finden. Nach Ausbildung der radialen Rohrteile 100a, 102a, 104a und 106a können diese von ihren entsprechenden Ablenkungskeilen abgetrennt werden und die Ablenkungskeile auf die Erdoberfläche für eine mögliche Wiederverwendung zurückgezogen werden. Anschließend wird Dampf in den Lochausbau 90 hinabbefördert, so daß dieser die Formation durchdringt. Wie verdeutlicht, ist in dem Sumpf eine Pumpe angeordnet, mit der das Öl, das zum Einfließen in den Sumpf mit Hilfe des Dampfes erhitzt wurde, auf die Erdoberfläche gepumpt wird.

Es ist möglich, daß die auf den Bohrkopf ausgeübte Kraft ausreicht, um den Kolbenkörper bzw. das Bohrrohr um einen gewissen Betrag schneller zu bewegen, als die Strahlen die Formation, die der Bohrkopf berührt, wirksam verflüssigen können. Es können Mittel in Form einer Verzögerungsleitung vorgesehen werden, um die maximale Fortbewegungsgeschwindigkeit des Kolbenkörpers zu steuern. Eine derartige Leitung kann auch zum Anzeigen der Geschwindigkeit dienen, mit der der Bohrkopf in die Formation eindringt.

Eine Anordnung des vorstehenden Typs kann zum Einspritzen eines heißen Fluids bzw. Dampfes über die Radialrohre verwendet werden, die in dieser Anordnung zum Erhitzen der Untergrundformation zur Förderung an entweder dem gleichen Loch, von dem sich die Radialrohre wegerstrecken, oder an einem entfernten Loch ausgebildet werden.

Ist der Bohrvorgang abgeschlossen, wird die Anordnung wie nachstehend anhand der Fig. 13 und 14 verdeutlicht oder infolge irgendwelcher anderer Mittel abgedichtet; z. B. kann die Anordnung durch Einbringen von Zement über das Fluidfallrohr oder das Führungsrohr in den den Kolbenkörper umgebenden Bereich abgedichtet werden. Falls die Bohrkopföffnungen eine unzureichende Größe aufweisen, um die erforderlichen Volumina an Dampf oder eines anderen Fluids hindurchlassen zu können, kann ein Abriebmittel dem Bohrfluid hinzugefügt werden, um die Öffnungen auf eine für die Fluideinspritzung geeignete Größe auswaschen zu können, oder aber die Öffnungen können durch die Wirkung eines geeigneten Lösungsmittels vergrößert werden. Der Bohrkopf kann unter Verwendung einer Sprengladung vollständig abgetrennt werden.

In den Fig. 9 bis 12 sind zwei zusätzliche Ausführungsbeispiele eines Rohrbiegemittels dargestellt. In beiden Fällen sind die Abmessungen und die Formen derart, daß das Bohrloch einen ausreichenden Durchmesser aufweisen muß, um ihre Einführung in das Loch zu ermöglichen. In Fig. 9 schließt ein Gehäuse 151 einen Teil eines Rohrbiegemittels 152 ein, das Biegemittel besteht aus einem Körper, der steif bzw. fest ist und mit im Abstand angeordneten Seitenplatten 154 ausgebildet ist, die über Verbindungswände miteinander befestigt sind. Zwei Reihen von Scheiben bzw. Rollen 156 und 157 sind zwischen den Seitenwänden 154 auf Zapfen gelagert und in Form einer gebogenen Führungsbahn 158 angeordnet. Diese Führungsbahn 158 ist so dimensioniert, daß sich das Bohrrohr über diese bewegen kann. Diese Anordnung ist derart getroffen, daß, wenn der Bohrkopf und das Bohrrohr infolge des hydraulischen Druckes über die Führungsbahn getrieben wird, das Rohr zu allen Zeitpunkten in Berührung mit einer Vielzahl von Rollen steht und somit in den gewünschten Radius gebogen wird. Ein Rohrausrichtmittel 159 ist an dem Ausgangsende der Führungsbahn angeordnet und besteht aus einem kreuzförmigen Körper 161, der an den Seitenplatten 154 befestigt ist. Dieser Körper 161 trägt vier Rollen, nämlich eine obere und untere Rolle 162, 162 und die gegenüberliegenden Seitenrollen 163, 163. Diese Rollen sind so ausgebildet, daß ihre Umfangsflächen im wesentlichen den gesamten Umfang des Bohrrohres umfassen.

Verläuft das Bohrrohr über die Führungsbahn 158, so ruft das Biegen eine gewisse Änderung der Querschnittsform des Rohres hervor. Erreicht das Rohr das Ende der Führungsbahn, so weist es eine Querschnittsform auf, die statt kreisförmig oval ist. Es wurde festgestellt, daß das Ausrichten eines solchen Rohres manchmal wirksamer ist, falls dieses Ausrichten eine gewisse Rückbildung des Rohres in die Kreisform einschließt. Um dies zu erreichen, sind die Rollen 163 so ausgebildet, daß diese auf das austretende Bohrrohr eine Kraft ausüben, um dieses ein wenig in die Kreisform zurückzuformen, während gleichzeitig eine Kraft zum Geradebiegen auf das Rohr ausgeübt wird. In Verbindung mit dem Ausrichtvorgang wirken die Rollen 162 und 163 ebenso mit den benachbarten Rollen 156 und 157 zusammen.

Bei einer anderen Ausführungsform wird das in den Fig. 9 und 10 verdeutlichte Ausrichtmittel vom kreuzförmigen Typ nicht verwendet. Das Ausrichten kann, wie in den Fig. 11 und 12 dargestellt, in einem solchen Fall lediglich eine obere und eine untere Rolle 162, 162 aufweisen.

Die Fig. 13 und 14 verdeutlichen ein Mittel zum Einführen von Bohrlochfluiden, wie z. B. Dampf, in den Bohrkopf nach Ausbildung des Bohrloches. Dies kann erforderlich sein, falls die Gleitdichtung, die für die Kolbenantriebswirkung geeignet ist, nicht ausreichend dicht ist, um das Dampfeinspritzen in den Kolbenkörper zur Erhitzung der Untergrundformation völlig zu umfassen. Dies stellt den Zweck der nachstehend beschriebenen Dampfdichtung dar. Die Fig. 13 und 14 zeigen ein Führungsrohr 166 zusammen mit einer Schraubkupplung 167 zwischen den Abschnitten des Führungsrohres. Das Bohrrohr 168 ist durch die Dichtung 164 hindurchverlaufend dargestellt. Das obere Ende des Bohrrohres 168 ist mit einem Gewindeteil 171 versehen. Das untere Ende des oberen Abschnitts des Führungsrohres 166 ist ebenfalls mit einem Innengewindeteil 172 versehen. Die Gewinde der Kupplung 167 sind gleich ausgeführt wie die Gewinde des Teils bzw. Kragens 171 und des Teils 172. Im einzelnen können die Gewinde zum Koppeln der beiden Führungsrohrabschnitte linksgängig und die Gewinde der Teile 171 und 172 ebenso linksgängig ausgeführt werden. Nimmt man an, daß der Hydraulikdruck auf das Führungsrohr ausgeübt wurde, um das Bohrrohr 168 und den daran befestigten Bohrkopf seitlich in die mineralhaltige Formation zu treiben, und daß es nun erwünscht ist, Dampf oder ein anderes Behandlungsfluid in das Bohrrohr einzuführen, so wird die Kupplung 167 durch Drehen des oberen Teils des Führungsrohres 166 im Uhrzeigersinn gelöst, worauf dieser obere Teil angehoben und im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wodurch die Gewindeteile 171 und 172 in Eingriff gelangen. Auf diese Weise ergibt sich eine dichte Metall-Metall-Dichtung. Die Teile befinden sich dann in der in Fig. 14 gezeigten Lage. Dampf oder ein anderes Behandlungsfluid kann nun über das Führungsrohr 166 und über das Bohrrohr 168 eingeführt und von dort in die mineralhaltige Formation gelangen.

Die Fig. 13 und 14 zeigen ferner an dem Einlaß zu dem Teil 171 einen ringförmigen Teil 173, der ausgebildet ist, um eine nach unten konvergierende Eintrittsöffnung auszubilden. Dies verbessert die Fließeigenschaften der Anordnung, in dem ein Übergang von dem größeren Innendurchmesser des Führungsrohres 166 zu dem kleineren Innendurchmesser des Bohrrohres geschaffen wird. Das Teil 173 weist eine Arretierung auf, wenn sich die Gewindeteile 171 und 172 in Eingriff befinden.

Die Fig. 15 verdeutlicht schematisch ein Bohrloch 210, das sich zu der mineralhaltigen Formation 211 nach unten erstreckt. Bei diesem Beispiel weist das Loch ein Futterrohr bzw. einen Ausbau 212 auf, der sich zu einem Hohlraum 213 nach unten erstreckt, der sich benachbart der Formation 211 befindet. Die sich in das Loch erstreckende Rohrleitung besteht in diesem Fall aus einem Rohrstrang 214, in dem normalerweise ein Bohrrohr angeordnet ist. Wie aus Fig. 21 ersichtlich, ist eine Dichtung 216 innerhalb des Rohrstranges 214 befestigt, die eine Abdichtung zwischen dem Rohrstrang 214 und dem Bohrrohr 215 schafft. Das obere offene Ende des Bohrrohres befindet sich oberhalb der Dichtung 216, falls das Bohrrohr - wie in Fig. 15 gezeigt - völlig ausgestreckt wird. Ehe das Bohrrohr ausgestreckt wird, befindet es sich innerhalb des Rohrstranges 214, wobei der Bohrkopf 217 des Bohrrohres unterhalb der Dichtung angeordnet ist. Die Anordnung 221 dient zur Abstützung des Rohrbiegemittels 222. Wenn auch die Dichtung 216 in eine zwischen den Abschnitten des Rohrstranges 214 vorliegende Kupplung eingebaut werden kann, so sollte diese vorzugsweise in die dem oberen Ende des Biegemittels 222 benachbarte Kupplung eingebaut werden. Das Rohr 249 stellt ein Fluidfallrohr dar.

Die Fig. 15 verdeutlicht schematisch einen mobilen Förderturm 224 sowie einen Lastwagen 225 mit einer darauf befestigten Trommel, auf der sich ein gewisser Vorrat an Bohrrohr 215 befindet.

Ein Ausführungsbeispiel eines ausstreckbaren Ablenkungskeils bzw. Biegemittels ist in den Fig. 16 bis 18 dargestellt. Dieses Biegemittel besteht aus einem Aufbau 221, der Biegeteile 226 und 227 trägt. Der Aufbau 221 kann die Form eines Rohrabschnittes aufweisen, bei der eine Seite weggeschnitten ist, wie an der Stelle 228 verdeutlicht. Der Teil 226 besteht aus einem festen Rahmen, der steife Seitenplatten 229, die an einer rückseitigen Platte (nicht dargestellt) befestigt sind, und eine obere Platte 231 aufweist. Dieser Teil 226 ist an dem Aufbau 221, wie an der Stelle 232 der Zeichnung dargestellt, befestigt. Das Biegeteil 227 beinhaltet in ähnlicher Weise einen steifen Rahmen, der durch verbundene Seitenplatten 233 ausgebildet ist, die infolge einer Drehzapfenverbindung 234 mit dem unteren Ende des Biegeteils 226 in Verbindung stehen. Das obere Biegeteil 226 trägt zwei Reihen von Scheiben bzw. Rollen 236 und 237. Diese sind derart angeordnet, daß sie eine Führungsbahn 238 ausbilden. Diese Führungsbahn 238 ist so dimensioniert, daß sie das Bohrrohr 215 aufnehmen kann. Das untere Biegeteil 227 ist in gleicher Weise mit zwei Reihen von Rollen 239 und 240 ausgestattet, die ebenfalls eine Führungsbahn 242 ausbilden.

Das oben beschriebene Biegemittel wird zu der in der Fig. 17 gezeigten Stellung ausgestreckt, in dem das untere Teil nach außen und nach oben verschwenkt wird. Die Führungsbahn, die von jedem Teil ausgebildet wird, wird zu einem Abschnitt der ganzen Führungsbahn, die beim Verschwenken des unteren Biegeteils in die in der Fig. 17 dargestellten Lage entsteht.

Zum Antrieb des unteren Teils 227 in die ausgestreckte, in Fig. 17 gezeigte Lage ist ein geeignetes Antriebsmittel vorgesehen. Dieses kann aus einer hydraulischen Betätigungseinrichtung 244 des Zylinder-Kolben-Typs bestehen, deren Betätigungsstab drehbar an der Stelle 246 mit den Seitenwänden 233 des Biegeteils 227 in Verbindung steht. Wirkt eine Hydraulikflüssigkeit unter Druck auf die Betätigungseinrichtung 244ein, so bewegt sich der untere Teil 227 von der in der Fig. 16 gezeigten Lage zu der in der Fig. 17 gezeigten Lage. Eine fortwährende Beaufschlagung des Betätigungsglieds 244 mit Hydraulikdruck oder einer hydraulischen Belastung dient zum Halten des unteren Teils 227 in der in Fig. 17 gezeigten Lage, und zwar während das Bohrrohr durch dieses Betätigungsmittel hindurchläuft und während der nachfolgenden Bohrvorgänge. Nimmt man an, daß das Betätigungsglied vom einfachwirkenden Typ ist, so kann das Steuerventil zum Einlassen oder Ablassen des Hydraulikfluids nach dessen Betätigung geschlossen werden, um das untere Betätigungsteil 227 in der ausgestreckten Lage zu blockieren. Die Fig. 15 zeigt ein sich zu der Oberseite des Schachtes erstreckendes Rohr 247 für die hydraulische Betätigung der Betätigungseinrichtung 244.

Falls nach der Anwendung von Dampf oder eines anderen Behandlungsfluids über das sich radial erstreckende Bohrrohr das Biegemittel geborgen werden soll, kann der Rohrstrang 214 zusammen mit dem Gehäuse bzw. der Anordnung 221 nach oben gezogen werden, um ein Zurückziehen des unteren Biegeteils 227 zu forcieren, wodurch ein Zusammenpressen und Abbrechen des in der ausgestreckten Position befindlichen Bohrrohres erfolgt. Für den Fall, daß die Betätigungseinrichtung 244 vom doppelt wirkenden Typ ist, so kann diese als Antriebsmittel zum Zurückziehen des Biegeteils 227 Verwendung finden, wobei das Bohrrohr zusammengepreßt und abgeknickt wird. Das Rohr 215 kann mit Sprengstoff oder auf andere Art abgetrennt werden, ehe ein Ablenkungskeilzusammenbruch erfolgt.

Wie in Fig. 17 gezeigt, sehen die Reihen von Rollen, die von den Teilen 226 und 227 getragen werden, eine fortlaufende gebogene Führungsbahn vor, durch die das Bohrrohr hindurchverläuft, um die gewünschte Biegung zu erhalten. Die Rollen jedes Teils können entweder mit den inneren oder äußeren Wänden des gebogenen Rohres in Eingriff gelangen. Man nimmt an, daß die Rohrbiegung in der Regel über 90° verläuft, obwohl diese abhängig von bestimmten Erfordernissen variieren kann. Mit Hilfe des Ausführungsbeispiels ist es möglich, Biegeradien in der Größenordnung von 15,24 bis 30,48 cm (6 bis 12 in.) für Stahlrohre im Bereich von 1R bis 1S Zoll und mit einer Wandstärke von 0,2 bis 0,3175 cm (0,080 bis 0,125 in.) vorzusehen. Das Metall für das Rohr sollte z. B. eine Fließgrenze aufweisen, die sich von 2482,92 bis 4827,9 bar oder mehr erstreckt.

Man würde normalerweise erwarten, daß das Rohr auf das Biegen zu solch relativ kleinen Radien abknickt oder abbricht. Jedoch ist die Tatsache, daß das Rohr nicht abknickt oder bricht zum Teil dem Vorhandensein einer Flüssigkeit mit relativ hohem Druck innerhalb des Rohres zuzuschreiben, während sich das Rohr durch das Biegemittel hindurchbewegt. Diese ruft eine Umfangsspannung in den Metallwänden hervor, und zwar in Verbindung mit den während des Biegevorganges auftretenden Beanspruchungen.

Unter nochmaliger Bezugnahme auf die Fig. 17 ist zu bemerken, daß die Rollen 239a, 239b, 239c und 239d und die gegenüberliegenden Rollen 240a, 240b und 240d eine gerade Führungsbahn bilden. Der Zweck dieser Rollen besteht in der Ausbildung von Ausrichtmitteln, wodurch das diese Rollen verlassende Bohrrohr relativ gerade ist. Die Rollen 239d und 240d sind größer im Durchmesser und haben Umfangsnuten, so daß sie im wesentlichen den ganzen Umfang des Rohres umschließen können. Diese Anordnung dient somit zur Beaufschlagung des Rohres mit Ausrichtkräften, sobald dieses aus der Führungsbahn austritt. Zusätzlich zu dem Ausrichten des Rohres infolge der Geradebiegekräfte können die Rollen 239d und 240d Rückbildungskräfte erzeugen, um das Rohr von einer ovalen in eine mehr kreisförmige Gestalt zurückzubilden.

Zum Verfestigen des Aufbaus 221 gegen Seitenstöße ist dessen oberes Ende an einem Führungsansatz 221a befestigt, der einen Rohrabschnitt darstellen kann, der sich um eine beträchtliche Länge in den Schachtausbau 212 erstreckt.

Die Art, in der der ausstreckbare Ablenkungskeil in der Praxis verwendet wird, ist die folgende: Geht man davon aus, daß das Loch durch bekannte Mittel gebohrt und ein Gehäuse 213 benachbart der mineralhaltigen Formation 211 ausgebildet wurde, so werden Abschnitte des Bohrstranges 214 vereinigt, wobei die unterste Kupplung an dem Teil 251 des Rohrbiegemittels befestigt wird. Eine geeignete Länge des Bohrrohres wird vorgesehen, wobei an einem Ende des Rohres der Hydraulikstrahl- Bohrkopf 217 vorgesehen ist. Dieses sollte dann in dem Bohrstrang 214 zusammengesetzt werden, wobei sich der Bohrkopf an oder etwas unterhalb der Dichtung 216 befindet. Eine geeignete Länge des Bohrrohres setzt sich zusammen aus einer Länge, die ausreicht, um sich seitlich um den gewünschten Betrag ausbreiten zu können, plus einer weiteren Länge, die ausreicht, um sicherzustellen, daß das obere offene Ende des Rohres sich gut oberhalb der Dichtung 216 befindet, falls das Rohr, wie in Fig. 15 gezeigt, ausgestreckt ist. Die Anordnung des Bohrstranges 214 zusammen mit dem daran befestigten Gehäuse bzw. Aufbau 221 und dem Biegemittel 222 wird nun in den Schacht abgesenkt, wobei zu diesem Zeitpunkt sich das Biegemittel in der zurückgezogenen Lage befindet. Hat das Biegemittel einen Stand erreicht, der der mineralhaltigen Formation entspricht, so wird das obere Ende des Rohres 214 mit einer Hydraulikflüssigkeitsquelle (z. B. Wasser), die über einen relativ hohen Druck verfügt, der z. B. von 68,97 bis 689,70 bar oder mehr reicht, verbunden. Bei einer Alternative und einem bevorzugten Verfahren wird zuerst der Bohrstrang einschließlich des Ablenkungskeils, jedoch nicht der Bohrkopf und das Bohrrohr, zu der gewünschten Endlage abgesenkt. Anschließend werden der Bohrkopf und das Bohrrohr abgesenkt. Nimmt man jetzt an, daß ein seitliches Loch in die mineralhaltige Formation gebohrt werden soll, so wird das Biegemittel 222, wie aus Fig. 15 ersichtlich, ausgestreckt, indem die Betätigungseinrichtung 244 mit Hydraulikdruck beaufschlagt wird, und anschließend die Hochdruck- Hydraulikflüssigkeit in das obere Ende des Rohrstranges 214 eingeführt. Die Hydraulikflüssigkeit fließt in und über das Bohrrohr 215, und infolge der Fluiddruckflächen, die durch das Bohrrohr zusammen mit dem Bohrkopf 217 dargeboten werden, wird das Rohr über die Dichtung 216 und das Biegemittel 222 nach unten und dann seitlich gegen die Formation getrieben, und zwar gemäß den oben dargelegten Prinzipien. Der Strahlbohrkopf 217 durchdringt die Formation unter Ausbildung eines sich seitlich erstreckenden Loches, wie dies z. B. in Fig. 15 dargestellt ist. Am Schluß dieses Arbeitsvorganges und unter der Annahme, daß die mineralhaltige Formation mit Dampf oder einem anderen Fluid bearbeitet werden soll, wird die Beaufschlagung des Rohrstranges 214 mit Hydraulikdruck ausgesetzt, eine Dampfdichtung ausgebildet und dieser Strang an der Oberfläche des Loches mit einer Behandlungsfluidquelle verbunden. Die Vorrichtung kann dann über einen ausgedehnten Zeitraum als geeignetes Mittel zum Einführen eines Bearbeitungsfluids in die mineralhaltige Formation dienen.

Das in den Fig. 19 und 20 verdeutlichte Ausführungsbeispiel weist eine andere Form eines Ausrichtmittels auf. Anstelle der Rohrausrichtrollen 239d und 240d ist ein kreuzförmiges Ausrichtmittel 251 vorgesehen. Dieses Ausrichtmittel 251 weist einen Körper 252 auf, der zum Befestigen der sich gegenüberliegenden Rollen 253 und 254 und der seitlich angeordneten Rollen 256 und 257 dient. Die Einkerbungen bzw. Nuten in den Umfangsflächen dieser Rollen entsprechen sich, wodurch sie im wesentlichen den gesamten Umfang des Rohres umschließen. Es wurde festgestellt, daß, obwohl das Bohrrohr während des Biegevorganges nicht zusammenbricht, eine plastische Verformung der Metallwände auftritt, wodurch beim Austreten des Rohres aus der Führungsbahn dessen Querschnittsform leicht oval statt kreisförmig ist. Die Rollen 256 und 257 können angeordnet werden, um beim Durchgleiten des Rohres durch diese Rollen einen Seitendruck auf die Rohrseitenwände auszuüben und die Querschnittsform etwas der Kreisform wieder anzunähern. Es wurde festgestellt, daß dies das Ausrichten des Rohres unterstützt, wodurch zusammen mit der Wirkung der Rollen 239a bis 239c und 240a, 240b der Teil des Rohres, der sich von dem Ausrichtmittel in die Formation erstreckt, ausreichend gerade gerichtet ist, um den gewünschten Vorschub des Bohrkopfes in die Formation zu übertragen, ohne daß eine weitere Ausrichtung erforderlich wird.

Das in den Fig. 22 bis 25 dargestellte Ausführungsbeispiel ist auch mit einer Vielzahl von Rollen versehen, die die gebogene Führungsbahn des Biegemittels bilden, jedoch weist das Biegemittel anstatt der beiden Teile in den Fig. 16 und 17 drei Biegeteile auf. Ebenso ist ein einstellbares Ausrichtmittel vorgesehen. Das Gehäuse 261 kann ähnlich dem Gehäuse 221 der Fig. 16 sein. Das Rohrbiegemittel besteht aus drei Teilen 262, 263 und 264, von denen jeder ein Segment der gebogenen Führungsbahn bildet. Das Biegeteil 262 weist feste Seitenwände 266 auf, die in einem Abstand zueinander angeordnet und am oberen Teil des Gehäuses 261 festgelegt sind. Die Kanten der Seitenwände stehen mit Abdeckplatten 266a und 266b in Verbindung. Das Biegeteil 263 besteht ebenfalls aus im Abstand verbundenen Wänden 267, deren obere Ende mit den Seitenwänden 266 des Biegeteils 262 eine Drehverbindung 268 eingehen. Die Wände 267 stehen ebenfalls mit Abdeckplatten 267a und 267b in Verbindung. Auch das Biegeteil 264 besteht aus im Abstand verbundenen Wänden 269, die mit den unteren Enden der Wände 267 eine Drehverbindung 271 eingehen und die Abdeckplatten 269a und 269b aufweisen.

Die Fig. 22 und 23 zeigen die Biegeteile 263 und 264 im zurückgezogenen Zustand innerhalb des Gehäuses 261. Die Antriebsquelle zum Ausstrecken der Biegeteile in die in Fig. 24 gezeigte Lage kann aus einer hydraulischen Betätigungseinrichtung 272 bestehen, die an dem Gehäuse 261 an der Stelle 273 drehbar angelenkt ist und deren Betätigungsstab 274 mit der Seitenwand des Biegeteils 264 drehbar verbunden ist. Die Seitenwände der Biegeteile 262 und 263 sind an den gegenüberliegenden Enden 276 und 277 derart ausgebildet, daß diese, wenn das Biegemittel vollständig ausgestreckt ist, anstoßen bzw. anliegen. Die gegenüberliegenden Enden 278 und 279 der Seitenwände der Biegeteile 263 und 264 sind ähnlich ausgebildet. Anstelle (der Antriebsquelle) der Betätigungseinrichtung kann das Biegeteil 264 mit einem Zugkabel versehen sein, das sich zur Oberseite des Schachtes erstreckt.

Wird die Betätigungseinrichtung mit Druck beaufschlagt, so die Biegeteile 262, 263 und 264 zu den in der Fig. 24 gezeigten Grenzlagen ausgestreckt, wobei die Enden 276 und 277 bzw. 278 und 279 aneinanderstoßen.

Jedes der Biegeteile 262, 263 und 264 weist eine Vielzahl drehbarer Rollen auf, die, wenn sich die Biegeteile im ausgestreckten Zustand befinden, eine fortlaufende Rohrbiegebahn ausbilden, die fortschreitend das Bohrrohr bei dessen Durchlauf durch diese Biegebahn krümmt. Die vollständige Führungsbahn ist bogenförmig, wobei die Biegeteile 262, 263 und 264 Bogensegmente bilden. Die Rollen für das Biegeteil 262 sind mit den Bezugszeichen 281 und 282, die Rollen für das Biegeteil 263 mit den Bezugszeichen 283 und 284 sowie die Rollen für das Biegeteil 264 mit den Bezugszeichen 286 und 287 gekennzeichnet. Die Rollen 286a, 286b, 286c, 286d und 286e sowie 287a, 287c und 287e wirken zusammen, um das Bohrrohr, ehe es aus dem Biegeteil 264 austritt, auszurichten. Vorzugsweise ist die Rolle 287c einstellbar, um die auszuübende Ausrichtkraft einstellen zu können. Demzufolge ist die Rolle 287c in Fig. 25 mit Hilfe einer Konstruktion 288 drehbar abgestützt, die wiederum mit einem Stift oder einer Welle 289 drehbar verbunden ist, wobei die Welle von den Seitenwänden des Biegeteils 264 getragen wird. Die Ausrichtung der Rolle 287c kann relativ zu den Rollen 286b, 286c und 286d durch Einstellen der Schraube 291 geregelt werden. Zur Verstärkung der Ausrichtwirkung sind die Rollen 286b, 286c und 286d in bezug auf ihre Mittellinien nach oben gewölbt (Fig. 24 und 25). Die Rolle 287e ist für die Ausrichtwirkung nicht wesentlich und kann weggelassen werden. Die Einstelleigenschaft der Rolle 287c kann ebenso auf die Ausführungsbeispiele der Fig. 9, 11 und 16 übertragen werden.

Wie in den Fig. 16 und 17 weisen die Rollen 286e und 287e eine derartige Größe und derartige Nuten auf, daß diese den Umfang des Bohrrohres im wesentlichen umfassen. Sie können das Rohr wieder etwas mehr in die Kreisform zurückbilden.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 22 bis 25 funktioniert im ausgestreckten Zustand im wesentlichen in gleicher Weise wie die Ausführungsbeispiele der Fig. 16 bis 20. Befindet es sich jedoch im eingezogenen Zustand, so ist es kompakter, da die Biegeteile 262, 263 und 264 einen geradlinigen Aufbau aufweisen. Ebenso, wenn die Betätigungseinrichtung 272 gespeist wird, um die Biegeteile auszustrecken, wird das Biegeteil 264 infolge der Anbringungsstellen der Drehverbindungen 271 und 272 zuerst nach außen verschwenkt und dann folgt das Biegeteil 263.

Wird das Bohrrohr durch das Biegemittel und in die angrenzende Formation getrieben, ist es wünschenswert, Wasser in die Biegeteile 262, 263 und 264 einzuführen. Demzufolge ist in Fig. 22 eine kleine Leitung 293 dargestellt, die eine gewisse Wassermenge von oberhalb der Dichtung 292 zu dem Biegeteil 262 ableitet. Dieses Wasser kann in das Biegeteil 262 abgelassen oder mit Leitungen 294, 295 und 296, die sich in den Seitenwänden der Biegeteile befinden, in Verbindung gesetzt werden. Die letztgenannten Leitungen sind so angeordnet, daß diese im ausgestreckten Zustand der Biegeteile untereinander in Verbindung stehen. Die Leitung 296 kann Wasserstrahlen über die Düse 297 ablassen. Das Einführen von Wasser ermöglicht ein Ausspülen der Führungsbahn und verhindert deren Verschlammung oder ein Festklemmen der Rolle infolge des Eintritts von Fremdkörpern (z. B. Sand und kleine Steine).

Die Abdeckplatten für die Biegeteile 262, 263 und 264 können verwendet werden, um Steine und andere Trümmer herauszuhalten. In einigen Fällen können diese mit Löchern versehen sein.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Herstellen eines Bohrlochs in einer Erdformation, insbesondere für das nachträgliche Eindrücken eines Behandlungsfluids in die Erdformation, mit einem zum Führen eines Bohrrohrs (34; 50; 168; 215) vorgesehenen Führungsrohr (30; 46; 166; 214), das an seinem rückwärtigen Ende an eine Fluiddruckquelle (48) anschließbar ist, wobei das Bohrrohr (34; 50; 168; 215) an seinem rückwärtigen, in dem Führungsrohr gehaltenen Ende offen ausgebildet, an seinem vorderen Ende mit einem Bohrkopf (36; 52; 56; 217) zum Abtragen der Erdformation versehen und durch den Druck eines Fluids auf die Innenfläche des Bohrkopfes aus dem Führungsrohr heraus in die Erdformation vorschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwandung des Führungsrohrs (30; 46; 166; 214) eine dem Außendurchmesser des Bohrrohrs (34; 50, 168; 215) angepaßte Dichtung (54; 164; 216) angeordnet ist, wobei das Bohrrohr (34; 50; 168; 215) durch die Dichtung (54; 164; 216) hindurchgeführt und mit seinem offenen rückwärtigen Ende rückwärts der Dichtung (54; 164; 216) gehalten ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (36) wenigstens eine Fluidaustrittsöffnung (52a; 56a) aufweist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (36; 56) drehfrei am Bohrrohr (34; 50) gehalten ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Zuführen eines unter Druck stehenden Bohrfluids zu dem Fluiddurchgang des Bohrrohres (34; 50) vorgesehen ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Elemente (171, 172) zum Festlegen des Führungsrohrs (166) an dem Bohrrohr (168) vorgesehen sind.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Führungs- und das Bohrrohr (30; 34) als Baugruppe in einer Bohrlochauskleidung (28) angeordnet sind, die sich im Bereich der zu durchbohrenden Formation (22) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fallrohr (38) vorgesehen ist, das mit der Baugruppe ausgerichtet und in der Bohrlochauskleidung (28) befestigt ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bohrrohr (34; 50) zur Steuerung der maximalen Geschwindigkeit der Bohrkopfbewegung relativ zu dem Führungsrohr (30) eine Bremseinrichtung zugeordnet ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Öffnungen (56a) des Bohrkopfes (56) sich in einer Richtung erstreckt, die schräg in zwei unterschiedlichen Ebenen zu der Achse des Bohrkopfes (56) verläuft.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bohrkopf (56) nach rückwärts gerichtete Öffnungen (56b) vorgesehen sind.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, zum Ablenken des Bohrlochs aus einer vorgegebenen Richtung, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart dem vorderen Ende des Führungsrohres (30) eine Ablenkungseinrichtung (30a, 32a, 46d) vorgesehen ist, mit der das Bohrrohr (34; 50) im Winkel zur Achse des Führungsrohres (30; 46) schwenkbar ist.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrrohr (34; 50) aus steifem Metall besteht, das plastisch verformbar ist.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkungseinrichtung (30a, 32a, 46d) mehrere miteinander verbundene Biegeteile (226, 227) aufweist, die nach dem Ausfahren aus einer innerhalb eines Gehäuses (221) zurückgezogenen Lage eine bogenförmige Rohrbiegeführungsbahn (222) bilden, wobei bei der Beaufschlagung des Führungsrohres (30) mit Hydraulikdruck das Bohrrohr (34) durch das Führungsrohr und über die Führungsbahn (222) vortreibbar ist, dabei durchbiegbar ist und der Bohrkopf seitlich in die Formation vortreibbar ist und wobei jedes Biegeteil eine Reihe von Vertikalrollen (236, 237; 239; 240) aufweist, die drehbar an dem Biegeteil (226, 227) gelagert sind und im ausgestreckten Zustand ein Segment der bogenförmigen Führungsbahn (222) bilden.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen von Vertikalrollen (236, 237; 239; 240), die von jedem Biegeteil (226, 227) abgestützt sind, mit der Wand des Bohrrohrs in Eingriff stehen, wobei das Bohrrohr fortlaufend zunehmend zu biegen ist.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste obere Biegeteil (226) am Gehäuse (221) befestigt ist und sein unteres Ende schwenkbar mit dem einen Ende des nächstunteren Biegeteils (227) verbunden ist, und daß eine Betätigungseinrichtung (244) zum Bewegen des nächstunteren Biegeteils (227) von einer zurückgezogenen Lage innerhalb des Gehäuses (221) in eine ausgestreckte Lage vorgesehen ist, in welcher der untere Biegeteil (227) zusammen mit dem ersten Biegeteil (226) eine gebogene Führungsbahn (222) bildet.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Austrittsende des untersten Biegeteils (227) eine Rohrausrichteinrichtung (159) vorgesehen ist.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrausrichteinrichtung (159) Vertikalrollen aufweist, mit denen entgegengesetzte Biegekräfte auf die obere und untere Seite des Bohrrohres auszuüben sind und das Rohr auszurichten ist, wobei die Rollen (239d, 240d) an dem untersten Biegeteil (227) befestigt sind.
  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrausrichteinrichtung (159) einander gegenüberliegende Querrollen (163, 163) aufweist, die seitlich gegen die Wand des Bohrrohres gedrückt sind, wobei die Querschnittsform des Bohrrohres von einer ovalen Form zu einer mehr kreisförmigen Form zurückzubilden ist.
  18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrausrichteinrichtung (159) aus einem kreuzförmigen Aufbau (161) besteht, der eine obere und untere Vertikalrolle (162, 162), die mit der oberen bzw. unteren Seite des Rohres in Verbindung stehen, sowie seitliche Querrollen (163, 163) aufweist, die seitlich gegen die Wand des Rohres gedrückt sind.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden seitlichen Querrollen (163, 163) in einem Abstand voneinander angeordnet sind, gemäß dem das durch diese Rollen verlaufende Rohr bezüglich seines Querschnitts von einer ovalen Form in eine im wesentlichen kreisförmigen Form zurückzubilden ist.
  20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkungseinrichtung drei miteinander verbundene Biegeteile (262, 263, 264) aufweist, von denen das erste Biegeteil (262) an seinem unteren Ende schwenkbar mit dem zweiten Teil (263) verbunden ist und das zweite Biegeteil (263) an seinem unteren Ende mit dem dritten Teil (264) verbunden ist, wobei das erste Biegeteil (262) an dem Gehäuse (261) befestigt und eine Betätigungseinrichtung (272) vorgesehen ist, mittels der zur Ausbildung der bogenförmigen Führungsbahn (222) das zweite und dritte Biegeteil relativ zum ersten Biegeteil beweglich sind.
  21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrausrichteinrichtung eine Rolle (287c) aufweist, mit der eine Kraft auf die Außenseite des Rohres auszuüben ist, und daß ein Einstellelement (291) zur schwenkbaren Festlegung der Rolle (287c) vorgesehen ist, durch welches diese relativ zum Rohr ausfahrbar oder zurückziehbar ist.
  22. 22. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (293) zum Einführen von Wasser in die Biegeteile während der Beaufschlagung des Bohrrohrs mit einer unter Druck stehenden hydraulischen Flüssigkeit vorgesehen ist.
  23. 23. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkungseinrichtung Rollen (156, 157) zur Ausbildung einer gebogenen Führungsbahn (158) aufweist, durch die das Bohrrohr hindurchführbar ist, wobei mittels der Rollen (156, 157) Kräfte zum Biegen des Bohrrohres auf dieses ausübbar sind.






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