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Dokumentenidentifikation DE60308993T2 24.05.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001468166
Titel SONDENGEHÄUSE UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG
Anmelder Vermeer Mfg. Co., Pella, Iowa, US
Erfinder MICHAEL, Tod, Chariton, IA 50049, US;
SMITH, Richard, Otley, IA 50214, US;
FACILE, Mark, Pella, IA 50219, US
Vertreter Stippl Patentanwälte, 90482 Nürnberg
DE-Aktenzeichen 60308993
Vertragsstaaten DE, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 14.01.2003
EP-Aktenzeichen 037057866
WO-Anmeldetag 14.01.2003
PCT-Aktenzeichen PCT/US03/01249
WO-Veröffentlichungsnummer 2003060283
WO-Veröffentlichungsdatum 24.07.2003
EP-Offenlegungsdatum 20.10.2004
EP date of grant 11.10.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.05.2007
IPC-Hauptklasse E21B 47/01(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Die offen gelegten Prinzipien betreffen ein verbessertes Sondengehäuse und ein Herstellungsverfahren. Insbesondere betrifft diese Offenlegung ein Sondengehäuse, das für die Verwendung in verschiedenen Anwendungen eingerichtet ist, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

US A-3 746 106 beschreibt eine Bohrmeißel-Feststellvorrichtung für ein Bohrrohr, das drehbar in eine horizontale Bohrung unter der Erdoberfläche getrieben wird. Die Bohrmeißel-Feststellvorrichtung umfasst einen Flüssigkeitsdurchlass und zwei zylindrische Räume, wobei jeder der Räume in Verbindung mit dem Flüssigkeitsdurchlass ist. Der zylindrische Raum weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der Außendurchmesser der Gewindebohrung, die sich an jedem Ende des Bohrkopfes befindet.

Das Bohren in horizontaler Richtung ist ein Verfahren, das im Allgemeinen eingesetzt wird, um Bohrlöcher für die Installation von unterirdischen Einrichtungen zu erzeugen. Das Verfahren umfasst eine Bohrmaschine, einen Bohrstrang und einen Bohrkopf. Der Bohrstrang setzt sich normalerweise aus einzelnen Abschnitten einer hohlen Bohrstange zusammen und ist überirdisch zwischen der Bohrmaschine und dem Bohrkopf befestigt. Die Bohrmaschine ist normalerweise in der Lage, den Bohrstrang zu drehen und in Längsrichtung vorwärts zu treiben und zu schieben, während sie gleichzeitig eine Flüssigkeit durch den Bohrstrang pumpt. Der Bohrkopf setzt sich normalerweise aus einer Adapterbaugruppe und einem Bohrmeißel zusammen. Es gibt viele Arten von Adapterbaugruppen, einschließlich statischer und dynamischer, wobei sich jede normalerweise an einem Ende mit dem Bohrstrang und an dem anderen Ende mit dem Bohrmeißel verbindet. Es gibt unterschiedliche Bohrmeißel, die jeweils für die Verwendung in Verbindung mit einer speziellen Adapterart entwickelt wurden.

Das Verfahren beginnt mit dem überirdischen Montieren des Bohrkopfes an einer einzelnen Bohrstange. Die Bohrstange wird dann an dem gegenüberliegenden Ende mit einer Bohrmaschine verbunden. Die Bohrmaschine dreht und schiebt dann die Bohrstange und den Bohrkopf in den Boden. Gleichzeitig wird eine Flüssigkeit durch die Bohrstange gepumpt und normalerweise auf die Schnittfläche des Bohrmeißels gerichtet, um das Schneiden des Bodenmaterials zu unterstützen.

Die gepumpte Flüssigkeit hat verschiedene Aufgaben. Eine Hauptaufgabe besteht in der Entfernung von Material, um das Bohrloch zu erzeugen. In dieser Anwendung transportiert die Flüssigkeit Abschnitte, die durch den Bohrmeißel erzeugt werden, entlang des gebohrten Lochs zurück und zu der Bodenfläche heraus. Bei den meisten Anordnungen ist ein spezieller Bohrmeißel eingerichtet, ein Loch zu schneiden, das größer ist als der Durchmesser der Bohrstange, indem er die Erdformation mit seiner Drehung zerstört. Beispiele solcher Meißel finden sich in der US-Patentschrift 5,799,740 und der US-Patentschrift 5,899,283. Gleichzeitig wird eine auf Wasser basierende Flüssigkeit durch den Bohrstrang und durch den Meißel gepumpt, um sich gut mit der zerstörten Erde zu vermischen, wodurch eine Aufschlämmung erzeugt wird. Die Aufschwemmung folgt dann dem Weg des geringsten Widerstands, der normalerweise zurück entlang dem Bohrstrang führt, und tritt an dem Punkt aus, an dem der Bohrstrang in den Boden eindringt. In dieser Anwendung ist die Adapterbaugruppe statisch, wobei sie sich einfach von der Gewindeverbindung der Bohrstange, die einen kleineren Durchmesser aufweist, zu dem Bohrmeißel, dessen Durchmesser größer ist, anpasst, um das größere Loch zu schneiden, das für die richtige Übertragung der Abschnitte erforderlich ist.

In einigen anderen Anwendungen besteht kein Bedarf an der Beförderung der Abschnitte und der Boden wird einfach verdichtet, wodurch ein Bohrloch ohne Materialentfernung ausgebildet wird. Stoß- oder Hämmerbelastung auf den Bohrmeißel erhöhen die Bohrproduktivität. Für diese Art der Anwendung umfasst die Adapterbaugruppe eine dynamische Komponente, normalerweise einen pneumatischen Hammer, zusätzlich zu einem statischen Anpasselement. (Ein Beispiel ist in der US-Patentschrift 4,858,704 offen gelegt.) Die Flüssigkeit, die in den Bohrstrang gepumpt wird, ist komprimierte Luft, die Energie überträgt, um den pneumatischen Hammer zu betreiben. Der Weg des Flüssigkeitsflusses umfasst den Bohrstrang, die statische Komponente der Adapterbaugruppe und den Hammer.

In noch anderen Anwendungen, normalerweise bei hoch komprimierten Böden und/oder Gestein, kann eine ähnliche Anordnung, die einen Imlochhammer einsetzt, in Verbindung mit einem anderen Bohrmeißel verwendet werden, um Abschnitte zum Transport zu erzeugen. Die Hämmer können pneumatische Hämmer oder Wasserhämmer sein. Die Bohrmeißel sind vor allem entwickelt, die Boden- oder Gesteinsformation durch die Stoßbelastung, die von dem Hammer empfangen wird, zu brechen. Sobald die Formation gebrochen ist, müssen die Abschnitte von der Schnittfläche fort transportiert werden.

Der Transport der Abschnitte wird durch Rotation des Bohrmeißels und des Bohrstrangs zusammen mit dem daraus resultierenden Fluss der Flüssigkeit unterstützt. Die Flüssigkeit ist normalerweise Luft oder eine Mischung aus Luft und einer wasserbasierten Flüssigkeit oder ein anderes Aufschlämmungsmaterial, dessen Aufgabe es ist, die Fähigkeit der Luft, die Abschnitte zu transportieren, zu unterstützen. Bei dieser Art der Anwendung wird die Flüssigkeit zum Übertragen von Energie eingesetzt, um einen Hammer zum Transport von Abschnitten zu betreiben. Der Weg des Flüssigkeitsflusses umfasst den Bohrstrang, die Adapterbaugruppe und den Bohrmeißel.

In noch einer weiteren Anordnung, die das Schneiden von hoch komprimierten Böden oder Gesteinen einschließt, ist der Bohrmeißel eingerichtet, sich zu drehen. Ein solcher Aufbau umfasst die Verwendung eines Schlammmotors, der Flüssigkeitskraft (von der gepumpten Flüssigkeit) in Rotationskraft umwandeln kann, um den Bohrmeißel zu rotieren. Bei dieser Art der Anwendung umfasst die Adapterbaugruppe eine dynamische Komponente, den Schlammmotor, zusammen mit dem zuvor beschriebenen statischen Element. Die Flüssigkeit basiert normalerweise auf Wasser. Der Weg des Flüssigkeitsflusses umfasst den Bohrstrang, die Adapterbaugruppe und den Bohrmeißel.

Bei all diesen Anwendungen unterstützt die Übertragung von Flüssigkeit das effiziente Funktionieren des Bohrmeißels und/oder den Transport der Abschnitte; es können relativ große Fließgeschwindigkeiten erforderlich sein. Der Weg des Flüssigkeitsflusses führt in allen Fällen durch den Adapter. Somit besteht eine Haupteigenschaft des Adapters in der Fähigkeit der Flüssigkeitsübertragung.

Ein anderer Aspekt des Bohrens in horizontaler Richtung ist das Erkennen des Ortes und der Position des Bohrkopfes. Diese Informationen werden benötigt, um den Bohrprozess derart richtig zu steuern, dass das gebohrte Loch richtig positioniert ist. Dies wird normalerweise durch Anbringen von Verfolgungselektronik in dem Bohrkopf, normalerweise in Form einer Sonde, erzielt. Gegenwärtig sind Sonden in verschiedenen Größen von unterschiedlichen Herstellern verfügbar und umfassen 2 Grundarten: eine batteriebetriebene Art und eine über ein Kabel betriebene Art, das durch den Bohrstrang zu einer überirdischen Stromquelle gewunden ist.

Ein Beispiel einer batteriebetriebenen Sonde und ihr Montageaufbau innerhalb eines Bohrkopfes ist in der US-Patentschrift 5,633,589 beschrieben. 4 von '589 stellt einen Bohrkopf dar, dessen Adapterbaugruppe an einem Ende mit dem Bohrstrang und an dem anderen Ende mit dem Bohrmeißel verbunden ist. Dies ist eine schematische Darstellung, die vor allem die Elektronik zeigt. Diese Anordnung stellt dar, dass die Adapterbaugruppe derart konfiguriert ist, die Sonde oder den Sender zu halten, die oder der im Allgemeinen zylindrisch ist und deren oder dessen Durchmesser in Bezug auf den Durchmesser die Bohrstange signifikant ist. Dieser statische Abschnitt der Adapterbaugruppe ist als Sondengehäuse bekannt.

Andere Beispiele von Sondengehäusen finden sich in der US-Patentschrift 5,799,740 (nachfolgend '740), der U.S. Patentschrift 5,253,721 (nachfolgend '721) und der US-Patentschrift 6,260,634 (nachfolgend '634). 11 von '740 veranschaulicht den Aufbau von typischen Sondengehäusen deutlicher. Das Gehäuse ist konfiguriert, eine Sonde aufzunehmen, sich mit einem Bohrmeißel zu verbinden, sich mit dem Bohrstrang zu verbinden und einen Durchgang für Flüssigkeit bereitzustellen. Der mechanische Aufbau ist derart, dass ein Hohlraum für die Sonde außerhalb der Mitte positioniert ist und sich so nah wie möglich am Rand des Adapters befindet, eingeschränkt durch minimale Materialdicke. Dies stellt einen maximalen Querschnittsbereich der Flüssigkeitsdurchlässe bereit, ebenfalls eingeschränkt durch minimale Materialdicke, die den Durchgang umgibt. Der Ort der Flüssigkeitsdurchlässe ist somit nahe dem Außendurchmesser des Sondengehäuses.

Zum Herstellen typischer Sondengehäusedurchgänge ist das Sondengehäuse aus zwei Teilen hergestellt. Der zylindrische Hauptabschnitt, der als 11 in '740 dargestellt ist, umfasst einen Gewindeabschnitt mit einem Innendurchmesser, der ausreichend groß ist, das Herstellen der Flüssigkeitsdurchlässe mit normalem Bohren zu erlauben. Dieses Gewinde ist viel größer als die Gewinde, die an der Bohrstange verwendet werden. Somit wird ein zweites Teil, das in 10 dargestellt ist, an einem Ende in diese großen Gewinde geschraubt und passt sich an dem anderen Ende in die Gewinde des Bohrstrangs ein. Auf diese Art und Weise ist das Sondengehäuse aus mehreren Teilen aufgebaut, die miteinander verschraubt sind. Die Sonde ist in dem Sondengehäuse durch Trennen der zwei Teile an dieser Gewindeverbindung angebracht. Diese Art des Sondengehäuses wird als ein Endladesondengehäuse bezeichnet, da die Sonde von einem Ende des Sondengehäuses eingeführt wird.

Das zylindrische Sondengehäuse, das in dem Patent '634 dargestellt ist, verwendet ebenfalls einen zweiteiligen Aufbau. 2 stellt einen ähnlichen Hauptabschnitt dar, der eingerichtet ist, eine Sonde aufzunehmen, an einem Ende auf einen Bohrmeißel und an dem gegenüberliegenden Ende auf einen zweiten Adapter angepasst ist. Anstatt eine Gewindeverbindung zwischen dem Hauptabschnitt und dem Adapter zu verwenden, setzt dieses Sondengehäuse eine verzahnte Verbindung ein. Ein solcher Adapter ist in 22 der US-Patentschrift 6,148,935 (nachfolgend '935) dargestellt und hierin vollständig als Referenz eingefügt. Hier ist der Innendurchmesser der verzahnten Verbindung wieder derart, dass die Flüssigkeitsübertragungslöcher mit normalen Bohrtechniken gebohrt werden können. Das Sondengehäuse, das in dem Patent '634 dargestellt ist, wird im Allgemeinen als ein Seitenladegehäuse bezeichnet, da das Sondengehäuse eine Tür umfasst, die den Sondenhohlraum montiert an der Seite des Sondengehäuses abdeckt, und die Sonde ist von der Seite zugänglich.

1 von '935 und 3 von '721 stellen die Schwierigkeit der Herstellung eines einteiligen Sondengehäuses dar. In '935 befinden sich die Flüssigkeitsübertragungslöcher in einem Winkel, wodurch für die Baugruppe Kosten und Komplexität entstehen. In '721 erfordern die Flüssigkeitsübertragungslöcher 4 separate, sich überschneidend gebohrte Löcher, die 90-Grad-Winkel in dem Flüssigkeitsweg bilden. Dieser Aufbau führt zu einer signifikanten Beschränkung des Flüssigkeitsflusses.

Zusätzlich zur Bereitstellung eines Flüssigkeitsdurchgangs dient das Sondengehäuse auch zum Befestigen und Positionieren der Sonde. Die US-Patentschrift 6,260,634 und die US-Patentschrift 6,148,935 stellen die Verwendung einer verzahnten Verbindung zwischen dem Sondengehäuse und dem Bohrmeißel dar, die lediglich in einer Rotationsausrichtung zusammengebaut werden kann. Dies koordiniert, zusammen mit der Rotationsausrichtungssteuerung der Sonde, die Ausrichtung zwischen der Sonde und dem Bohrmeißel. Diese Anordnung ist abhängig von der verzahnten Verbindung, die zu einer Beschränkung der Vielfalt der Bohrmeißel führt, die mit dem Gehäuse verwendet werden können, da nicht alle Meißel derartige Verzahnungen aufweisen.

Andere Montageanforderungen für Sonden umfassen Vibrationsisolierung, besonders wenn die Adapterbaugruppe einen Hammer umfasst, und/oder Vorkehrung für einen Kabeldurchgang für die Verwendung mit einer Kabelleitungssonde. Das Sondengehäuse, das sich in der Nähe des Bohrmeißels befindet, unterliegt starken Belastungsbedingungen. Die mechanische Stabilität und die Baugruppeneigenschaften beeinflussen die Beständigkeit des Sondengehäuses. Die Anforderung an die Beständigkeit wird durch das Bestehen von Industrienormen für bestimmte Arten von Bohrkomponenten veranschaulicht. So hat beispielsweise das American Petroleum Institute einen speziellen Gewindeaufbau für die Verwendung mit Bohrkomponenten angenommen, der eine zusätzliche physikalische Beschränkung auferlegt, die den mechanischen Aufbau des Sondengehäuses beeinflusst.

KURZDARSTELLUNG

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein verbessertes Sondengehäuse für die Verwendung im Bereich des Bohrens in horizontaler Richtung. Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft das Verfahren der Herstellung des verbesserten Sondengehäuses.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Bohrkopfbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung, die in einer ersten Anordnung mit einem Meißel, der zum Bohren in weichem Gestein eingerichtet ist, auf einen Bohrstrang montiert ist;

2 ist eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Bohrkopfbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung, die in einer zweiten Anordnung mit einem Meißel, der zum Bohren in Böden eingerichtet ist, auf einen Bohrstrang montiert ist;

3 ist eine Seitenansicht noch einer anderen Ausführungsform einer Bohrkopfbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung, die in einer dritten Anordnung mit einem Hammer und einem Meißel, die zum Bohren in hartem Gestein eingerichtet sind, auf einen Bohrstrang montiert ist;

4 ist eine Einzelbilddarstellung einer Sondengehäusebaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung;

5 ist eine Endansicht eines Sondengehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung;

6 ist ein Querschnitt des Sondengehäuses der 5 entlang der Linie 6-6;

7A ist eine Einzelbildseitenansicht eines Sondengehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung vor dem Zusammenbau zum Schweißen;

7B ist eine zusammengebaute Draufsicht des Sondengehäuses der 7A;

8 ist ein vergrößerter Querschnitt des Haltebolzenabschnitts der Sondentür, der in 6 gezeigt wird;

9 ist eine isometrische Ansicht des Sondenmontageblocks gemäß der vorliegenden Erfindung;

10 ist eine Querschnittsansicht der Sondenmontagebaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung;

11 ist eine isometrische Ansicht einer typischen Sonde;

12 ist eine Einzelbilddarstellung einer alternativen Sondengehäusebaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung;

13 ist eine Querschnittsansicht der Kabelleitungsführung für ein Kabelleitungs-Sub gemäß der vorliegenden Erfindung;

14 ist eine isometrische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Sonden-Rotationsausrichtungssteuerung einschließlich eines Zapfens an der Tür, der in ein Zahnrad an der Sonde eingreift;

15A ist eine längslaufende Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform einer Sonden-Rotationsausrichtungssteuerung, einschließlich eines Zapfens an der Tür, der in einen Stopfen eingreift;

15B ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts der Rotationsausrichtungssteuerung der 15A;

16A ist eine längslaufende Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform einer Sonden-Rotationsausrichtungssteuerung, einschließlich eines Zapfens an der Tür, der in einen O-Ring eingreift, der in Kontakt mit der Sonde ist;

16B ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts der Rotationsausrichtungssteuerung der 16A;

17A ist eine längslaufende Querschnittsansicht einer fünften Ausführungsform einer Sonden-Rotationsausrichtungssteuerung, einschließlich eines Zapfens an der Tür, der in einen O-Ring eingreift, der in Kontakt mit einem Stopfen ist, der in die Sonde eingreift;

17B ist eine vergrößerte Ansicht des Abschnitts der Rotationsausrichtungssteuerung der 17B;

18 ist eine radiale Querschnittsansicht, die die Sondentür und den Stopfen in dem Gehäuse der 15B darstellt, entlang der Linie 18-18; und

19A19E sind schematische Darstellungen der Herstellungsstufen für ein alternatives Verfahren der Herstellung eines Sondengehäuses der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Unter Bezugnahme auf die verschiedenen Figuren, in denen identische Elemente durchgehend identisch nummeriert sind, wird nun eine Beschreibung verschiedener beispielhafter Aspekte der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Die bevorzugten Ausführungsformen werden in den Zeichnungen gezeigt und mit dem Verständnis beschrieben, dass die vorliegende Offenlegung als eine Verdeutlichung der Erfindung zu betrachten ist und dass es nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf die offen gelegten Ausführungsformen zu beschränken.

Bezug nehmend auf die Zeichnungen stellt 1 eine Ausführungsform einer Bohrkopfanordnung dar, die eine Sondengehäusebaugruppe 50 gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Der Bohrstrang 10 endet an einem ersten Ende einer Bohrkopfbaugruppe 14 und verbindet sich an einem gegenüberliegenden Ende mit einer Bohrmaschine (nicht dargestellt), die Rotation und Längskraft bereitstellen kann. Der Bohrstrang 10 ist typischerweise aus einer hohlen Verrohrung aufgebaut und kann unter Druck stehende Flüssigkeit übertragen. In dem in 1 gezeigten Aufbau verbindet sich ein Bohrmeißel 12 mit einem gegenüberliegenden Ende der Bohrkopfbaugruppe 14.

Die Bohrkopfbaugruppe 14 besteht aus einem hinteren Übergangs-Sub 16, einem hinteren Adapter-Sub 18, einem vorderen Adapter-Sub 20 und der Sondengehäusebaugruppe 50 (auch als „Gehäusekörper 50" bezeichnet). In diesem Aufbau ist der hintere Adapter-Sub 18 eingerichtet, sich mit dem hinteren Übergangs-Sub 16 zu verbinden, um einen Anschluss 24 zu verwenden. Ein beispielhafter Anschluss, der in dieser Art des Aufbaus verwendet wird, ist in der US-Patentschrift 6,148,935 beschrieben, die hierin als Referenz in ihrer Gesamtheit eingefügt ist. Der Anschluss 24 ermöglicht eine bequeme Trennung zwischen dem Bohrstrang 10 und dem Rest des Bohrkopfes, insbesondere bleibt der hintere Übergangs-Sub 16 mit dem Bohrstrang 10 verbunden, während der verbleibende Abschnitt der Bohrkopfbaugruppe 14 und der Bohrmeißel 12 entfernt sind. Bei Verwendung erfordert dieser Aufbau weniger Werkzeuge, um den Abschnitt der Bohrkopfbaugruppe und den Bohrmeißel nach dem Bohren einer Vorbohrung zu entfernen und einen Fräser zu befestigen, der einen ähnlichen Übergangs-Sub aufweist. In der Ausführungsform der 1 würde das Aufweiten ohne die Sondengehäusebaugruppe 50 beendet.

2 stellt eine alternative Ausführungsform einer Bohrkopfanordnung dar, die eine Sondengehäusebaugruppe 50 gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. In dieser Darstellung weist die Bohrkopfbaugruppe 14' keinen hinteren Übergangs-Sub wie bei 16 der 1 auf, weist jedoch einen vorderen Übergangs-Sub 22 auf, der mit einem Anschluss 24' und einem vorderen Adapter-Sub 20' konfiguriert ist. Dieser Aufbau erlaubt das Entfernen eines Bohrmeißels 12' und eines vorderen Übergangs-Subs 22 mit nur wenigen Werkzeugen. Ein Fräser (nicht dargestellt), der mit einem verzahnten Übergangs-Sub konfiguriert ist, der sich mit dem Anschluss 24' ähnlich dem, der an dem Übergangs-Sub 22 zu finden ist, verbindet, kann dann verbunden werden. In der Ausführungsform der 2 bleibt die Sondengehäusebaugruppe 50 während des Aufweitens installiert.

3 stellt noch eine weitere Ausführungsform einer Bohrkopfanordnung dar, die eine Sondengehäusebaugruppe 50 gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Ein beispielhafter Anschluss, der in dieser Art des Aufbaus verwendet wird, ist in der US-Patentschrift 6,148,935 beschrieben, die hierin als Referenz in ihrer Gesamtheit eingefügt ist. Die Bohrkopfbaugruppe 14'' weist einen hinteren Adapter-Sub 18'', eine Sondengehäusebaugruppe 50, einen vorderen Adapter-Sub 20'' und einen Hammer 26 auf. Der Hammer weist eine vordere Welle 28 auf, die einen Meißel 12'' aufnehmen kann.

Aus diesen drei Ausführungsbeispielen geht hervor, dass es zahlreiche Anordnungen gibt, die jeweils möglicherweise den Aufbau der Sondengehäusebaugruppe 50 beeinflussen. Diese drei sind lediglich typische Beispiele und viele andere Anordnungen und Ausführungsformen sind möglich. Resultierend aus den vielen verschiedenen Anwendungen und Anforderungen sind momentan eine Reihe spezieller Anordnungen von Sondengehäusen verfügbar. Es ist wünschenswert, ein universelles Sondengehäuse bereitzustellen, das in einer breiten Vielzahl von Bohrkopfanordnungen verwendet werden kann und außerdem minimale Flussbeschränkung, maximale mechanische Stabilität, Flexibilität bei der Montage von Anordnungen für unterschiedliche Sonden und Flexibilität bei der Aufnahme von Adaptern zwischen dem Gehäuse und den Bohrmeißeln oder dem Bohrstrang bereitstellt. Zusätzlich ist die Verwendung von Sonden während dem Aufweiten möglich und ein Sondengehäuse, das relativ große Fließgeschwindigkeiten bewältigen kann und Flexibilität bei der Aufnahme von Adaptern zeigt, ist eine Verbesserung.

4 stellt die Komponenten dar, die sich gemäß den offen gelegten Prinzipien in der Sondengehäusebaugruppe 50 finden. Die Hauptkomponente ist das Hauptgehäuse 100 (auch als „Hauptkörper 100" bezeichnet). Ein Hohlraum 102 ist durch Entfernen einer Sondentür 52 zugänglich. Die Sondentür 52 wird an einem Ende durch einen Zapfen 58, der in einen Schlitz 104 (siehe 6) des Hauptgehäuses 100 einrastet, gehalten. Das andere Ende wird von einem Türriegelbolzen 54, der in das Loch 106 eingelegt ist, gehalten. Eine Fläche 120, die am besten in 6 gezeigt wird, stützt die Sondentür 52. Der Türriegelbolzen 54 wird dann in dem Hauptgehäuse 100 durch einen Haltebolzen 56 gehalten, der in eine Durchgangsbohrung 108 getrieben wird, die das Loch 106, wie in 6 und 8 dargestellt, schneidet. Zum Entfernen der Sondentür wird der Haltebolzen 56 mit standardmäßigen Werkzeugen, die einen Hammer und Stanzer umfassen, einfach entfernt. Der Türriegelbolzen 54 ist dann frei, um durch Anheben der Sondentür 52 in einer Winkelbewegung, die sich um ihren Zapfen 58 dreht, bis die Sondentür und der Riegelbolzen den Sondenhohlraum freilegen, entfernt zu werden.

Die Sonde 60 passt in den Hohlraum 102. Der Hohlraum 102 wird durch eine Tiefe 112, wie in 6 dargestellt, und eine Breite 110, wie in 7B dargestellt, festgelegt. Die Sonde 60 wird durch Befestigungsblöcke 64A & 64B, einer an jedem Ende, gehalten. Wie in 9 dargestellt umfassen die Befestigungsblöcke 64A und 64B einen Hohlraum 65 mit einem Innendurchmesser, der relativ zu dem Außendurchmesser der Sonde 60 ausgewählt ist, um die Sonde 60 zu positionieren und zu halten. Der Hohlraum 65 kann eine Nut umfassen, die hergestellt ist, einen O-Ring 151 aufzunehmen, um die Sonde 60 zu halten und zu zentrieren.

Die Befestigungsblöcke 64A und 64B werden innerhalb des Hohlraums 102 gehalten. Der Hohlraum 102 ist durch das Hauptgehäuse 100 und die Sondentür 52 festgelegt. Die Blöcke 64A und 64B sind derart aufgebaut, dass ihre Breite 111 leicht geringer ist als die Hohlraumbreite 110. In dieser dargestellten Ausführungsform weist die Sondentür 52 einen Schlitz mit der Tiefe 154, wie in 10 dargestellt auf, der mit dem Hohlraum 102 zusammenarbeitet, um die Blöcke 64A und 64B zu halten. Die Höhe 113 der Blöcke 64A und 64B ist jeweils leicht geringer als die Summe der Hohlraumtiefe 112 und der Schlitzhöhe 154. Auf diese Art und Weise sind die Blöcke derart befestigt, dass sie frei sind, sich zu bewegen, insbesondere in Längsrichtung relativ zu dem Sondengehäuse 100 und der Sondentür 52 zu gleiten, jedoch sicher gehalten werden, wenn die Sondentür 52 angebracht ist.

Die Befestigungsblöcke 64A und 64B sind aus einem beliebigen Material geschalten, das die richtige Halterung der Sonde 60 unterstützt. Das bevorzugte Material ist eine Art Kunststoff, so dass der Hohlraum 65 eine Größe aufweisen kann, um die Sonde 60 relativ fest einzupassen, ohne Beschädigung an der Sonde 60 zu verursachen. Es können verschiedene Anordnungen der Befestigungsblöcke 64A und 64B zur Verfügung gestellt werden, von denen jeder einen Hohlraum 65 aufweist, der für eine spezielle Sondenart spezifisch ist, jedoch mit denselben äußeren Abmessungen (das heißt Breite 111 und Höhe 113). Auf diese Art und Weise bleibt das Hauptgehäuse 100 unverändert, während die Baugruppe in der Lage ist, Sonden 60 mit unterschiedlichem Durchmesser und/oder unterschiedlichem Aufbau aufzunehmen.

Die Unterfläche 114 des Hohlraums 102 und die Unterfläche der Sondentür 52 halten die Befestigungsblöcke 64A und 64B entlang der Radialachse. Sie werden entlang der Achse senkrecht zu der Radialachse und der Längsachse durch die Seitenflächen 118 des Hohlraums 102 gehalten.

Entlang der Längsachse werden die Befestigungsblöcke 64A und 64B durch axiale Vibrationsisolatoren 66 gehalten, die durch Endflächen 120 gehalten werden, die auf Grund der eingebauten Aussparungen bei der Blockmontage wirksam sind. Die Baugruppe ist in 10 dargestellt.

Die axialen Vibrationsisolatoren 66 können aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sein, die nach den dynamischen Komprimierungseigenschaften ausgewählt sind, um zur Reduzierung der durch die Sonde 60 übertragenen Vibrationsladung beizutragen. Das ist bei Anwendungen hilfreich, die einen Schlaghammer einschließen, wobei der Schlaghammer überwiegend Vibrationen in Längsrichtung erzeugt. Isolation in den zwei anderen Achsen kann durch Aufbauen der Befestigungsblöcke 64A und 64B aus Material mit geeigneten Komprimierungseigenschaften oder Umsetzen nicht axialer Vibrationsisolatoren zwischen den Befestigungsblöcken 64A und 64B und den Flächen 118 und 114 bereitgestellt werden.

Eine mögliche Ausführungsform solcher Isolatoren ist in 9 und 10 dargestellt. Externe O-Ringe 152 sind aufgebaut, in Nuten zu passen, die an den äußeren Flächen der Blöcke 64A und 64B eingearbeitet sind. Passende Aussparungen zwischen den Blockabmessungen 111 und 113 und den Hohlraumabmessungen 110 und (112 + 154) müssen bestimmt werden, damit die Vibrationsisolation wirksam ist.

Zusätzlich dazu, dass sie entlang der Längsachse gehalten wird, ist die Längsachse der Sonde 60 Idealerweise zu der Längsachse der Sondengehäusebaugruppe 50 ausgerichtet. Das ist in bestimmten Anwendungen nützlich, die eine präzise Steuerung des Grades der Bohrung erfordern, wie beispielsweise die Installation von Trennkanalisationen. Üblicherweise weisen herkömmliche Sonden Neigungssensoren auf, die die Neigung der Längsachse messen können, wenn das Sondengehäuse zum Beispiel waagerecht ist, dann ist die gemessene Neigung null. Es gibt jedoch inhärente Herstellungstoleranzen und Aufschichtungsprobleme der Befestigungskomponente, die einen Winkelstellungsfehler herbeiführen können. Somit ist es wünschenswert, den Prozess des Bohrens mit Sonden zu verbessern, indem eine mechanische Einstellung bereitgestellt wird, die zur Kompensation für den der Sonde inhärenten Fehler verwendet werden kann. Außerdem sind Sondengehäuse im Allgemeinen aufgebaut, die Längsachse der Sonde annähernd mit der Längsachse des Sondengehäuses auszurichten. Doch die Präzision der Ausrichtung der Sondenbefestigung in dem Sondengehäuse kann auch ungewollte Ausrichtungsfehler herbeiführen. Zum Korrigieren solcher Fehler kann eine Einstellbaugruppe 171, wie in 12 gezeigt, eingesetzt werden, um die Ausrichtung zu korrigieren.

Beim Einsatz einer Einstellbaugruppe 171 wird der Block 64B durch die in 12 gezeigte Baugruppe 171 ersetzt. Die Einstellbaugruppe weist eine Einstellschraube 170 auf, die die Mittellinie einer Haltekappe 174 in einer ersten Richtung relativ zu einer äußeren Fläche 178 einer unteren Basis 176 bewegen kann. Die Einstellschraube 170 fädelt sich in die obere Basis 184 ein und sitzt derart gegen die obere Fläche 186 der unteren Basis 176, dass sich die obere Basis 184, wenn die Schraube 170 in die obere Basis 184 geschraubt wird, von der unteren Basis 176 weg bewegt. Die Haltekappe 174 rastet in die obere Basis 184 ein und wird somit bewegt. Schrauben 182 werden verwendet, um die obere Basis 184 an der unteren Basis 176 festzustellen, sobald die richtige Einstellung erreicht ist. Die untere Basis 176 sitzt in dem Hohlraum 102 und wird durch die Fläche 114 gehalten.

Beim Zusammenbau der Komponenten ist die Sonde an einem Ende in dem Halteblock 64 und an dem anderen in der Einstellbaugruppe 171 (zum Beispiel einem Hohlraum mit ähnlicher Größe innerhalb der Haltekappe 174 (nicht dargestellt) wie die des Halteblockhohlraums 65) positioniert. Diese Baugruppe wird dann in den Hohlraum 102 eingeführt, wo sie die Sonde hält. Die Sondengehäusebaugruppe ist bei einer bekannten Neigung positioniert, normalerweise waagerecht. Die Ablesung von der Sonde wird geprüft. Die Schrauben 182 und 170 können dann verstellt werden, bis die Ablesung der Sondenneigung korrekt ist. Wenn sie korrekt ist, wird ein Isolierblock 180 auf den Schrauben 182 und der oberen Basis 184 angebracht. Wenn die Sondentür 52 angebracht ist, ist diese Baugruppe leicht komprimiert, um sicherzustellen, dass die untere Basis 176 richtig gegen die Fläche 114 des Sondengehäuses 100 positioniert bleibt.

Schrauben 172 sind außerdem bereitgestellt, um die Haltekappe 174 in Bezug auf die obere Basis 184 zu positionieren, um Einstellung in der anderen Ebene bereitzustellen.

Bezug nehmend auf 10 und 13 bestimmen ein zylindrischer Stopfen 62, ein Ausrichtungszapfen 68 und eine Schraube 70 die Rotationsausrichtung der Sonde innerhalb der Baugruppe. Die Befestigungsblöcke 64A und 64B sind im Querschnitt rechteckig und passen in den Hohlraum 102, der gleichfalls einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Somit sind die Befestigungsblöcke 64A und 64B relativ zu dem Hauptgehäuse 100 fixiert. Der Stopfen 62 ist zylindrisch und passt in den zylindrischen Hohlraum 65 in dem Befestigungsblock 64A. Die Sonde 60, normalerweise zylindrisch, passt ebenfalls in den zylindrischen Hohlraum 65 des Befestigungsblocks 64A.

In einer Ausführungsform weist die Sonde 60, wie in 11 gezeigt, einen Schlitz 61 auf, der die Festlegung ihrer Rotationsausrichtung unterstützt. Nach dem Anbringen des Stopfens 62, der Befestigungsblöcke 64A & 64B, des Ausrichtungszapfens 68, der Sonde 60 und der Isolatoren 66 in dem Hohlraum 102 kann die Sonde 60 in dem Hohlraum 65 der Befestigungsblöcke 64A und 64B rotiert werden. Wenn die Sonde 60 rotiert wird, rotiert der Stopfen 62 ebenfalls relativ zu den Befestigungsblöcken 64A und 64B. Sobald die Sonde 60 in der richtigen Rotationsausrichtung positioniert ist, wird eine Schraube 70 durch den Befestigungsblock 64A und in den Stopfen 62 angebracht, wodurch der Stopfen in Position festgestellt wird und wodurch die Rotationsausrichtung der Sonde 60 relativ zu den Befestigungsblöcken 64A und 64B und letztendlich relativ zu dem Hauptgehäuse 100 festgelegt wird. Diese Ausführungsform erfordert die Bereitstellung einer einfachen Durchgangsbohrung in dem Befestigungsblock 64A, durch die die Schraube hindurch geht. In einer alternativen Ausführungsform, die nicht dargestellt ist, könnte der Befestigungsblock 64A eine Gewindebohrung aufweisen. Ein Gewindestift könnte diese Gewinde verbinden und dann einfach den Stopfen kontaktieren, ohne sich in den Stopfen zu erstrecken, um den Stopfen in Position festzustellen.

Noch eine weitere alternative Ausführungsform, die eine Sonde rotationsausrichtet, ist in 14 dargestellt. In dieser Ausführungsform umfasst die Sondentür 52 eine Rippe 158, die sich nach unten erstreckt, um in einem Zahnrad 156 einzurasten. Das Zahnrad 156 ist an der Sonde 60 gesichert. In diesem Aufbau wird die Rotationsausrichtung der Sonde 60 nach dem Anbringen der Sondentür eingestellt oder festgestellt. Zusätzliche Ausführungsformen sind in 15A–B, 16A–B und 17A–B dargestellt, wobei die Rippe Folgendes in Eingriff nimmt: den Stopfen 62, wie in 15A–B gezeigt; einen O-Ring 153, der in Kontakt mit der Sonde 60 ist, wie in 16A–B gezeigt; oder einen O-Ring 155, der an dem Stopfen 62 angebracht ist, wie in 17A–B gezeigt. In all diesen Ausführungsformen schränkt die Rippe die Rotation der Sonde immer dann ein, wenn die Tür 52 angebracht ist.

Die Rotationsausrichtung der Sonde muss letztendlich relativ zu einem Richtungssteuerelement eines Bohrkopfes festgelegt werden. Bei dem Bohrprozess in horizontaler Richtung ist die Fähigkeit der Richtungssteuerung der Bohrung ein Ergebnis einiger physikalischer Eigenschaften des Bohrmeißels oder einiger anderer physikalischer Eigenschaften des Bohrkopfes. Es sind verschiedene Ausführungen verfügbar, die Richtungssteuerung bereitstellen, wobei jede ihre eigenen Vorteile in Verbindung mit unterschiedlichen Böden oder Einrichtungen aufweist. Die Bediener wissen normalerweise, wie die Einrichtungen im Boden steuern, und sind somit in der Lage, den zusammengebauten Bohrkopf in einer Rotationsposition zu positionieren, um in eine bestimmte Richtung zu steuern. Von einem Bediener wird beispielsweise erwartet, dass er in der Lage ist, einen Bohrkopf zusammenzubauen und den Bohrkopf derart in eine Rotationsposition zu rollen, dass der Bohrkopf nach oben steuert. Das ist normalerweise als Steuern bei 12:00 bekannt. Gleichfalls wird von dem Bediener erwartet, dass er in der Lage ist, den Bohrkopf in der Rotationsposition zu positionieren, um nach rechts, 03:00, nach unten, 06:00, oder nach links, 09:00, zu steuern.

Das Verfahren des Einstellens der Rotationsausrichtung einer Sonde in einem Bohrkopf gemäß den Grundsätzen dieser Offenlegung ist folgendermaßen:

  • 1) der Bediener baut den Bohrkopf vollständig zusammen, einschließlich dem Bohrmeißel, außer dem Anbringen der Sondentür 52;
  • 2) der Bediener positioniert den Bohrkopf in einer gewünschten Rotationsposition (das heißt: 12 Uhr);
  • 3) der Bediener prüft die Ausgabe von der Sonde 60 über den Empfänger/Dekodierer des Sondensignals und passt dann die Rotationsausrichtung der Sonde 60 an, indem er sie in dem Hohlraum 102 rotiert, bis sie die korrekte Ausrichtung liest, dadurch bestimmt, wie der Bohrkopf zuvor positioniert war; und
  • 4) der Bediener bringt dann die Schraube 70 durch den Befestigungsblock 64a und in den zylindrischen Stopfen 62 an, um die Baugruppe in Position festzustellen, oder bringt einfach die Sondentür mit einer der Ausführungsformen, die in 14, 15, 16 und 17 dargestellt sind, an.

Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass dieses Verfahren eine unendlich akkurate Rotationsausrichtung der Sonde zu dem Sondengehäuse erlaubt und es dem Bediener erlaubt, die Position der Sonde in dem Hohlraum anzupassen. Ein anderer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass dieses Verfahren dem Sondengehäuse erlaubt, auf jede Bohrkopfbaugruppe anpassbar zu sein. In vielen Fällen wird das Richtungssteuerelement des Bohrkopfes relativ zu der Sondengehäusebaugruppe durch die Rotationsausrichtung des vorderen Adapter-Sub 20 festgelegt, der sich in der Sondengehäusebaugruppe 50 befindet; diese Verbindung wird selten angepasst. In solchen Fällen können der Befestigungsblock 64A, der Stopfen 62 und die Schraube 70 zusammengebaut bleiben, wenn Bohrmeißel oder Sonden ausgewechselt werden. Somit ist der Prozess des Ausrichtens der Sonde nicht jedes Mal nötig, wenn an dem Bohrkopf gearbeitet wird. Es wird erwartet, dass die Bohrköpfe, wenn sie einmal zusammengebaut sind, normalerweise für eine bestimmte Art der Einrichtung bestimmt sind und Anpassungen nicht häufig vorgenommen werden. Es ist somit vorteilhaft, dass eine Sonde leicht auf jede bekannte Bohrkopfeinrichtung angepasst werden kann.

Neben den Unterschieden der physikalischen Eigenschaften des Bohrkopfes und den physikalischen Unterschieden der Sonden gibt es zwei grundlegende Sondenarten: eine batteriebetriebene Sonde und eine durch eine Kabelleitung betriebene Sonde. 13 stellt die Sondenbefestigung der vorliegenden Offenlegung dar, die für die Verwendung mit einer Kabelleitungssonde angepasst ist.

In 13 ist die Kabelleitung durch den Bohrstrang von der Bodenfläche zu dem Bohrkopf auf beliebige bekannte Art und Weise gewunden. Gegenwärtige Bohrkopfanordnungen stellen einen Kabelführungsweg bereit, der der Kabelleitung die Verbindung mit einer Sonde erlaubt. Diese Führung umfasst normalerweise einen Zugentlastungsstopfen 74, eine Zugentlastung 76 und eine Gewindebohrung 150, wie in 13 dargestellt. Die Gewindebohrung 150 erstreckt sich von einem Ende des Hauptgehäuses 100 in den Hohlraum 102. Wenn eine batteriebetriebene Sonde verwendet wird, besteht kein Bedarf, dass sich etwas durch dieses Loch erstreckt, daher wird ein Stopfen 72 (in 4 gezeigt) angebracht. Wird jedoch eine Kabelleitungssonde verwendet, wird dieser Stopfen 72 entfernt und ein ähnlicher Stopfen (das heißt der Zugentlastungsstopfen 74) wird angebracht.

Der Zugentlastungsstopfen 74 weist einen Hohlraum auf, der ausreichend groß zum Anbringen einer Zugentlastung 76 ist. Die Zugentlastung 76 ist zylindrisch und weist eine Durchgangsbohrung auf, die an der Achse der äußeren zylindrischen Fläche der Zugentlastung ausgerichtet ist. Die Durchgangsbohrung weist eine Größe auf, um dicht über den Außendurchmesser eines Kabels 25 zu passen, das sich aus der Kabelleitungssonde erstreckt. Das Kabel 25 von der Kabelleitungssonde wird durch ein Loch 160 in 64a oder 64b, dann durch ein Loch 162 in dem Isolator 60, dann durch einen Schlitz 164 in dem Hauptgehäuse 100 geführt. (Der Schlitz 164 wird ebenfalls in 7B gezeigt.) Das Kabel 25 wird von dem Schlitz 164 durch ein Gewindeloch 150 geführt. Die Zugentlastung 76 wird dann über das Kabel und in die Lücke in dem Zugentlastungsstopfen 74 geschoben.

Wenn diese Komponenten zusammengebaut sind, wird der Zugentlastungsstopfen 74 in dem Gewindeloch 150 zusammengebaut und festgezogen. Das Gewindeloch 150 weist einen größeren Gewindeabschnitt und einen kleineren Durchgangsbohrungsabschnitt derart auf, dass die Zugentlastung 76 durch den Gewindedurchmesser eingeführt werden kann, jedoch nicht durch den kleineren Durchgangsbohrungsabschnitt gehen kann. Wenn der Zugentlastungsstopfen 74festgezogen wird, wird die Zugentlastung 76 somit komprimiert, wodurch die Bewegung des Kabels 25 eingeschränkt und die Kabelleitung abgedichtet wird, um die Übertragung von Flüssigkeit in den Hohlraum 102 zu verhindern. Auf diese Art und Weise ist die Sondengehäusebaugruppe anpassbar, um die Verwendung von Kabelleitungssonden oder batteriebetriebenen Sonden zu erlauben.

Ein anderes Element, durch das das Sondengehäuse anpassbar wird, ist die Verwendung einer Gewindeverbindung an jedem Ende des Hauptgehäuses 100. Wieder Bezug nehmend auf 6 wird das Hauptgehäuse 100 als einteilige Ausführung gezeigt, die drei Abschnitte aufweist. Die drei Abschnitte können an jedem Ende standardmäßige API-(American Petroleum Institute) Gewinde aufweisen. Die drei Abschnitte des Hauptgehäuses 100 umfassen: einen Mittelabschnitt 130, einen Kopfendenabschnitt 132 und einen Fußendenabschnitt 134. 7A stellt dar, wie diese drei Abschnitte zusammenpassen.

Die Gewindeabschnitte des Kopfendenabschnitts und des Fußendenabschnitts 132 und 134 der dargestellten Ausführungsform sind weibliche Gewindeverbindungen. Es ist vorgesehen, dass die Gewindeverbindungen der Kopf- und Fußendenabschnitte auch männliche Gewindeverbindungen aufweisen können. Im Allgemeinen weist die Gewindeverbindung vorzugsweise eine standardmäßige konische API-Gewindeverbindung auf, die einen Außendurchmesser und einen Kerndurchmesser aufweist.

Der Kopfendenabschnitt 132 weist einen Vorsprung 140 der Länge 141 auf. Der Mittelabschnitt 130 weist einen zylindrischen Hohlraum 142 der Tiefe 143 auf. Die Hohlraumtiefe 143 ist tiefer als die Vorsprunglänge 141, was, wie in 6 gezeigt, zu einer Lücke 136 führt. Diese Lücke wird als Teil des Flüssigkeitsflussweges eingesetzt. Der Fußendenabschnitt 134 weist ähnliche Merkmale auf, einschließlich einem Vorsprung 140' der Länge 141' und einem Mittelabschnitt, der einen Hohlraum 142 der Tiefe 143 aufweist. Es ist nicht notwendig, dass der Vorsprung 140 eine paarige Einrichtung in Bezug auf den zylindrischen Hohlraum 142 aufweist. Ein Abschnitt der Vorsprungs 140 kann eingesetzt werden, um die richtige Ausrichtung der Komponenten zu unterstützen, und ist optional. Ein wichtiger Aspekt dieses Aufbaus ist die sich ergebende Lücke 136, die durch den Hohlraum 142 in dem Mittelabschnitt 130 erzeugt wird, die als Teil des Flüssigkeitsflussweges eingesetzt wird.

Der komplette Flussigkeitsflussweg durch das Hauptgehäuse 100 in 6, betrachtet von links nach rechts, beginnt durch den Kopfendenabschnitt 132, der Flüssigkeit von dem Bohrstrang 10 annimmt, geliefert durch den hinteren Adapter-Sub 18, wie in 2 gezeigt. Die Flüssigkeit wird in die Lücke 136 übertragen und dann in die gebohrten Löcher 138. Beim Austreten aus den gebohrten Löchern 138 trifft die Flüssigkeit auf die andere Lücke 136 und wird durch den Fußendenabschnitt 134 geleitet. Mit diesem Aufbau wird der Ort der gebohrten Löcher 138 in dem Mittelabschnitt 130 nicht durch die Abmessungen der Gewindeverbindungen entweder des Kopfendenabschnitts 132 oder des Fußendenabschnitts 134 beeinflusst. Beide Abschnitte sind in 6 und 7 mit weiblichen Gewinden dargestellt, doch es gibt keine Beschränkung auf die ausgewählte Konfiguration. Die Gewinde könnten jede Größe aufweisen, weiblich oder männlich sein.

Die Vorteile des Flüssigkeitsflusses dieser Anordnung bestehen in der Größe der gebohrten Löcher 138 und dem Flüssigkeitsübergang, der erforderlich ist, damit die Flüssigkeit in diese Löcher übergeht. Die Lücke 136 stellt der Flüssigkeit einen sanften Übergang im Gegensatz zu 90 Grad-Biegungen bereit, die in herkömmlichen Anordnungen zu finden sind. Der sanfte Übergang, der durch die Lücken bereitgestellt wird, verringert somit die Einschränkungen des Flüssigkeitsflusses.

Zusätzlich kann die Größe der gebohrten Löcher 138 leicht und effizient optimiert werden, da die Orte der Löcher nicht von den physikalischen Eigenschaften der Gewindeverbindungen beeinflusst werden. Somit erlaubt diese Konfiguration dem Mittelabschnitt einen Aufbau zum Maximieren seiner Stärke, während gleichzeitig der bereitgestellte Flüssigkeitsflussweg maximiert wird.

Das vollständige Hauptgehäuse 100 wird somit durch Herstellen eines Kopfendenabschnittes 132, eines Fußendenabschnittes 134 und eines Mittelabschnittes 130 aufgebaut. Der Mittelabschnitt ist aufgebaut, einen Hohlraum 102 zum Befestigen einer Sonde bereitzustellen, während er gleichzeitig Flüssigkeitsdurchgänge über gebohrte Löcher 138 und Hohlräume 142 bereitstellt. Die Endabschnitte 132 und 134 sind mit Gewindeverbindungen aufgebaut und vorzugsweise durch Schweißen mit dem Mittelabschnitt 130 verbunden.

Ein Verfahren der Herstellung des Hauptgehäuses umfasst das Folgende:

  • 1) Fertigen von Löchern 138 in dem Gehäuseabschnitt 130;
  • 2) Fertigen von Taschen 142 in beiden Enden des Gehäuseabschnittes 130;
  • 3) Fertigen von Endstücken 134 und 132 außer der Gewindeverbindung;
  • 4) Stehenlassen eines Überstands an Außendurchmessern der Teile 132, 134 und 130 zum Säubern der Fertigung;
  • 5) Schieben des Endes 140 des Teils 132 in die Tasche 142 und Schieben des Endes 140 des Teiles 134 in die gegenüberliegende Tasche 142 des Teils 130;
  • 6) Zusammenklemmen der drei Teile zum Halten der Ausrichtung;
  • 7) Durchführen von Schweißvorgang in V-Naht zur Erzeugung eines Einpassungsortes der Teile 132, 130 und 134;
  • 8) Wärmenachbehandlung;
  • a) Zugentlastungsbaugruppe
  • b) Durchhärten der Baugruppe auf Rc 2832' und
  • 9) Wärmenachbehandlung, Fertigen der folgenden geometrischen Merkmale:
  • a) Gewindeenden
  • b) Außendurchmesser
  • c) Sondentasche und verwandte Geometrie

Ein alternatives Verfahren der Herstellung eines Sondengehäuses ist in 19A19E dargestellt. Dieses Verfahren beginnt mit einem einzelnen Teil eines Stabstahls, in das in Schritt 1 die Flüssigkeitsübergangslöcher gebohrt werden, dargestellt in 19A. Schritt 2, der in 19B gezeigt ist, umfasst das Verstopfen dieser Flüssigkeitsübergangslöcher auf eine Art und Weise, dass die Stopfen im Wesentlichen ganzheitlich mit dem Stabstahlmaterial werden. Dieser Vorgang kann verschiedene optionale Verfahren umfassen. Das dargestellte Verfahren besteht aus dem Einfügen von Stopfen, die größer sind als die Löcher, derart, dass sie durch Pressen in die Löcher eingepasst werden. Diese Stopfen könnten dann ferner durch Erhitzen der Stopfen fast bis zur Schmelztemperatur gehalten werden, um sie effektiv mit dem Stabstahlmaterial zu verbinden. Es könnten viele andre Techniken praktiziert werden. Schritt 3, der in 19C gezeigt ist, umfasst das Fertigen von Gewinden und Schritt 4, der in 19D gezeigt ist, umfasst das Fertigen ringförmiger zylindrischer Lücken mit einem Außendurchmesser, der den Innendurchmesser der Gewinde derart übersteigt, dass die ursprünglich gebohrten Flüssigkeitsübergangslöcher mit den ringförmigen zylindrischen Lücken strömungsverbunden sind, die sich von den Gewinden nach außen erstrecken. Schritt 5, der in 19E gezeigt ist, umfasst das Fertigen des Sondenhohlraums.

Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung können in vielfältigen Anwendungen verwendet werden. So ist das Sondengehäuse zum Beispiel aufgebaut, in mehreren Anwendungen des Bohrens eingesetzt zu werden, einschließlich: Geröllbohren, Steinbohren, Installieren von Kanalisationsprodukten, Aufweiten, Schlagbohren und anderen Bohranwendungen.


Anspruch[de]
Sondengehäuse, umfassend:

a) einen Gehäusekörper (50), der einen Hauptkörper (130), einen oberen Endabschnitt (132) und einen unteren Endabschnitt (134) aufweist, wobei jeder Endabschnitt (132, 134) angelegt ist, eine Verbindung zum Koppeln eines Bohrteils an den Gehäusekörper (50) bereitzustellen, wobei jeder Abschnitt (132, 134) ferner eine Öffnung zum Bereitstellen von Flüssigkeitsübertragung zwischen dem Ende des Hauptkörpers (130) und dem gekoppelten Bohrteil aufweist,

b) einen Flüssigkeitsdurchlass, der sich durch den Hauptkörper (130) erstreckt,

c) eine erste Lücke (136a) und eine zweite Lücke (136b), die sich benachbart zu jeder der Öffnungen der Endabschnitte (132, 134) befinden, und

d) eine Vertiefung (102), die sich in dem Hauptkörper (130) befindet, zum Aufnehmen einer Sonde (60), wobei die Vertiefung von dem Flüssigkeitsdurchlass isoliert ist, wobei sich die ersten und zweiten Lücken (136a, 136b) strahlenförmig von den Öffnungen derart nach außen erstrecken, dass die ersten und zweiten Lücken (136a, 136b) Flüssigkeitsübertragung zwischen dem Flüssigkeitsdurchlass des Hauptkörpers (130) und den Öffnungen der Endabschnitte (132, 134) bereitstellen,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Gehäusekörper (50) ein einteiliger Gehäusekörperaufbau ist, wobei der obere Endabschnitt (132) an das erste Ende des Hauptkörpers (130) geschweißt ist, der untere Endabschnitt (134) an das zweite Ende des Hauptkörpers (130) geschweißt ist.
Sondengehäuse nach Anspruch 1, wobei die erste Lücke (136a) und die zweite Lücke (136b) zwischen dem geschweißten oberen (132) und unteren Abschnitt (134) und dem Hauptkörper (130) definiert sind. Sondengehäuse nach Anspruch 1, das ferner eine Gehäusetür (52) aufweist, die die Vertiefung (102) des Hauptkörpers (130) umschließt. Sondengehäuse nach Anspruch 3, das ferner einen ersten (64A) und einen zweiten Befestigungsblock (64B) zum Befestigen einer Sonde (60) aufweist, wobei die Befestigungsblocks (64A, 64B) eine Größe zum Empfangen in der Vertiefung (102) des Hauptkörpers (130) haben. Sondengehäuse nach Anspruch 4, das ferner Isolatoren (66) aufweist, die in der Vertiefung (102) benachbart zu dem ersten (64A) und zweiten Befestigungsblock (64B) zum Isolieren von Längskräften, die auf die Sonde (60) wirken, positioniert sind. Sondengehäuse nach Anspruch 4, wobei die Befestigungsblocks (64A, 64B) ferner mindestens einen O-Ring aufweisen und wobei die Vertiefung (102) und die Gehäusetür (52) angelegt sind, mit dem O-Ring des ersten und zweiten Befestigungsblocks (64A, 64B) zusammenarbeiten, um die Radialkräfte zu isolieren, die auf die Sonde (60) wirken. Sondengehäuse nach Anspruch 6, wobei die Befestigungsblocks (64A, 64B) einen inneren O-Ring (151) aufweisen. Sondengehäuse nach Anspruch 6, wobei die Befestigungsblocks (64A, 64B) einen äußeren O-Ring (152) aufweisen. Sondengehäuse nach Anspruch 6, wobei die Befestigungsblocks (64A, 64B) einen äußeren O-Ring (152) und einen inneren O-Ring (151) aufweisen. Sondengehäuse nach Anspruch 1, wobei der obere und untere Endabschnitt (132, 134) Vorsprünge (140) aufweisen, die in Öffnungen passen, die sich an dem ersten und zweiten Ende des Hauptkörpers (130) befinden. Sondengehäuse nach Anspruch 1, ferner umfassend mehrere Flüssigkeitsdurchlässe in dem Hauptkörper (130), wobei jeder der Flüssigkeitsdurchlässe Flüssigkeitsübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Hauptkörpers (130) bereitstellt. Sondengehäuse nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Sonde (60), die in der Vertiefung (102) des Sondengehäuses befestigt ist, wobei die Sonde (60) eine Längsachse aufweist, wobei die Längsachse der befestigten Sonde relativ zu einer Längsachse des Sondengehäuses ausgerichtet werden kann. Sondengehäuse nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Sonde (60), die in der Vertiefung (102) des Sondengehäuses befestigt ist, wobei die befestigte Sonde (60) rotationsmäßig an einer ausgewählten Rotationsposition ausgerichtet sein kann, wobei die ausgewählte Rotationsposition eine von mehreren Rotationspositionen ist. Sondengehäuse nach Anspruch 13, ferner umfassend eine Verriegelungsvorrichtung, die die Sonde (60) an der ausgewählten Rotationsposition sichert. Sondengehäuse nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Endabschnitt (132, 134) Gewindesammlungen zum Koppeln von Bohrteilen an jedes der Endabschnitte (132, 134) aufweisen. Sondengehäuse nach Anspruch 1, wobei

sich eine erste Vertiefung und eine zweite Vertiefung an dem ersten und zweiten Ende des Hauptkörpers (130) befinden, wobei die erste und die zweite Vertiefung einen ersten Durchmesser aufweisen, und

der obere Endabschnitt (132) und der untere Endabschnitt (134) einen Vorsprung aufweisen, der in eine der ersten und zweiten Vertiefungen des Hauptkörpers (130) passt, und einen spitz zulaufenden Gewindeabschnitt, der einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser aufweist, wobei der Innendurchmesser des spitz zulaufenden Gewindeabschnitts geringer ist als der erste Durchmesser der Vertiefungen.






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