DE60304320T2

DE60304320T2 - Energieerzeuger betrieben durch doppelwandige rohrverbindung

Info

Publication number: DE60304320T2
Application number: DE60304320T
Authority: DE
Inventors: F. Richard Perry SHARP; L. Matthew Stillwater DOCK
Original assignee: Dock Matthew L Stillwater; Charles Machine Works Inc
Current assignee: Dock Matthew L Stillwater; Charles Machine Works Inc
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2023-01-10
Also published as: AU2003209184A1; US6739413B2; US20050056460A1; US20030132034A1; DE60304320D1; WO2003060284A3; US7025152B2; AU2003209184A8; WO2003060284A2; EP1466068B1; EP1466068A2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft allgemein drehgetriebene Werkzeuge und insbesondere in einem Bohrloch unterbringbare Werkzeuge für Bohrarbeiten in horizontaler Richtung.
HINTERGRUND DER TECHNIK
Bei Bohrarbeiten in horizontaler Richtung ist es wünschenswert, den mehreren und verschiedenen, in einem Bohrloch unterbringbaren Bohrkomponenten Energie zuzuführen. Batterien, Drahtleitungsverbindungen und fluidgetriebene, in einem Bohrloch unterbringbare Generatoren wurden verwendet, um den sich in einem Bohrloch unterbringbaren Komponenten Energie zuzuführen. Es besteht jedoch weiterhin das Bedürfnis nach Verbesserungen.
Die DE 42 25 701 offenbart einen Bohrstrang mit einem inneren Rohrbauteil, einem äußerem Rohrbauteil und einem ringförmigen Bohrer, der einen Kopfbereich und einen Schaftbereich aufweist. Ein in einem Bohrloch unterbringbares Werkzeug ist in dem Kopfteil des ringförmigen Drehbohrers gehalten, wobei der Schaftbereich des ringförmigen Bohrers mit dem vorderen Ende des äußeren Rohrbauteils verbunden ist.
Die U.S. 5,682,956 lehrt eine Struktur und ein Verfahren, um Doppelteil-Bohrstrang-Rohrabschnitte schnell miteinander zu verbinden. Durch dieses Dokument wird das Positionieren eines in einem Bohrloch unterbringbaren Werkzeugs in dem äußeren Bauteil des Rohrabschnitts weder gelehrt noch nahegelegt. Außerdem schlägt dieses Dokument nicht vor, das innere Bauteil des Bohrstrangs zu verwenden, um den Betrieb eines solchen im Bohrloch unterbringbaren Werkzeugs zu steuern.
Die U.S. 5,957,222 offenbart einen drehgetriebenen Generator, der am Ende eines einteiligen Bohrstrangs gehalten ist. Der Generator ist in dem rohrförmigen Bauteil des hinteren Schaft-Trägers gehalten und wird durch Drehen eines anderen Schaftes angetrieben. Der Schaft wird durch den Einzelrohr-Bohrstrang in Drehung versetzt. Damit der Generator funktioniert, werden seitliche Rollenstabilisatoren verwendet, um das rohrförmige Bauteil während des Drehens des Schafts stationär zu halten.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rohrabschnittsanordnung gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Erzeugen von Energie gemäß Anspruch 20.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung von einer nahe der Oberfläche, in horizontaler Richtung bohrenden Maschine, die auf ein sich außerhalb eines Bohrlochs befindliche Ende von einem Bohrstrang wirkt, an dem wiederum ein sich in einem Bohrloch unterbringbares Werkzeug gehalten ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert sind.
2 zeigt eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, von einem ersten Typ von Rohrabschnitt, der mit einem Doppelteil-Bohrstrang verwendet wird.
3 ist eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, von einem alternativen Typ von Rohrabschnitt, der mit einem Doppelteil-Bohrstrang verwendet wird. Bei diesem Typ von Rohrabschnitt sind das Zapfenende und das Kastenende an dem inneren Bauteil umgekehrt.
4 ist eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, von dem Drehantriebsystem der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, von einem Doppelteil-Rohrabschnitt, der mit einem in einem Bohrloch unterbringbaren Werkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist. Der Rohrabschnitt aus 5 ist irgendwo entlang des Bohrstrangs verbindbar.
6 ist eine teilweise weggebrochene Ansicht, teilweise im Querschnitt, von einem weiteren Ausführungsbeispiel des Rohrabschnitts der Erfindung. Der Rohrabschnitt aus 6 hat die Form von einem Bohrkopf, wobei ein in einem Bohrloch unterbringbares Werkzeug und ein Transmitter darin untergebracht sind.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel von dem Bohrkopf-Rohrabschnitt der vorliegenden Erfindung, wobei der Generator Wicklungen und Magnete aufweist.
8 ist eine Querschnittsansicht von dem Werkzeugkopf entlang Linie 8-8 aus 7.
9 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel von dem Bohrkopf-Rohrabschnitt aus 8, wobei der Generator einen Magneten aufweist, der in eine leitfähige Wicklung eingewickelt ist.
10 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel von dem Bohrkopf-Rohrabschnitt, wobei das in einem Bohrloch unterbringbare Werkzeug ein Schraubenantrieb ist, um ein Steuerungsbauteil zu betreiben, das schwenkbar an dem Rohrabschnitt montiert ist.
11 zeigt den Bohrkopf-Rohrabschnitt der vorliegenden Erfindung, wobei das in einem Bohrloch unterbringbare Werkzeug ein mechanischer Hammer ist.
12A ist eine vergrößerte Ansicht von dem Werkzeugkopf, und zwar aus dem gestrichelten Kreis aus 11, wobei die Nockenflächen aneinander anliegen.
12B ist eine vergrößerte Ansicht von dem Werkzeugkopf, und zwar aus dem gestrichelten Kreis aus 11, wobei die Nockenflächen eine andere Ausrichtung haben.
13 zeigt einen Werkzeugkopf, bei dem das in einem Bohrloch unterbringbare Werkzeug eine Hydraulikpumpe ist.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Es wird nun allgemein auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 Bezug genommen, in denen eine Horizontalrichtungs-Bohrmaschine 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. 1 zeigt die praktische Anwendung des Horizontalrichtungs-Bohrens, indem gezeigt wird, dass ein Bohrloch 12 erstellt werden kann, ohne dass eine oberirdische Struktur zerstört wird, nämlich die Straße, die durch Bezugszeichen 14 bezeichnet ist. Um das Bohrloch 12 zu schneiden oder zu bohren, wird ein Bohrstrang 16, an dem ein Bohrer 18 gehalten ist, durch ein Drehantriebssystem 20 drehend angetrieben. Wenn der Bohrvorgang fortschreitet und sich der Bohrer 18 weiter durch das Erdreich nach vorne bewegt, wird das immer vorhandene Problem, den verschiedenen im Bohrloch unterbringbaren Bohrkomponenten Energie zuzuführen, wie zum Beispiel ein Lokalisierungssignal, immer schwerwiegender.
Die vorliegende Erfindung ist auf Vorrichtungen und Verfahren gerichtet, um den im Bohrloch unterbringbaren Bohrkomponenten Energie zuzuführen. Um den im Bohrloch unterbringbaren Komponenten Energie zuzuführen, ist in dem Bohrstrang 16 ein im Bohrloch unterbringbares Werkzeug 21 angeordnet. Der Begriff "im Bohrloch unterbringbares Werkzeug", wie er hier verwendet wird, bedeutet irgendeine der mehreren Vorrichtungen, die durch Drehen des inneren Bauteils angetrieben werden, um verschiedene im Bohrloch unterbringbaren Bohrkomponenten mit Energie zu versorgen. Diese und andere Vorteile, die mit der vorliegenden Erfindung in Beziehung stehen, werden aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele offensichtlich.
Es wird immer noch auf 1 Bezug genommen, in der eine Horizontalrichtungs-Bohrmaschine 10 gezeigt ist, die allgemein einen Rahmen 22 mit einer Erdverankerung 24 aufweist, um das Drehantriebssystem 20 abstützend zu halten. Das Drehantriebssystem 20 ist bewegbar an dem Rahmen 22 zwischen einer ersten Position, wie in 1 gezeigt, und einer zweiten Position gehalten. Durch Bewegung des Drehantriebssystems 20 mit Hilfe einer Axialvorschubeinrichtung (nicht gezeigt) zwischen der ersten und der zweiten Position werden der Bohrer 18 und der Bohrstrang 16 in axialer Richtung durch das Bohrloch 12 nach vorne getrieben. Die Erdverankerung 24 wird in das Erdreich getrieben, um den Rahmen 22 und das Drehantriebssystem 20 gegen die Gegenkräfte zu stabilisieren, die durch das axiale Vorschieben des Bohrers 18 aufgebracht werden.
Der Bohrstrang 16 ist an einem ersten Ende funktional mit dem Drehantriebssystem 20 verbunden. Der Bohrstrang 16 überträgt ein Drehdrehmoment von dem Drehantriebssystem 20 auf den Bohrer 18 und transportiert Bohrflüssigkeit in das Bohrloch 12. In der vorliegenden Erfindung weist der Bohrstrang einen Doppelteil-Bohrstrang auf. Der Begriff "Doppelteil-Bohrstrang", wie er hier verwendet wird, bezeichnet einen Bohrstrang, der bei Bohrvorgängen verwendet wird und der ein vorzugsweise unabhängig drehbares inneres Bauteil aufweist, das innerhalb von einem äußeren Bauteil oder Rohr gehalten ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, einen Doppelteil-Bohrstrang zu verwenden, der eine Vielzahl von Doppelteil-Bohrabschnitten oder Bohrverbindungen aufweist, von denen zumindest ein Abschnitt das im Bohrloch unterbringbare Werkzeug beinhaltet.
Es wird nun auf 2 Bezug genommen, in der einer von einer Vielzahl von Doppelteil-Rohrabschnitten 30 gezeigt ist, der den Doppelteil-Bohrstrang 16 beinhaltet. Der Doppelteil-Rohrabschnitt 30 beinhaltet ein hohles äußeres Bauteil 32 und ein inneres Bauteil 34, das in Längsrichtung darin angeordnet ist. Das innere Bauteil 34 und das äußere Bauteil 32 sind mit den inneren Bauteilen und äußeren Bauteilen von benachbarten Doppelteil-Rohrabschnitten verbindbar, um den Doppelteil-Bohrstrang 16 zu bilden. Die miteinander verbundenen inneren Bauteile 34 sind unabhängig von den miteinander verbundenen äußeren Bauteilen 32 drehbar, um ein im Bohrloch unterbringbares Werkzeug (nicht gezeigt) anzutreiben. Es ist offensichtlich, dass irgendein Doppelteil-Rohrabschnitt, der dazu ausgestaltet ist, um mit benachbarten Abschnitten von dem Doppelteil-Rohr verbunden zu werden, verwendet werden kann, aber aus Gründen der Darstellung folgt eine Beschreibung der beispielhaften Doppelteil-Rohrabschnitte 30 und 30A.
Das äußere Bauteil 32 ist vorzugsweise rohrförmig und hat ein Zapfenende 36 sowie ein Kastenende 38. Das Zapfenende 36 und das Kastenende 38 sind mit entsprechenden Gewindegängen versehen. Das Zapfenende 36 ist mit konisch zulaufenden äußeren Gewindegängen 40 versehen, und das Kastenende 38 ist mit konisch zulaufenden inneren Gewindegängen 42 versehen. Das Kastenende 38 des äußeren Bauteils 32 ist mit dem Zapfenende 36 von einem ähnlichen Doppelteil-Rohrabschnitt 30 verbindbar. Auf ähnliche Weise ist das Zapfenende 36 des äußeren Bauteils 32 mit dem Kastenende 38 von einem ähnlichen Doppelteil-Rohrabschnitt 30 verbindbar.
Der Außendurchmesser von dem Zapfenende 36 und dem Kastenende 38 des äußeren Bauteils 32 kann größer sein als der Außendurchmesser von dem mittleren Körperbereich 43 des äußeren Bauteils 32. Das Kastenende 38 des äußeren Bauteils 32 bildet einen vergrößerten Innenraum 44, und zwar aus einem Grund, der noch beschrieben wird.
Das innere Bauteil 34 ist vorzugsweise länglich. In dem bevorzugten Doppelteil-Rohrabschnitt 30 ist das innere Bauteil 34 integriert gebildet und beinhaltet eine starre Stange. Es ist jedoch offensichtlich, dass in einigen Beispielen ein rohrförmiges inneres Bauteil 34 bevorzugt sein kann.
in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das innere Bauteil 34 mit einem geometrisch geformten Zapfenende 46 und mit einem Kastenende 48 versehen, das durch eine geometrisch geformte Aussparung gebildet ist, die der Form von dem Zapfenende 46 entspricht. Der Begriff "geometrisch geformt", wie er hier verwendet wird, bezeichnet eine Konfiguration, die es ermöglicht, dass das Zapfenende 46 verschiebbar in dem Kastenende 48 aufgenommen wird und ein Drehmoment zwischen benachbarten inneren Bauteilen 34 übertragen kann. Durch das geometrisch geformte Zapfenende 46 und das Kastenende 48 von dem gekoppelten Bauteil (nicht gezeigt) wird eine Drehung des Zapfenendes 46 relativ zu dem Kastenende 48 verhindert, wenn diese so verbunden sind. Eine bevorzugte geometrische Form für das Zapfenende 46 und das Kastenende 48 des inneren Bauteils 34 ist ein Hexagon. Das Kastenende 48 des inneren Bauteils 34 kann durch Hartlöten, Schmieden oder Schweißen oder durch irgendeine geeignete Maßnahme an dem inneren Bauteil 34 angebracht sein.
Es wird weiter auf 2 Bezug genommen, wobei das Kastenende 48 des inneren Bauteils 34 in dem Kastenende 38 des äußeren Bauteils 32 angeordnet ist. Es ist nun offensichtlich, dass das Kastenende 38 des äußeren Bauteils 32 einen länglichen inneren Raum 44 zur Aufnahme des Kastenendes 48 des inneren Bauteils bildet. Diese Anordnung erleichtert eine einfache Verbindung des Doppelteil-Rohrabschnitts 30 mit dem Bohrstrang 16 und dem Drehantriebssystem 20 in einer Weise, die noch beschrieben wird.
Es ist gewünscht, den Doppelteil-Rohrabschnitt 30 so zu konstruieren, dass das innere Bauteil 34 verschiebbar in das äußere Bauteil 32 einsetzbar und aus diesem herausnehmbar ist. Dadurch wird ein einfaches Reparieren und, falls erforderlich, Auswechseln des inneren Bauteils 34 oder des äußeren Bauteils 32 ermöglicht. In dem zusammengebauten Doppelteil-Rohrabschnitt 30 muss die Längsbewegung des inneren Bauteils 34 in dem äußeren Bauteil 32 begrenzt sein. Folglich sind in dem Doppelteil-Rohrabschnitt 30 Anschlagvorrichtungen vorgesehen.
Die Anschlagvorrichtung weist vorzugsweise eine ringförmige Schulter 50 auf, die an der inneren Fläche 52 des äußeren Bauteils 32 ausgebildet ist, um die Längsbewegung des inneren Bauteils 34 in dem äußeren Bauteil zu begrenzen. Außerdem bildet das Kastenende 48 des inneren Bauteils 34 eine Schulter 54, die größer ist als die ringförmige Schulter 50. Wenn daher das innere Bauteil 34 in Richtung X bewegt wird, stößt die Schulter 54 gegen die ringförmige Schulter 50 an, wodurch eine weitere Bewegung in dieser Richtung verhindert wird.
Eine Längsbewegung des inneren Bauteils in Richtung Y wird durch Vorsehen eines radial vorstehenden, ringförmigen Anschlagbauteils 56 begrenzt. Das Zapfenende 46 des inneren Bauteils 34 erstreckt sich mit einer Distanz über das Zapfenende 36 des äußeren Bauteils 32 hinaus. Das Anschlagbauteil 56 ist nahe dem Zapfenende 46 des inneren Bauteils 34 hinter das Zapfenende 36 des äußeren Bauteils 32 angeordnet. Wie in der Explosionsansicht von 3 gezeigt, weist das radial vorstehende, ringförmige Anschlagbauteil vorzugsweise einen Kragen 56 sowie eine Einstellschraube oder einen Stift 58 auf. Wenn das innere Bauteil 34 in Richtung Y bewegt wird, stößt der Anschlagkragen 56 gegen das Zapfenende 36 des äußeren Bauteils 32 und blockiert eine weitere Bewegung.
Es wird nun auf 3 Bezug genommen, in der ein anderer Doppelteil-Rohrabschnitt 30A gezeigt ist, der den Doppelteil-Bohrstrang 16 beinhaltet. Der Rohrabschnitt 30A beinhaltet ein hohles äußeres Bauteil 32A und ein inneres Bauteil 34A, das in Längsrichtung darin angeordnet ist. Das innere Bauteil 34A ist vorzugsweise länglich und weist ein Zapfenende 46A und ein Kastenende 48A auf. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf den Doppelteil-Rohrabschnitt 30 beschrieben, können das Zapfenende 46A und das Kastenende 48A geometrisch geformt sein, um ein Drehmoment zwischen benachbarten Rohrabschnitten zu übertragen.
Das geometrisch geformte Zapfenende 46A des Rohrabschnitts 30A ist in dem Kastenende 38A des äußeren Bauteils 32A angeordnet. Das Kastenende 38A des äußeren Bauteils 32A bildet einen vergrößerten inneren Raum 44A zur Aufnahme des Kastenendes 48A von einem ähnlich geformten Doppelteil-Rohrabschnitt.
Das innere Bauteil 34A ist in dem äußeren Bauteil 32A angeordnet, um sich bis zu einem äußeren Punkt zu erstrecken, der hinter dem Zapfenende 36A des äußeren Bauteils liegt. Das Kastenende 48A des inneren Bauteils ist mit einem geometrisch geformten Antriebskragen 49 ausgebildet, der mit dem äußeren Bereich des inneren Bauteils 34A verbunden ist. Der Antriebskragen 49 ist an dem inneren Bauteil vorzugsweise unter Verwendung eines Rollstiftes (nicht gezeigt) angebracht, kann aber auch an dem inneren Bauteil 34A durch irgendeine andere geeignete Einrichtung angebracht sein. Der Antriebskragen 49 weist eine innere, geometrisch geformte Bohrung auf, die dem geometrisch geformten Zapfenende 46A des inneren Bauteils 34A entspricht. Es ist auch hier offensichtlich, dass durch die Verwendung des geometrisch geformten Antriebskragens 49 eine Verbindung zur Verfügung gestellt wird, die dazu ausgestaltet ist, um ein Drehmoment zwischen benachbarten inneren Bauteilen 34A zu übertragen.
Es wird nun auf 4 Bezug genommen, anhand derer das Drehantriebssystem 20 für den antreibenden Betrieb des im Bohrloch unterbringbaren Werkzeugs (nicht gezeigt) in größerem Detail dargestellt ist. Da sich die miteinander verbundenen äußeren Bauteile 32 und die miteinander verbundenen inneren Bauteile 34 unabhängig voneinander drehen, hat das Drehantriebssystem 20 des bevorzugten Ausführungsbeispiels zwei unabhängige Antriebsgruppen zum unabhängigen Antreiben der miteinander verbundenen äußeren Bauteile und der miteinander verbundenen inneren Bauteile, die den Bohrstrang 16 beinhalten (1).
Das Drehantriebssystem 20 weist daher vorzugsweise einen Schlitten 60 auf, der an dem Rahmen 22 abstützend gehalten ist. Eine Antriebsgruppe 62 für das äußere Bauteil und eine Antriebsgruppe 64 für das innere Bauteil sind durch den Schlitten 60 abstützend gehalten. Die Antriebsgruppe 62 für das äußere Bauteil treibt die miteinander verbundenen äußeren Bauteile 32 an. Die Antriebsgruppe 64 für das innere Bauteil, auch als die Schaftantriebsgruppe bezeichnet, treibt die miteinander verbundenen inneren Bauteile 34 und das im Bohrloch unterbringbare Werkzeug 21 (nicht gezeigt) an. Das Drehantriebssystem 20 beinhaltet eine Vorspannbaugruppe 66, um die inneren Bauteile in Eingriff zu drücken. Ein geeignetes Drehantriebssystem 20, das eine Antriebsgruppe 62 für das äußere Bauteil zum Antreiben der miteinander verbundenen äußeren Bauteile 34 und einer Antriebsgruppe 64 für das innere Bauteil zum Antreiben der miteinander verbundenen inneren Bauteile 34 aufweist, ist im U.S. Patent Nr. 5,682,956 offenbart, das durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird.
Es wird nun auf 5 Bezug genommen, in der eine Rohrabschnittsanordnung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung mit dem vorstehend beschriebenen Doppelteil-Bohrstrang 16 (1) dargestellt ist. Durch die Rohrabschnittanordnung 100 ist ein im Bohrloch unterbringbares Werkzeug 102 abstützend gehalten. In diesem Ausführungsbeispiel beinhaltet das im Bohrloch unterbringbare Werkzeug 102 einen Generator 104. Die Rohrabschnittsanordnung 100 kann mit dem inneren Bauteil 106 funktional verbunden werden, so dass der Generator 104 durch eine Drehung des inneren Bauteils angetrieben wird. Der Doppelteil-Rohrabschnitt 100, durch den der Generator 104 abstützend gehalten ist, beinhaltet ein hohles äußeres Bauteil 108. Das innere Bauteil 106 ist in Längsrichtung in dem äußeren Bauteil 108 angeordnet und funktional mit dem Generator 104 verbunden, um diesen in Reaktion auf die Drehung des inneren Bauteils 106 zu betreiben. Der Generator 104, der in 5 dargestellt ist, umfasst vorzugsweise einen elektrischen Generator, der ausgestaltet ist, um Rotationsenergie von dem inneren Bauteil 106 zu empfangen, wenn sich das innere Bauteil dreht.
Das äußere Bauteil 108 ist vorzugsweise hohl und beinhaltet ein Zapfenende 110 sowie ein Kastenende 112. Ähnlich wie der Doppelteil-Rohrabschnitt 30 (2), sind das Zapfenende 110 und das Kastenende 112 der Doppelteil-Rohrabschnittsanordnung 100 mit entsprechenden Gewindegängen versehen, um eine drehmomentübertragende Verbindung auf benachbarte, ähnlich geformte, äußere Bauteile des Bohrstrangs 16 (1) zu bewirken. Der elektrische Generator 104 ist vorzugsweise unverdrehbar in dem äußeren Bauteil 108 gehalten. Der elektrische Generator 104 kann an dem äußeren Bauteil 108 durch geeignete Einrichtungen angebracht sein, die eine ausreichende Festigkeit bewirken, um den elektrischen Generator 104 an dem äußeren Bauteil 108 bei Belastung eines rotierenden inneren Bauteils 106 zu befestigen.
Es wird immer noch auf 5 Bezug genommen, in der das innere Bauteil 106 länglich ist und vorzugsweise eine starre Stange aufweist, die in Längsrichtung in dem äußeren Bauteil 108 angeordnet ist, um sich unabhängig von dem äußeren Bauteil drehen zu können. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das innere Bauteil 106 mit einem geometrisch geformten Zapfenende 114 und einem Kastenende 116 versehen. Das Kastenende 116 bildet eine geometrisch geformte Aufnahme, die der Form von dem Zapfenende 114 des inneren Bauteils 106 entspricht.
Vorzugsweise haben das Zapfenende 114 und das Kastenende 116 eine geeignete Form und Größe, um eine drehmomentübertragende Verbindung mit benachbarten Doppelteil-Rohrabschnitten zu ermöglichen. Die drehmomentübertragende Verbindung zwischen den miteinander verbundenen inneren Bauteilen des Bohrstrangs 18 und dem inneren Bauteil 106 liefert eine Drehkraft, die erforderlich ist, um die Erzeugung elektrischer Energie durch den elektrischen Generator 104 zu bewirken.
Durch die Verwendung eines rotierenden inneren Bauteils, um einen Generator anzutreiben, wie beispielsweise den in 5 dargestellten elektrischen Generator, wird eine dauerhafte elektrische Energiequelle zur Verfügung gestellt, die in einem breiten Bereich von Bohrkomponenten verwendet werden kann. Wie in 5 gezeigt, ist der Generator 104 mit Hilfe elektrischer Leitungen 120 mit einem Transmitter 118 elektrisch verbunden. Durch Rotation des inneren Bauteils 106 werden die Arbeitselemente des elektrischen Generators 104 in Drehung versetzt, um die Drehung des inneren Bauteils in Elektrizität umzuwandeln. Der elektrische Strom wird dann zum Transmitter 118 geleitet, um durch den Transmitter verwendet zu werden, um Bohrstatusinformationen zu einem oberirdischen Empfänger (nicht gezeigt) zu senden.
Es wird nun auf 6 Bezug genommen, in der eine alternative Rohrabschnittsanordnung der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, die einen Bohrkopf 200 aufweist. Der Richtungs-Bohrkopf 200 weist vorzugsweise einen Bohrer 202 auf, der durch Drehung der miteinander verbundenen inneren Bauteile des Bohrstrangs 16 (1) angetrieben wird. Das Drehantriebssystem 20 (1) wirkt auf das erste Ende 26 des Bohrstrangs 16 (1), um ein inneres Bauteil 204 in Drehung zu versetzen, das dann den Bohrer 202 schiebt und/oder dreht, um das Bohrloch 12 zu erzeugen.
Der Richtungs-Bohrkopf 200 weist ein hohles äußeres Bauteil 206 und das innere Bauteil 204 auf, das in Längsrichtung darin angeordnet ist. Das innere Bauteil 204 und das äußere Bauteil 206 sind unabhängig voneinander drehbar. Vorzugsweise ist das äußere Bauteil 206 rohrförmig und hat ein Zapfenende 208, das äußere Gewindegänge 210 aufweist, um mit einem benachbarten Doppelteil-Rohrabschnitt verbunden zu werden. Das innere Bauteil 204 ist vorzugsweise länglich und weist eine starre Stange auf. An einem Ende hat das innere Bauteil 206 ein geometrisch geformtes Zapfenende 212, das sich über das Zapfenende 208 des äußeren Bauteils 206 hinaus erstreckt. Das Zapfenende 212 ist dazu ausgestaltet, um mit einem benachbarten Doppelteil-Rohrabschnitt verbunden zu werden, der ein entsprechend geformtes Kastenende hat.
Es wird weiter auf 6 Bezug genommen, wobei der Generator 104 einen elektrischen Generator umfasst, der in dem hohlen äußeren Bauteil 206 abstützend gehalten ist. Der Generator 104 ist funktional mit dem inneren Bauteil 204 verbunden, so dass eine Drehung der miteinander verbundenen inneren Bauteile 34 des Bohrstrangs (2) die Erzeugung von elektrischer Energie bewirkt. Dazu ist der Generator 104 vorzugsweise dazu ausgestaltet, um eine drehmomentübertragende, geometrisch geformte Aussparung (nicht gezeigt) aufzuweisen, um die Rotationsenergie von dem inneren Bauteil 204 zu empfangen. Bei der vorliegenden Erfindung bewirkt eine Drehung des inneren Bauteils 204 in dem äußeren Bauteil 206 das Antreiben des Generators 104, um Rotationsenergie in elektrische Energie umzuwandeln, während gleichzeitig der Bohrer 202 angetrieben wird.
Es wird weiter auf 6 Bezug genommen, wobei elektrische Leitungen 214 die erzeugte Elektrizität zu einem Transmitter 216 übertragen, der in einem Transmittergehäuse 218 angeordnet ist. Der Transmitter 216 kann zur Benutzung mit einem oberirdischen Empfänger (nicht gezeigt) verwendet werden, um die unterirdische Position des Richtungs-Bohrkopfes 200 während des Bohrens oder des Rückräum-Betriebs zu verfolgen. Das Anordnen des Transmitters 216 in dem Richtungs-Bohrkopf 200 unterstützt den Bediener der Bohrmaschine 10 beim Steuern des Bohrers 202 mit Hilfe von Daten, die die Position, Steigung, Rollwinkel und Azimut von einer Position nahe dem Bohrer 202 betreffen. Das Transmittergehäuse 218 ist in einer Explosionsansicht dargestellt und beinhaltet eine Gehäuseabdeckung 220. Die Gehäuseabdeckung 220 ermöglicht einen einfachen Zugriff auf den Transmitter 216 zwecks Wartung oder Austausch. Der durch den elektrischen Generator 21 erzeugte elektrische Strom stellt eine im Wesentlichen konstante und dauerhafte Stromquelle für den Transmitter 216 zur Verfügung.
Es wird nun auf 7–9 Bezug genommen, in denen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Rohrabschnittsanordnung dieser Erfindung gezeigt ist, wobei der Rohrabschnitt die Form eines Bohrkopfes 306 hat. In 7 ist das im Bohrloch unterbringbaren Werkzeug 300 dargestellt, das zumindest einen Magneten 302 und eine Wicklung 304 aufweist, die unverdrehbar durch das äußere Bauteil gehalten ist, um elektrische Energie zu erzeugen. Wie am besten in 8 zu sehen ist, weist ein bevorzugter Richtungs-Bohrkopf 306 ein inneres Bauteil 308 auf, das in Längsrichtung in einem hohlen äußeren Bauteil 310 für eine unabhängige Drehung darin angeordnet ist. Das äußere Bauteil 310 bildet eine hohle rohrförmige Struktur, die einen inneren Raum 312 umgibt.
Es wird nun auf 7 Bezug genommen, in der das äußere Bauteil 310 ein Zapfenende 314 mit äußeren Gewindegängen 316 aufweist, um mit einem benachbarten Doppelteil-Rohrabschnitt verbunden zu werden. Vorzugsweise weist das äußere Bauteil 310 ein Transmittergehäuse 318 auf, um darin einen Transmitter 320 zu halten. Der Transmitter 320 ist elektrisch mit der konduktiven Wicklung 304 verbindbar.
Das innere Bauteil 308 ist integriert gebildet und weist eine starre Stange mit einem Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der kleinste innere Durchmesser von dem äußeren Bauteil 310. Das innere Bauteil 308 ist funktional mit einem Bohrer 322 verbunden, um den Bohrer in Drehung zu versetzen. Dazu hat das innere Bauteil 308 ein geometrisch geformtes Zapfenende 324, das sich über das äußere Bauteil 310 hinaus erstreckt, um mit einem benachbarten Doppelteil-Rohrabschnitt verbunden zu werden, wie zum Beispiel der Rohrabschnitt 30 (2), der ein entsprechend geformtes Kastenende hat.
Es wird immer noch auf 8 Bezug genommen, wobei die Magnete 302 unverdrehbar durch das innere Bauteil 308 gehalten werden, um sich mit diesem zu drehen. Vorzugsweise sind die Magnete 302 mit gleichen Abständen um den Umfang des inneren Bauteils 308 angeordnet. Außerdem ist eine Anzahl von Lagern 326 an dem inneren Bauteil 308 angebracht, um eine zentrierte Rotation des inneren Bauteils in dem äußeren Bauteil 310 zu gewährleisten.
Bei Betrieb wird die Vielzahl von Magneten 302, die an dem inneren Bauteil 308 gehalten sind, in dem äußeren Bauteil 310 gedreht, so dass die Bewegung der Magnete 302 die konduktive Wicklung 304 erregt, elektrische Energie zu erzeugen. Die Spannung und der Strom, die durch das im Bohrloch unterbringbaren Werkzeug 300 erzeugt werden, hängen von der Drehgeschwindigkeit, mit der die Magnete 302 angetrieben werden, und von der Intensität des Magnetfeldes ab. Es ist bevorzugt, den Transmitter 302 mit einer konstanten Spannung zu versorgen und somit den effektiven Betrieb des Transmitters zu allen Zeitpunkten zu gewährleisten, trotz Variationen hinsichtlich der Geschwindigkeit, mit der sich das innere Bauteil 308 in dem äußeren Bauteil 310 dreht. Um dies zu erreichen, kann eine Regelvorrichtung 328 verwendet werden, um den Strom zu variieren, der die Wicklung erregt, und zwar in einer solchen Weise, dass die Ausgangsspannung des im Bohrloch unterbringbaren Werkzeugs 300 konstant gehalten wird.
Es wird nun auf 9 Bezug genommen, in der ein alternatives Ausführungsbeispiel des Generators dargestellt ist. Der Generator hat eine ähnliche Konstruktion wie der Generator 300 aus 8, weist aber darüber hinaus eine zweite Wicklung 330, die um den Magnet 302 herum angeordnet ist, um sich mit diesem zu drehen. Durch die Verwendung von zwei konduktiven Wicklungen 330 wird das Magnetfeld verstärkt, das durch die Magnete 302 emittiert wird. Es ist nun offensichtlich, dass dann, wenn sich die leitfähige Wicklung 304 durch das verstärkte Magnetfeld bewegt, das durch Drehung des inneren Bauteils 308 erzeugt wird, eine größere Spannung und ein größerer Strom erzeugt werden.
Es wird nun auf 10 Bezug genommen, in der noch ein weiteres Ausführungsbeispiel von einer Rohrabschnittsanordnung gezeigt ist, die einen steuerbaren Bohrkopf aufweist, der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Bohrkopf einen symmetrischen Bohrer auf, und das im Bohrloch unterbringbare Werkzeug beinhaltet ein mechanisches Getriebe, um ein Steuerbauteil seitlich herauszufahren. Das mechanische Getriebe beinhaltet ein Schraubenantriebssystem 400, um eine Drehung der miteinander verbundenen inneren Bauteile 34 oder 34A in eine radiale Kraft umzuwandeln.
Das Schraubenantriebssystem 400 ist funktional mit einem Doppelteil-Rohrabschnitt verbunden und weist ein hohles äußeres Bauteil 406 mit einem inneren Bauteil 402 auf, das in Längsrichtung in dem äußeren Bauteil gehalten ist, um sich darin zu drehen. Das innere Bauteil 402 ist durch Lager 408 abstützend gehalten, um sich definiert in dem hohlen äußeren Bauteil 406 zu drehen. Das äußere Bauteil 406 weist ein Zapfenende 410 mit äußeren Gewindegängen 412 auf, um mit dem Kastenende 38 (2) von einem mit entsprechenden Gewindegängen versehenen Doppelteil-Rohrabschnitt verbunden zu werden.
Es wird immer noch auf 10 Bezug genommen, wobei das innere Bauteil 402 an seinem ersten Ende 416 ein geometrisch geformtes Kastenende 418 aufweisen kann, um mit dem entsprechend geformten Zapfenende 48A (3) von dem inneren Bauteil 34A (3) von einem Doppelteil-Rohrabschnitt verbunden zu werden.
Das zweite Ende 420 von dem inneren Bauteil 402 weist eine Schraube 422 auf. Die Schraube 422 ist funktional mit einem Nocken 424 verbindbar, um ein Steuerbauteil 426 zu betätigen. Der Nocken 424 hat eine innere Bohrung 428, um verschraubbar die Schraube 422 aufzunehmen. Der Nocken 424 ist unverdrehbar durch das äußere Bauteil 406 gehalten und zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position entsprechend der Drehung des inneren Bauteils 402 bewegbar. Der Nocken 424 ist durch eine längliche Aussparung 430 verschiebbar in dem äußeren Bauteil 406 gehalten. Die Aussparung 430 ermöglicht eine begrenzte axiale Bewegung des Nockens 424 und verhindert eine Drehung des Nockens in dem äußeren Bauteil 406. Eine axiale Bewegung des Nockens 424 bezüglich der ersten Position bewirkt, dass der Nocken das Steuerbauteils 426 in seitliche Richtung vorschiebt.
Das Steuerbauteil 426 ist durch eine Gewindebolzen 432 schwenkbar mit dem äußeren Bauteil 406 verschraubt, wodurch ein Austauschen des Steuerbauteils 426 ermöglicht wird, wenn dieses abgenutzt ist. Die Verwendung eines Schraubbolzens 432 ermöglicht eine Schwenkbewegung des Steuerbauteils 426 zwischen der Steuerposition und der Nicht-Steuerposition in Reaktion auf eine Drehung der miteinander verbundenen inneren Bauteile.
Bei Betrieb werden die miteinander verbundenen äußeren Bauteile des Bohrstrangs durch das Drehantriebssystem 20 (1) in Drehung versetzt. Wenn der Bohrkopf durch die Vorspannbaugruppe 60 (1) nach vorne gedrückt wird, dann schneidet sich der Bohrer 434 in die freiliegende Fläche des Bohrlochs 12 (1). Um den Winkel zu verändern, mit dem der symmetrische Bohrkopf mit der freiliegenden Fläche des Bohrlochs eingreift, und um somit dem Bohrer zu steuern, werden die miteinander verbundenen äußeren Bauteile gedreht, um das Bohrstrang-Steuerbauteil 426 mit dem Bohrloch 12 (1) auszurichten. Wenn das Steuerbauteil korrekt ausgerichtet ist, dann werden miteinander verbundenen inneren Bauteile gedreht. Dadurch wird der Nocken 424 bewegt, um das Steuerbauteil 426 zu zwingen, sich in die Steuerposition zu bewegen. Das Steuerbauteil 426 bewirkt anschließend, dass sich der Bohrkopf in die gewünschte Richtung bewegt.
Wenn der Bohrstrang in axialer Richtung vorwärts bewegt und der Bohrwinkel wie gewünscht verändert wurde, dann werden die miteinander verbundenen inneren Bauteile in eine zweite Richtung gedreht, um das Steuerbauteil 426 zurückzuziehen. Dies ermöglicht es, den Bohrkopf 404 wieder auf dem geraden Pfad vorwärts zu bewegen.
Es wird nun auf 11 Bezug genommen, anhand derer ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben wird. In 11 ist ein Bohrkopf-Rohrabschnitt der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei das im Bohrloch unterbringbare Werkzeug ein mechanischer Hammer ist. Das im Bohrloch unterbringbare Werkzeug 102 weist eine Hammeranordnung 502 auf. Wie in 11 zu sehen, weist das bevorzugte System, um eine Drehung des inneren Bauteils in eine axiale Kraft umzuwandeln, die drehgetriebene Hammeranordnung 502 auf. Der Bohrkopf beinhaltet ein äußeres Bauteil beziehungsweise eine Werkzeuggehäuseanordnung 504 mit einem Zapfenende 506 und einem Kastenende 508. Das Zapfenende 506 weist äußere Gewindegänge 510 auf, um mit den entsprechenden inneren Gewindegängen 42A (3) des äußeren Bauteils von einem benachbarten Doppelteil-Rohrabschnitt 30A (3) verbunden zu werden. Das Kastenende 508 hat innere Gewindegänge 512, um die Werkzeuggehäuseanordnung 504 mit einem Hammerwerkzeug 514 zu verbinden.
Es wird mit 11 und nun auch mit 12 fortgefahren, wobei die drehgetriebene Hammeranordnung 502 vorzugsweise eine Nockenanordnung 516 ist. Die Nockenanordnung 516 weist einen oberen Nocken 518 auf, auch als Kolben bezeichnet, der dazu ausgestaltet ist, um mit einem unteren Nocken 520 passend einzugreifen. Der obere Nocken 518 schlägt den Amboss 522, wenn der untere Nocken 520 relativ zu dem oberen Nocken 518 gedreht wird. Der untere Nocken 520 ist durch Verschrauben mit dem unteren Ende 524 von einem inneren Bauteil 526 verbunden. Der untere Nocken 520 und der obere Nocken 518 haben gegenüber liegende, exzentrisch geformte, miteinander eingreifende Flächen. Auf diese Weise werden bei Drehung von dem Einen gegenüber dem Anderen die Flächen voneinander beabstandet (12B) und dann schnell zurück bewegt, wenn sich die Flächen in gegenseitiger Ausrichtung befinden (12B). Die miteinander eingreifenden Flächen werden durch Federn 528 zusammengedrückt, die sich in der Werkzeuggehäuseanordnung 504 befinden, um mit dem oberen Nocken 518 einzugreifen.
Das innere Bauteil 530 wird durch das Drehantriebssystem 20 (1) gedreht, um den unteren Nocken 520 drehend anzutreiben. Durch Drehung des unteren Nockens 520 werden die gegenüberliegenden Flächen der Nocken 518 und 520 voneinander getrennt, obwohl sie durch Federn 528 zusammengedrückt werden. Nach einer Drehung werden die gegenüberliegenden Flächen der Nocken 522 und 528 durch Kraft der Federn 528 zusammengedrückt. Durch das Zusammendrücken der Nocken 518 und 520 wird bewirkt, dass der obere Nocken 518 auf den Amboss 522 schlägt, wodurch die gewünschte axiale Kraft erzeugt wird. Der Amboss 522 überträgt Schläge von dem oberen Nocken 518 auf das Hammerwerkzeug 514, das mit der Werkzeuggehäuseanordnung 504 verbunden ist.
Das innere Bauteil 526 ist drehbar in der Werkzeuggehäuseanordnung 504 montiert. Lager 530 bewirken eine Drehung des inneren Bauteils 526 parallel zu, aber beabstandet von der inneren Oberfläche 532 der Werkzeuggehäuseanordnung 504. Vorzugsweise hat das innere Bauteil 526 ein geometrisch geformtes Kastenende 534, das sich über das Zapfenende 506 des Gehäuses 504 hinaus erstreckt. Das Kastenende 534 ist so geformt, dass es mit dem Zapfenende 48A (3) von benachbarten Doppelteil-Rohrabschnitten verbindbar ist. Wie vorstehend erläutert, ermöglicht die Verwendung des geometrisch geformten Kastenendes 534 eine wirksame Verbindung des inneren Bauteils 526 mit dem Bohrstrang 16 und erleichtert eine Drehmomentübertragung entlang des Bohrstrangs 16.
Es wird nun auf 13 Bezug genommen, in der ein alternatives Ausführungsbeispiel von dem Rohrabschnitt der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Der Rohrabschnitt 600 weist einen gewinkelten Unterabschnitt mit einer hydraulischen Pumpe 602 auf, um Rotationsenergie von dem inneren Bauteil in hydraulische Energie umzuwandeln. Wie in 13 zu sehen, wird die hydraulische Pumpe 602 durch ein inneres Bauteil 604 drehend angetrieben, um hydraulische Energie zu erzeugen, um die hydraulische Hammereinheit 606 anzutreiben.
Es geht weiter mit 13, in der die hydraulische Pumpe 602 und die Hammereinheit 606 in dem Rohrabschnitt 600 eingebaut sind. Der Rohrabschnitt 600 hat ein Gehäuse 608 mit einem Endstück 610 an einem Ende und einem Kastenende 612 an dem anderen Ende. Das Kastenende 612 weist innere Gewindegänge 614 auf, um das Gehäuse mit einem Hammerwerkzeug 616 zu verbinden.
Das Endstück 610 bildet ein Zapfenende mit äußeren Gewindegängen 618, um mit den entsprechenden inneren Gewindegängen 42A von dem äußeren Bauteil 32A von einem benachbarten Doppelteil-Rohrabschnitt 30A (3) verbunden zu werden. Das Endstück 610 kann in einem kleinen Winkel, vorzugsweise zwischen 1° und 3°, mit dem Gehäuse 608 verbunden sein. Der Winkel zwischen dem Endstück 610 und dem Gehäuse 608 erzeugt eine vom Mittelpunkt abweichende Ausrichtung des Hammerwerkzeugs 616 in dem Bohrloch 12 (1). Das Steuern wird erreicht, indem das Werkzeug in axialer Richtung ohne Drehung des Gehäuses 608 vorwärts bewegt wird.
Das innere Bauteil 604 ist drehbar in dem Gehäuse 608 montiert. Das innere Bauteil 602 hat einen Antriebskragen 620, der mit dem äußeren Bereich des inneren Bauteils 604 verbunden ist. Der Antriebskragen 620 ist geformt, um eine drehmomentübertragende Verbindung mit dem Zapfenende 48A (3) von benachbarten Doppelteil-Rohrabschnitten zu bewirken. Die Verwendung des Antriebskragens 620, der eine im Inneren ausgebildete, geometrisch geformte Aussparung aufweist, ermöglicht eine wirksame Verbindung des inneren Bauteils 604 mit den benachbarten Rohrabschnitten, die den Bohrstrang 16 beinhalten, und erleichtert eine Drehmomentübertragung entlang des Bohrstrangs. Es ist nun offensichtlich, dass die Verwendung einer geometrisch geformten Aussparung, um die miteinander verbundenen inneren Bauteile 34A des Bohrstrangs 16 mit dem Rohrabschnitt 600 zu verbinden, bevorzugt ist, aber dies kann auch durch andere Maßnahmen erreicht werden.
Zwischen der äußeren Wand 624 des inneren Bauteils und der inneren Wand 626 des Gehäuses 608 ist ein Fluid-Durchgang 622 ausgebildet, um Bohrfluid zu der hydraulischen Pumpe 602 zu transportieren. Das Bohrfluid wird von der Bohrmaschine durch das Gehäuse 608 in die hydraulische Pumpe 602 geleitet, wo es mit Druck beaufschlagt wird, um durch die hydraulische Hammereinheit 606 verwendet zu werden. Die Drehung des inneren Bauteils 604 wird durch die hydraulische Pumpe 602 benutzt, um den Fluiddruck zu erzeugen, der erforderlich ist, um die hydraulische Hammereinheit 606 anzutreiben. Die unter Druck stehendes Fluid strömt, wie durch die gestrichelte Linie 628 gezeigt, durch eine Leitung 630 zu der hydraulischen Hammereinheit 606.
Es ist nun offensichtlich, dass, da sich die miteinander verbundenen äußeren Bauteile und die miteinander verbundenen inneren Bauteile unabhängig voneinander drehen, der Bediener (nicht gezeigt) den Betrieb der hydraulischen Hammereinheit 604 unabhängig von dem Bohrer 620 steuern kann. Bei Betrieb werden die miteinander verbundenen inneren Bauteile unabhängig von den miteinander verbundenen äußeren Bauteilen gedreht, um die hydraulische Hammereinheit 604 zu betätigen und dadurch die brechende Wirkung zu erzeugen, die erforderlich ist, um das Bohrloch 12 herzustellen.
Die vorliegende Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zum Erzeugen von Energie unter Verwendung einer Horizontalrichtungs-Bohrmaschine 10. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird in einem Bohrloch 12 unter Verwendung eines im Bohrloch unterbringbaren Werkzeugs 21 Energie erzeugt, das funktional mit einem Bohrstrang 16 verbunden ist. Die Horizontalrichtungs-Bohrmaschine umfasst den Bohrstrang 16, der ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, sowie ein Drehantriebssystem 20, das mit dem ersten Ende des Bohrstrangs 16 verbunden ist. Ein im Bohrloch unterbringbares Werkzeug ist in dem Bohrstrang 16 gehalten, um Rotationsenergie von dem Bohrstrang entweder in elektrische oder in hydraulische Energie umzuwandeln. Vorzugsweise kann eines der im Bohrloch unterbringbaren Werkzeuge 21, 21A oder 21B, wie hier beschrieben wurde, für diesen Zweck verwendet werden. Der Bohrstrang 16 weist eine Vielzahl von Doppelteil-Rohrabschnitten 30 auf. Die Doppelteil-Rohrabschnitte 30 beinhalten jeweils ein hohles äußeres Bauteil 32 und ein inneres Bauteil 34, wie vorstehend erläutert. Die äußeren Bauteile 32 und die inneren Bauteile 34 können mit entsprechenden äußeren Bauteilen 32 und inneren Bauteilen 34 von benachbarten Doppelteil-Rohrabschnitten 30 verbunden werden, um einen Bohrstrang zu bilden, der die miteinander verbundenen inneren Bauteile aufweist, die unabhängig von den miteinander verbundenen äußeren Bauteilen drehbar sind.
Wenn die Notwendigkeit zur Erzeugung von Energie innerhalb des Bohrlochs bestimmt ist, wird das im Bohrloch unterbringbare Werkzeug 21 an dem Bohrstrang 18 angebracht. Die miteinander verbundenen inneren Bauteile werden dann gedreht, und das im Bohrloch unterbringbare Werkzeug wandelt die Drehung des inneren Bauteils von zumindest einem der Rohrabschnitte in Ausgangsenergie um. Die Ausgangsenergie wird dann zu den die Energie erwartenden, im Bohrloch unterbringbaren Komponenten geleitet, wie zum Beispiel ein Steuermechanismus, eine Sonde, ein Bohrer oder ähnliches.
Gemäß dem bevorzugten Verfahren kann ein Steuermechanismus an einem der Ausgangsbauteile angebracht sein, um die Vorschubrichtung des Richtungsbohrkopfes zu ändern. Somit ist die vorliegende Erfindung in der Lage, gleichzeitig und wahlweise die äußeren Bauteile des Bohrstrangs zu drehen, um den Steuermechanismus zu positionieren, und das innere Bauteil zu drehen, um das Steuerbauteil 424 (10) zu betätigen und den Richtungsbohrkopf zu drehen, um das Bohrloch zu erzeugen.
Es ist nun offensichtlich, dass die erhöhte Ausgangsenergie, die mit Hilfe der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt wird, die Verwendung von ausgeklügelteren Steuersystemen, um den gesamten Bohrvorgang zu verbessern, oder von ausgewählten Elementen davon ermöglicht. Die Verwendung von Rotationsenergie, um im Bohrloch unterbringbare Werkzeuge zu betätigen, kann beispielsweise für Energie erfordernde Digitalsignal-Verarbeitungschips benutzt werden und kann für bidirektionale Übertragung von Daten zu und von dem Transmitter verwendet werden.
Es ist natürlich klar, dass verschiedene Modifikationen hinsichtlich der Konstruktion und des Betriebs der vorliegenden Erfindung erfolgen können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.

Claims

Rohrabschnittsanordnung (100) zur Verwendung in einem Bohrstrang (16), wobei der Bohrstrang (16) eine Anzahl von Doppelteil-Rohrabschnitten (30) aufweist, wobei jeder Doppelteil-Rohrabschnitt (30) ein hohles äußeres Teil (32) und ein inneres Teil (34) aufweist, das in Längsrichtung darin untergebracht ist, wobei das äußere Teil (32) an andere äußere Teile von benachbarten Rohrabschnitten anschließbar ist, und wobei das innere Teil (34) an die inneren Teile von benachbarten Rohrabschnitten anschließbar ist, wobei die miteinander verbundenen inneren Teile unabhängig von den miteinander verbundenen äußeren Teilen drehbar sind, wobei die Rohrabschnittsanordnung (100) aufweist: ein längliches hohles äußeres Teil (108), das mit dem äußeren Teil (32) von mindestens einem der Doppelteil-Rohrabschnitte (30) in dem Bohrstrang verbindbar ist; ein längliches inneres Teil (106), das in Längsrichtung in dem äußeren Teil (108) angeordnet und mit dem inneren Teil (34) des mindestens einen Doppelteil-Rohrabschnitts (30) im Bohrstrang (16) verbindbar und unabhängig von dem äußeren Teil (32) drehbar ist; und ein im Bohrloch unterbringbares Werkzeug (102), das operativ an das innere Teil (34) anschließbar ist, sodass eine Drehung der miteinander verbundenen inneren Teile den Betrieb des im Bohrloch untergebrachten Werkzeugs (102) antreibt; und dadurch gekennzeichnet, dass das im Bohrloch untergebrachte Werkzeug in dem äußeren Teil (32) gehalten wird.
Rohrabschnittsanordnung nach Anspruch 1, wobei das im Bohrloch untergebrachte Werkzeug (102) einen Generator (104) aufweist, der so gestaltet ist, dass er Rotationsenergie von dem inneren Teil (106) aufnimmt, wenn sich das innere Teil dreht, und die Rotationsenergie von dem inneren Teil in elektrische oder hydraulische Energie umwandelt.
Rohrabschnittsanordnung nach Anspruch 2, wobei der Generator (104) ein elektrischer Generator ist.
Rohrabschnittsanordnung nach Anspruch 3, ferner mit einem Bohrkopf (202), der von dem Bohrstrang (16) getragen wird und operativ an das innere Teil (106) angeschlossen ist.
Rohrabschnittsanordnung nach Anspruch 2, wobei der Generator (300) aufweist: mindestens einen Magneten (302); und eine erste Wicklung (304); wobei der Magnet (302) nicht drehbar in dem inneren Teil (308) gehalten ist; und wobei die erste Wicklung (304) nicht drehbar von dem äußeren Teil (108) getragen wird.
Rohrabschnittsanordnung nach Anspruch 5, wobei der Generator (300) ferner eine zweite Wicklung (330) aufweist, die den Magneten (302) umgibt.
Rohrabschnittsanordnung nach Anspruch 6, wobei die Rohrabschnittsanordnung (100) einen Richtungsbohrkopf (322) aufweist, der von dem Bohrstrang (16) getragen wird und der operativ an das innere Teil (308) angeschlossen ist.
Rohrabschnittsanordnung nach Anspruch 5, ferner mit einem Transmitter (320), der elektrisch an den Generator (300) anschließbar ist.
Rohrabschnittsanordnung nach Anspruch 1, wobei das äußere Teil (108) so gestaltet ist, dass es mit Unterbrechungen und selektiv drehbar ist, um gesteuert zu werden.
Rohrabschnittsanordnung nach Anspruch 1, wobei das innere Teil (106) fest ist.
Rohrabschnittsanordnung nach Anspruch 1, wobei das äußere Teil (108) ein Zapfenende (110) und ein Kastenende (112) aufweist, wobei das Zapfenende (110) und das Kastenende (112) mit entsprechenden Gewinden versehen sind, um an ähnlich geformte äußere Teile anschließbar zu sein, und wobei das innere Teil (106) ein geometrisch geformtes Zapfenende (114) und ein Kastenende (116) aufweist, das eine geometrisch geformte Vertiefung entsprechend der Form des Zapfenendes des inneren Teils bildet, wobei das Zapfenende gleitend in verbinderfreiem, drehmomentübertragendem Eingriff mit dem Kastenende von ähnlich geformten inneren Teile aufnehmbar ist.
Rohrabschnittsanordnung nach Anspruch 1, wobei das im Bohrloch untergebrachte Werkzeug (12) ein mechanisches Getriebe (400) umfaßt.
Rohrabschnittsanordnung nach Anspruch 12, wobei das mechanische Getriebe (400) ein System zum Umwandeln der Rotation des inneren Teils in axiale Bewegung aufweist.
Rohrabschnittsanordnung nach Anspruch 12, wobei das mechanische Getriebe ein Schraubenantriebssystem (400) umfasst.
Rohrabschnittsanordnung nach Anspruch 14, ferner mit einem Steuermechanismus (426), der operativ an das Schraubenantriebssystem (400) angeschlossen ist.
Rohrabschnittsanordnung nach Anspruch 1, wobei mindestens einer der Rohrabschnitte einen gewinkelten Unterabschnitt (600) aufweist.
Rohrabschnittsanordnung nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Rohrabschnitt ein Signalgehäuse (318) aufweist.
Rohrabschnittsanordnung nach Anspruch 1, wobei das innere Teil (106) in zwei Richtungen drehbar ist.
Rohrabschnittsanordnung nach Anspruch 1, ferner mit einem Bohrkopf (202), der operativ an das innere Teil (106) angeschlossen ist.
Verfahren zum Erzeugen von Energie unter Verwendung einer Horizontalbohrmaschine (10) mit einem Drehantriebssystem (20), das an einen Bohrstrang (16) angeschlossen ist, der eine Anzahl von verbindbaren Rohrabschnitten (30) aufweist, wobei jeder Rohrabschnitt ein inneres Teil (34) hat, das in Längsrichtung in einem hohlen äußeren Teil (32) untergebracht ist, wobei jedes äußere Teil an ein anderes äußeres Teil anschließbar ist umfassend die Anzahl von Rohrabschnitten, und wobei jedes innere Teil an ein anderes inneres Teil anschließbar ist umfassend die Anzahl von Rohrabschnitten, und wobei die Anzahl der inneren Teile unabhängig von den äußeren Teilen drehbar ist, wobei das Verfahren umfasst: Drehen der miteinander verbundenen inneren Teile; und dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung der inneren Teile von mindestens einem aus der Anzahl der Rohrabschnitte in eine Ausgabeenergie in dem Rohrabschnitt umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei ein Richtungsbohrkopf (202) an den Bohrstrang (16) angeschlossen ist, und wobei das Verfahren ferner umfasst: axiales Vorschieben des Richtungsbohrkopfs; und Drehen des Richtungsbohrkopfs mit den miteinander verbundenen inneren Teilen (106).
Verfahren nach Anspruch 21, wobei ein Steuerungsmechanismus (426) operativ an eines der äußeren Teile (108) angeschlossen ist, wobei das Verfahren ferner umfasst: gleichzeitiges Steuern der Richtung des Bohrstrangs (16) durch selektives Drehen der äußeren Teile des Bohrstrangs zur Positionierung des Steuerungsmechanismus über eine Zeitspanne des axialen Vorschiebens.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei ein Richtungsbohrkopf (202) an den Bohrstrang (16) angeschlossen ist und wobei ein Steuerungsmechanismus (426) operativ an eines der äußeren Teile angeschlossen ist, wobei das Verfahren ferner umfasst: axiales Vorschieben des Richtungsbohrkopfs; Drehen des Richtungsbohrkopfs mit den miteinander verbundenen inneren Teilen; und gleichzeitiges Steuern der Richtung des Bohrstrangs durch selektives Drehen der miteinander verbundenen äußeren Teile des Bohrstrangs zur Positionierung des Steuerungsmechanismus über eine Zeitspanne des axialen Vorschiebens.