DE60006647T2

DE60006647T2 - Automatisiertes bohrplanungsverfahren und vorrichtung zum horizontalen richtungsbohren

Info

Publication number: DE60006647T2
Application number: DE60006647T
Authority: DE
Inventors: Dean Christopher RETTIG; L. Kevin ALFT; A. Paul CARTWRIGHT; G. Fred Weaverville DELONTI
Original assignee: Vermeer Manufacturing Co
Current assignee: Vermeer Manufacturing Co
Priority date: 1999-01-13
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2020-01-14
Also published as: US20040243309A1; EP1153194A1; DE60006647D1; US20030173113A1; US6929075B2; US6749029B2; US6389360B1; WO2000042287A1; ATE254715T1; AU756936B2; AU2725900A; CA2361240A1; US20020116129A1; WO2000042287A9; US20050278123A1; EP1153194B1; US6577954B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich generell auf unterirdische Bohrungen und im besonderen auf ein Verfahren und ein Gerät zur Planung und Anpassung eines Bohrplans vor und während einer tatsächlich durchgeführten Bohrung.
Versorgungsleitungen für Wasser, Elektrizität, Gas, Telefon und Kabelfernsehen werden aus Gründen der Sicherheit und Ästhetik oftmals unterirdisch verlegt. Häufig können die Versorgungsleitungen in einem Graben verlegt werden, der dann wieder zugeschüttet wird. Obwohl dies in Neubaugebieten sehr sinnvoll ist, hat das Eingraben von Versorgungsleitungen doch einige Nachteile. In bereits bebauten Gebieten kann ein Graben ernsthafte Schäden an Gebäuden oder Fahrbahnen verursachen. Außerdem ist es sehr wahrscheinlich, dass durch das Ausheben eines Grabens vorher verlegte Versorgungsleitungen beschädigt werden und dass ein Bauwerk oder eine Fahrbahn, die durch das Ausheben eines Grabens beschädigt wurde, nur selten in ihren Originalzustand zurückversetzt wird. Des weiteren stellt ein offener Graben eine Verletzungsgefahr für Arbeiter und Passanten dar.
Die Grundtechnik der Bohrung eines horizontalen unterirdischen Loches wurde erst kürzlich entwickelt, um die oben aufgeführten sowie weitere nicht erwähnte Nachteile zu umgehen, die sich durch den Einsatz konventioneller Aushebungstechniken ergeben. Gemäß dieser Grundtechnik der Horizontalbohrung, welche auch als Mikrotunnelbau, Horizontalbohrung (horizontal directional drilling (HDD) oder grabenlose unterirdische Bohrung bekannt ist, wird ein Bohrsystem auf der Erdoberfläche plaziert und bohrt in einem spitzen Winkel zur Erdoberfläche ein Loch in die Erde. Dabei wird der Bohrstrang immer über das Bohrwerkzeug hinweg von einer Bohrflüssigkeit durchströmt, um das Bohrloch zu sichern und Abschnitt und Schmutz zu entfernen.
Nachdem das Bohrwerkzeug eine gewünschte Tiefe erreicht hat, wird es in auf den tatsächlichen horizontale Bohrpfad gedreht, um ein horizontales Bohrloch zu erzeugen. Nachdem das Bohrloch die gewünschte Länge hat, wird das Bohrwerkzeug nach oben gedreht, um die Oberfläche zu durchbrechen. Nun wird ein Bohrlochräumer am Bohrstrang befestigt, der durch das Bohrloch zurückgezogen wird und so das Bohrloch unter Erzeugung eines größeren Durchmessers ausräumt. Es ist allgemein üblich, eine Versorgungsleitung oder eine andere Leitung am Bohrlochräumwerkzeug zu befestigen, sodass diese gemeinsam mit dem Bohrlochräumer durch das Bohrloch gezogen wird.
Ein gängiger Ansatz zur Planung eines Bohrlochs ist die Vermessung einer Bohrstelle und die Erstellung eines Bohrplans auf Papier. Versorgungsleitungen und andere unterirdische Objekte werden immer lokalisiert und auf dem Bohrplan eingezeichnet. Gut geschulte Bohrmaschinenbediener verwenden diesen Bohrplan als Richtlinie, um die Bohrung entlang des vorgeplanten Bohrpfads durchzuführen. Ein zweiter Bediener scannt den Bohrbereich in regelmäßigen Abständen, um den tatsächlichen Standort des Bohrwerkzeugs festzustellen. Abweichungen zwischen dem geplanten und dem tatsächlichen Bohrpfad werden manuell beseitigt, wobei hier die Genauigkeit in hohem Maße von den Fähigkeiten der Maschine und dem Bediener des Positionsanzeigers abhängt.
Es ist durchaus bekannt, dass die manuelle Planung einer Bohrung und die Einschätzung des Fortschritts einer tatsächlichen Bohrung im Verhältnis zum Bohrplan problematisch ist. Parameter wie Einstichwinkel, Durchmesser des Gestänges und des Produkts, Durchmesser des Bohrlochräumers, Biegeradius des Gestänges, topographische Abweichungen, Durchmesser der Versorgungsleitung und Sicherheitsradius, Geländesteigung und minimale Erdabdeckung sind zum Beispiel Parameter, die bei konventionellen Bohrplanungsansätzen im allgemeinen nicht ausreichend berücksichtigt werden. Es ist daher wahrscheinlich, dass ein Bohrplan, in dem diese und andere Parameter nicht berücksichtigt werden, ungenau ist, was bei der Bohrung wiederum zu übermäßiger Abnutzung der Bohrmaschine, des Bohrgestänges und der Bohrkrone sowie zu Verzögerungen bei der Durchführung der Bohrung führen kann.
Die Aushebungsindustrie benötigt ein Gerät und ein Verfahren zur Automatisierung des Bohrplanungsprozesses. Es wird ein Bohrplanungsansatz benötigt, der genauer ist als die unter Anwendung der derzeitigen Ansätze durchführbaren Bohrplanungen. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese und andere Anforderungen.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Methode zur elektronischen Entwicklung eines Bohrplans an einer Bohrstelle zur Verwendung in Verbindung mit einer unterirdisch bohrenden Bohrmaschine einschließlich der Erstellung eines vorher festgelegten Bohrplans unter Verwendung von Bohrplaninformationen, die repräsentativ für einen an dieser Bohrstelle geplanten Bohrpfad sind, wobei diese Bohrplaninformationen einen oder mehrere Zielpunkte beinhalten, durch welche der geplante Bohrpfad verlaufen soll, der vorher festgelegte Bohrplan repräsentativ für einen geplanten Bohrverlauf entlang des geplanten Bohrpfads ist, aktuelle Bohrpfadinformationen über einen tatsächlich von der Bohrmaschine gebohrten Bohrpfad erhalten werden und unter Verwendung der aktuellen Bohrpfadinformationen und mindestens einiger der Bohrpfadinformationen ein modifizierter Bohrplan erstellt wird, wobei der modifizierte Bohrplan Daten beinhaltet, die repräsentativ für einen modifizierten Bohrpfad sind, bei dem die Ausrichtungsabweichungen zwischen dem tatsächlichen und dem geplanten Bohrpfad minimiert wurden.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Systems zur elektronischen Entwicklung eines Bohrplans an einer Bohrstelle zur Verwendung in Verbindung mit einer unterirdisch bohrenden Bohrmaschine einschließlich eines Prozessors, eines Eingabegeräts zur Eingabe der Bohrpfadinformationen, die für einen an der Bohrstelle geplanten Bohrpfad repräsentativ sind, wobei diese Bohrplaninformationen zwei oder mehrere Zielpunkte beinhalten, durch welche der geplante Bohrpfad verlaufen soll, einer Schnittstelle zum Erhalt aktueller Bohrpfadinformationen über einen von der Bohrmaschine tatsächlich erstellten Bohrpfad und einem Anzeigegerät, wobei der Prozessor unter Verwendung der Bohrpfadinformationen einen vorher festgelegten Bohrplan und unter Verwendung der aktuellen Informationen über den Bohrpfad und mindestens einiger der Bohrplaninformation den modifizierten Bohrplan berechnet, der Daten enthält, die repräsentativ für einen modifizierten Bohrplan sind, in dem die Ausrichtungsabweichungen der zwischen dem tatsächlichen und dem geplante Bohrpfad minimiert wurden, wobei Daten in Textform, als Graphik oder beides auf dem Display angezeigt werden, die sich auf einen oder mehrere vorher festgelegte Bohrpläne, den aktuellen Bohrplan und einen modifizierten Bohrplan beziehen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den jeweiligen Anforderungen definiert.
Bei der elektronischen Entwicklung eines Bohrplans gemäß der Prinzipien der vorliegenden Erfindung erhält man Information über den Bohrpfad, die für den an der jeweiligen Bohrstelle geplanten Bohrpfad repräsentativ sind.
Unter Verwendung dieser Informationen über den Bohrpfad werden Bohrplandaten erzeugt, die für eine geplante Bohrung entlang des geplanten Bohrpfads repräsentativ sind.
Auch die für die Topographie an der Bohrstelle repräsentativen topographischen Informationen sind auf diese Weise erhältlich, wobei in einem solchen Fall die erzeugten Bohrplandaten auch Daten beinhalten, die Aufschluss über die geplante Bohrung entlang des geplanten Bohrpfads im Hinblick auf die Topographie der Bohrstelle geben. Informationen über die Topographie der Bohrstelle sind als zwei- und dreidimensionale Daten erhältlich.
Typische topographische Informationen geben Aufschluss über die Höhe der Erdabdeckung an der Bohrstelle oberhalb des geplanten Bohrpfads. Die Höhe der Erdoberfläche an der Bohrstelle oberhalb des geplanten Bohrpfads kann in Relation zu den vorher festgelegten Bezugspunkten der Bohrstelle wie der vorher festgelegten geographischen Breite, Länge und Höhe der Bohrstelle definiert werden. Auch Informationen über ein oder mehrere definierte Merkmale der Erdoberfläche sind so erhältlich.
Informationen über Oberflächenmerkmale geben Aufschluss über das Oberflächenwasser an der Bohrstelle oder auch über ein natürliches oder von Menschenhand geschaffenes Hindernis, Bauwerk oder Wege wie Fahrbahnen und andere Landmarken.
Die über einen Bohrpfad erhaltenen Informationen sind repräsentativ für den geplanten Bohrpfad und geben Aufschluss über den Standort eines oder mehrerer Zielpunkte, die der geplante Bohrpfad durchkreuzen soll. Informationen über einen Bohrpfad, die repräsentativ für den geplanten Bohrpfad sind, können auch Aufschluss über Gefälle und Richtungswinkel eines oder mehrerer Ziele geben, die der geplante Bohrpfad durchkreuzen soll.
Es sind auch Informationen über Versorgungsleitungen, die repräsentativ für eine oder mehrere Versorgungsleitungen an der Bohrstelle sind, wobei die für den so geplanten Bohrpfad erzeugten Bohrplandaten alle an der Bohrstelle definierten Versorgungsleitungen umgehen. Informationen über Versorgungsleitungen können zum Beispiel Aufschluss über eine oder mehrere Gas-, Wasser-, Abwasser-, Telephon- oder elektrische Versorgungsleitungen entlang des geplanten Bohrpfads geben.
Informationen über Versorgungsleitungen geben vorzugsweise Aufschluss über den Standort einschließlich mindestens zweier Punkte jeder Versorgungsleitung an der Bohrstelle, obwohl auch ein einziger Punkt oder Bereich für jede Versorgungsleitung definiert werden kann. Informationen über Versorgungsleitungen geben Aufschluss darüber, ob sich die Versorgungsleitungen und der Bohrpfad kreuzen oder nicht. Wenn sich die Versorgungsleitung und der geplante Bohrpfad kreuzen, verläuft die Versorgungsleitung erwartungsgemäß oberhalb oder unterhalb des geplanten Bohrpfads; ist dies nicht der Fall, verläuft die Versorgungsleitung erwartungsgemäß nicht oberhalb oder unterhalb des geplanten Bohrpfads. Informationen über Versorgungsleitungen können auch Aufschluss über den ersten oder zweiten Endpunkt oder beide Endpunkte einer Versorgungsleitung sowie auch über die Einbettung der jeweiligen Versorgungsleitung geben. Informationen über Einbettungen kreuzender Versorgungsleitungen geben, falls anwendbar, Aufschluss über den Punkt, an dem der geplante Bohrpfad unterhalb oder oberhalb der kreuzenden Versorgungsleitung verläuft.
Durch die Erstellung eines Bohrplans gemäß der vorliegenden Erfindung sind des weiteren auch Informationen über die unterirdisch bohrende Bohrmaschine zur Erzeugung eines Bohrlochs an der Bohrstelle erhältlich. Maschineninformationen können Aufschluss über spezifische Merkmale der Maschine wie Modell und Funktionalität sowie auch über das Bohrgestänge geben. Informationen über das Bohrgestänge geben unter anderem Aufschluss über das zur Erzeugung eines tatsächlichen Bohrlochs an der Bohrstelle zu verwendende Bohrgestänge, den Radius des Bohrgestänges und den Biegeradius des Bohrgestänges.
Des weiteren können Bohrplandaten auch Informationen über ein Produkt enthalten, das in dem geplanten Bohrloch installiert werden soll. Produktinformationen können unter anderem Aufschluss über den Durchmesser, den zulässigen Biegeradius und die Quantität des im Bohrloch zu installierenden Produkts geben. Auch Informationen über die Erdmenge oberhalb des zu installierenden Produkts sind so verfügbar. Informationen über die Erdmenge oberhalb des zu installierenden Produkts können im Hinblick auf die Länge entlang des Bohrgestänges definiert werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die elektronische Entwicklung eines Bohrplans an einer Bohrstelle durch eine unterirdisch bohrende Bohrmaschine vom Benutzer über eine Benutzerschnittstelle der vorliegenden Erfindung beeinflusst. Bei dieser Ausführungsform wird ein topographisches Eingabefenster angezeigt, in das der Benutzer topographische Daten eingibt. Eingabefenster für Versorgungsleitungen und den Bohrpfad, in die der Benutzer jeweils Daten über Versorgungsleitungen und Bohrpfad eingeben kann, werden ebenfalls angezeigt. Anhand dieser Eingabedaten erhält man eine graphische Darstellung des Bohrplans einschließlich der graphischen Darstellung jeder Versorgungsleitung und eines Bohrpfads innerhalb der graphischen Darstellung der Bohrstelle. Die graphische Darstellung des Bohrplans ist vorzugsweise dreidimensional. Die graphische Darstellung des Bohrplans wird immer in Bezug auf einen Bezugspunkt der Bohrstelle erstellt.
Mit der Anzeige des topographischen Anzeigefensters werden gleichzeitig ein Abstandsfeld und ein Höhenfeld angezeigt, damit der Benutzer die Abstands- und Höhendaten eines oder mehrerer zweidimensionaler topographischer Punkte eingeben kann. Es kann auch ein Links-/Rechtsfeld angezeigt werden, in welches der Benutzer Links-/Rechtsdaten eingeben kann, die zusammen mit den Abstands- und Höheneingaben zur Definition eines oder mehrerer dreidimensionaler topographischer Punkte verwendet werden.
Mit der Anzeige des Eingabefenster für Versorgungsleitungen werden gleichzeitig mindestens ein Fenster zur Eingabe der Position und ein Fenster zur Eingabe der Einbettung angezeigt, damit der Benutzer die Daten der Positionen und Einbettungen einer oder mehrerer Versorgungsleitungen eingeben kann. Bei der Anzeige des Eingabefensters für Versorgungsleitungen kann auch gleichzeitig ein Fenster für kreuzende und eines für nicht kreuzende Versorgungsleitungen angezeigt werden, in dem der Benutzer spezifizieren kann, ob es sich um eine kreuzende oder nicht kreuzende Versorgungsleitung handelt. Es können auch Felder für die Eingabe des Durchmessers und des minimalen Abstands angezeigt werden, damit der Benutzer den Durchmesser und den minimalen Abstand einer oder mehrerer Versorgungsleitungen eingeben kann. Die Daten des Durchmessers geben Aufschluss über den Durchmesser der Versorgungsleitung und der minimale Abstand definiert einen Abstand um jede Versorgungsleitung herum, den der Bohrpfad nicht durchkreuzen darf.
Während der Anzeige des Eingabefensters für den Bohrpfad wird gleichzeitig ein Zielfenster geöffnet, in das der Benutzer die Positionsdaten jedes einzelnen der verschiedenen Zielpunkte des Bohrpfads eingeben kann, die der Bohrpfad durchkreuzen muss. Während der Anzeige des Eingabefensters für den Bohrpfad können des weiteren Felder zur Eingabe des Abstands, der Tiefe sowie Links-/Rechtsfelder angezeigt werden, in die der Benutzer die Daten von Abstand, Tiefe und Links-/Rechtsdaten jedes einzelnen der verschiedenen Zielpunkte des Bohrpfads eingeben kann, die der Bohrpfad durchkreuzen muss. Das Eingabefenster für den Bohrpfad kann auch Felder zur Eingabe von Gefälle und Richtungswinkel beinhalten, in die der Benutzer die Daten von Gefälle und Richtungswinkel jedes einzelnen der verschiedenen Zielpunkte eingeben kann, die der Bohrpfad durchkreuzen muss. In einem Eingabefenster für die Steigung des Geländes kann der Benutzer Daten eingeben, welche die Steigung des Geländes definieren, durch das der Bohrpfad geführt werden muss.
Eine Benutzerschnittstelle ermöglicht dem Benutzer die Änderung einer oder mehrerer Dateneingaben zu Topographie, Versorgungsleitungen, Bohrpfad sowie auch anderer Daten zum Bohrplan. Des weiteren kann der Benutzer auch die graphische Darstellung einer bestimmten Versorgungsleitung oder eines topographischen Elements oder eines Punktes des Bohrpfads ändern. Während der Änderung der graphischen Darstellungen einer bestimmten Versorgungsleitung, eines topographischen Elements oder eines Elements des Bohrpfads können die Daten, die sich auf die bestimmte Versorgungsleitung, das topographische Element oder das Element des Bohrpfads beziehen, angezeigt werden. Es ist möglich, einen gezielten Bohrplanbericht oder ein Diagramm über die minimale Erdabdeckung, einen Bericht oder ein Diagramm über Sondeninformationen über Warnungs- oder Fehlermeldungen anzuzeigen oder auf andere Weise zu erstellen.
Es kann ein Auswahlfenster für das Bohrgestänge angezeigt werden, in das der Benutzer Daten über das Bohrgestänge eingibt. Das Auswahlfenster für das Bohrgestänge stellt Eingabefenster für Bohrgestängedaten zur Verfügung, in die der Gestängedurchmesser, die individuelle Gestängelänge, der Biegeradius des Gestänges und die Verschiebung des Einstichpunkts eingeben werden können. Es kann ein Fenster für die Produktauswahl angezeigt werden, in das der Benutzer Daten über das Produkt eingeben kann. Das Produktauswahlfenster stellt ein Eingabefenster für Produktdaten zur Verfügung, in welches Produktdurchmesser und/oder Produktqualität eingegeben werden können. Es kann ein Durchmesserauswahlfenster aktiviert werden, in welches der Benutzer Daten zum Durchmesser eingeben kann. Dieses Durchmesserauswahlfenster bietet ein Eingabefenster für Daten über den Durchmesser des Räumkopfes und der Pilotbohrkrone.
Der Benutzer kann ein Maschinenauswahlfenster zur Eingabe von Maschinendaten aktivieren. Anhand der Maschineneingabedaten kann der Benutzer eine der verschiedenen unterirdisch bohrenden Bohrmaschinen auswählen. Ein Fenster zur Eingabe des Einstichwinkels ermöglicht dem Benutzer die Eingabe von Daten zum Einstichwinkel. Anhand der Eingabedaten zum Einstichwinkel wird in bezug auf den Horizont der ausgewählten unterirdisch bohrenden Bohrmaschine ein Bohrlehrenwinkel definiert.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet die elektronische Berechnung des Bohrplans an einer Bohrstelle im Zusammenhang mit dem Einsatz einer unterirdisch bohrenden Bohrmaschine die Eingabe von Zielparametern, die jeden der verschiedenen Zielpunkte entlang des geplanten Bohrpfads definieren. Zur Definition einer oder mehrerer Versorgungsleitungen an der Bohrstelle können auch Parameter für Versorgungsleitungen eingegeben werden. Des weiteren wird ein Parameter für den maximalen Biegeradius eingegeben, der Aufschluss über den maximalen Biegeradius eines Bohrgestänges gibt, das zur Herstellung eines Bohrlochs an der Bohrstelle eingesetzt wird. Eine Bohrung, die jeden dieser Zielpunkte verbindet, durchkreuzt keine Versorgungsleitungen und die Überschreitung des maximalen Biegeradius eines spezifizierten Bohrgestänges wird aufgrund der Berechnung anhand der Parameter der Zielpunkte, der Versorgungsleitung und des maximalen Biegeradius vermieden.
Bei der Eingabe der Parameter für die Versorgungsleitungen können auch Parameter für die Sicherheitsabstände jeder Versorgungsleitung eingegeben werden und die Bohrung wird dann so berechnet, dass sie nicht durch die Sicherheitsabstände der Versorgungsleitungen verläuft. Bei der Eingabe von Parametern für die Versorgungsleitungen werden immer Parameter eingegeben werden, die zumindest einen Punkt jeder Versorgungsleitung dreidimensional definieren, wie zum Beispiel die Abstands-, Links-/Rechts- und Tiefenparameter für mindestens einen Punkt jeder Versorgungsleitung. Bei der Eingabe der Parameter für die Versorgungsleitung können auch ein erster und ein zweiter Endpunkt jeder Versorgungsleitung sowie weitere Parameter zur Bestimmung der Einbettung jeder einzelnen Versorgungsleitung eingegeben werden.
Die Eingabe der Zielparameter umfasst auch die Zielparameter, durch die jeder Zielpunkt dreidimensional bestimmt wird. Die Zielparameter können als Abstands-, Links-/Rechts- und Tiefenparameter oder alternativ als Gefälle und Richtungswinkel für jeden Zielpunkt eingegeben werden. Es können auch entweder der Einstichs- oder der Austrittszielpunkt oder beide berechnet werden.
Die Berechnung der Bohrung kann die zunehmende Verschiebung der Bohrung über einen spezifizierten Abstand von einem bestimmten Zielpunkt zu einem Nachbarpunkt beinhalten. Für jede zunehmende Verschiebung wird eine Richtung berechnet, welche die Bohrung zum Nachbarpunkt führt. Die Berechnung der Bohrung kann außerdem die Berechnung eines oder mehrerer Bezugspunkte beinhalten, um die Bohrung von einem bestimmten Zielpunkt zu einem Nachbarpunkt anzulegen. Jeder Bezugspunkt sollte vorzugsweise einen Punkt bezeichnen, der auf gleicher Ebene mit dem bestimmten und dem Nachbarpunkt und auch auf gleicher Ebene mit einem Richtungswinkel des Nachbarpunktes liegt.
Es kann ein Grenzbereich für den Nachbarpunkt bestimmt werden, innerhalb welchem das spezifizierte Bohrgestänge in Funktion des maximalen Biegeradius gebogen werden kann.
In diesem Fall bezeichnet jeder Bezugspunkt einen Punkt, der auf gleicher Ebene mit dem bestimmten und dem Nachbarpunkt und auch auf gleicher Ebene mit einem Richtungswinkel des Nachbarpunktes liegt und, wenn er mit dem bestimmten Zielpunkt verbunden wird, den Bereich tangential mit einer vorher festgelegten zulässigen Bohrlänge durchkreuzt.
Die Berechnung der Bohrung kann auch die Berechnung eines größten zulässigen Biegeradius des Bohrstrangs beinhalten, in welchem das Bohrloch von einem bestimmten Zielpunkt zu einem Nachbarpunkt angelegt wird. Die Berechnung des Bohrlochs kann weiterhin die Berechnung eines oder mehrerer Segmente beinhalten, in denen das Bohrloch von einem bestimmten Zielpunkt zu einem Nachbarpunkt angelegt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet das System zur elektronischen Entwicklung eines Bohrplans für eine Bohrstelle in Verbindung mit dem Einsatz einer unterirdisch bohrenden Bohrmaschine einen Prozessor und einen an den Prozessor gekoppelten Speicher. Auch ein Sichtgerät ist an den Prozessor angeschlossen. Ein an den Prozessor angeschlossenes Eingabegerät ermöglicht die Eingabe topographischer Informationen, die für die Topographie der Bohrstelle repräsentativ sind, Informationen über eine oder mehrere Versorgungsleitungen in der Bohrstelle und Informationen über den geplanten Bohrpfad in der Bohrstelle. Der Prozessor berechnet die Bohrplandaten unter Verwendung der Informationen über Topographie, Versorgungsleitungen und Bohrpfad. Die Bohrplandaten werden als Text oder Diagramm auf dem Display angezeigt und sind repräsentativ für die geplante Bohrung entlang eines geplanten Bohrpfads. Zum Beispiel können die Bohrplandaten in graphischer Form auf dem Display als Daten dargestellt werden, die repräsentativ für die geplante Bohrung entlang des geplanten Bohrpfads sind, und dies unter Berücksichtigung der Topographie der Bohrstelle.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Eingabegerät vom Benutzer bedient werden (z.B. mit einer Maus, einem Track-Ball oder einer Tastatur). Bei einer anderen Ausführungsform beinhaltet das Eingabegerät eine Kommunikationsschnittstelle und die Informationen bezüglich Topographie, Versorgungsleitungen und Bohrpfad werden von einem externen elektronischen System (z.B. einer Bohrmaschinensteuereinheit) über die Kommunikationsschnittstelle an den Systemprozessor weitergeleitet.
Über das Eingabegerät können Produktinformationen, wie ein oder mehrere Durchmesser, der zulässige Biegeradius und die Anzahl der entlang des Bohrpfades zu installierenden Produkte eingegeben werden.
Der Prozessor kann anhand der Informationen bezüglich Topographie, Versorgungsleitungen, Bohrpfad und Produkt die Bohrplandaten errechnen. Mit dem Eingabegerät können auch Informationen über das Bohrgestänge und/oder den Biegeradius des Bohrgestänges eingegeben werden. Der Prozessor kann anhand der Informationen bezüglich Topographie, Versorgungsleitungen, Bohrpfad und Bohrgestänge die Bohrplandaten errechnen.
Mit dem Eingabegerät können auch Informationen über den Bohrpfad wie Informationen über die Position eines oder mehrerer Ziele eingegeben werden, die der geplante Bohrpfad durchkreuzen soll. Informationen über den Bohrpfad können Informationen über Gefälle und Richtungswinkel eines oder mehrerer Ziele beinhalten, welche der geplante Bohrpfad durchkreuzen soll. Informationen über Versorgungsleitungen beinhalten immer mindestens zwei Positionspunkte jeder an der Bohrstelle befindlichen Versorgungsleitung.
Der Prozessor kann eine oder mehrere Informationen bezüglich der Topographie, der Versorgungsleitung oder des Bohrpfads ändern. Der Prozessor kann zum Beispiel auf Befehl über das Eingabegerät graphische Darstellungen ausgewählter Versorgungsleitungen, topographischer Elemente oder Elemente des Bohrpfads ändern, die auf dem Display angezeigt werden.
Der Prozessor kann auch Daten anzeigen, die sich auf eine ausgewählte Versorgungsleitung, topographische Elemente oder Elemente des Bohrpfads beziehen, während er die graphische Darstellung dieser ausgewählten Versorgungsleitung, dieses topographischen Elements oder Elements des Bohrpfads verändert. Es kann auch ein Ausgabegerät an den Prozessor angeschlossen werden. Das Ausgabegerät erstellt einen Bericht oder ein Diagramm über einen ausgewählten Bohrplan, über die minimale Erdabdeckung, eine Sondeninformation oder eine Warn- oder Fehlermeldung.
Außerdem kann ein computerlesbares Medium mit Programmieranweisungen zur elektronischen Entwicklung eines Bohrplans für den Einsatz einer unterirdisch bohrenden Bohrmaschine an einer Bohrstelle zur Verfügung gestellt werden. Diese Programmieranweisungen beinhalten Anweisungen zum Erhalt topographischer Informationen, die für die Topographie der Bohrstelle repräsentativ sind, Informationen über eine oder mehrere Versorgungsleitungen an der Bohrstelle und Informationen über den Verlauf eines an der Bohrstelle geplanten Bohrpfads. Weiterhin beinhalten die Programmieranweisungen Anweisungen zur Erstellung von Bohrplandaten unter Verwendung der erhaltenen Informationen über Topographie, Versorgungsleitungen und Bohrpfad, sodass die Bohrplandaten alle Daten beinhalten, die in Bezug auf die Topographie der Bohrstelle repräsentativ für die geplante Bohrung entlang des geplanten Bohrpfads sind.
Alternativ dazu kann das computerlesbare Medium Programmieranweisungen zur Anzeige eines topographischen Eingabefensters, in das der Benutzer topographische Daten eingeben kann, zur Anzeige eines Eingabefensters für Versorgungsleitungen, in das der Benutzer Daten über Versorgungsleitungen eingeben kann und zur Anzeige eines Eingabefensters für den Bohrpfad, in das der Benutzer Daten über den Bohrpfad eingeben kann, beinhalten. Die Programmieranweisungen beinhalten des weiteren Anweisungen zur Anzeige einer graphischen Darstellung des Bohrplans einschließlich der graphischen Darstellung jeder Versorgungsleitung und eines Bohrpfads innerhalb der topographischen Darstellung der Bohrstelle.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält das computerlesbare Medium Programmieranweisungen zur Bereitstellung von Zielparametern zur Bestimmung jedes einzelnen mehrerer Zielpunkte entlang des geplanten Bohrpfads, zur Bereitstellung von Parametern für die Versorgungsleitungen zur Bestimmung von einer oder mehreren Versorgungsleitungen an der Bohrstelle und zur Bereitstellung von Parametern für den maximalen Biegeradius, der für den maximalen Biegeradius eines spezifizierten Bohrgestänges repräsentativ ist, das zur Durchführung einer Bohrung an der Bohrstelle eingesetzt wird. Die Programmieranweisungen beinhalten des weiteren Anweisungen zur Berechnung einer Bohrung, die sämtliche Zielpunkte verbindet, die keine Versorgungsleitungen durchkreuzt und bei welcher der maximale Biegeradius des spezifizierten Bohrgestänges nicht überschritten wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt eine Seitenansicht des unterirdisch bohrenden Bohrgerätes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
2 stellt ein Blockdiagramm eines Computersystems dar, welches zur Implementierung eines Bohrpfadplaners gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
3 stellt ein Ablaufdiagramm der verschiedenen Schritte zur Erstellung eines Bohrplans gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung dar.
4 stellt ein Ablaufdiagramm verschiedener Schritte zur Erstellung eines Bezugssystems für einen Bohrplan gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung dar.
5 stellt das Ablaufdiagramm verschiedener Schritte zur Erstellung der Topographie für einen Bohrplan gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung dar.
6 stellt ein Ablaufdiagramm verschiedener Schritte zur Definition der Versorgungsleitungen für einen Bohrplan gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung dar.
7 stellt ein Ablaufdiagramm verschiedener Schritte zur Bestimmung der Ziele für einen Bohrplan gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung dar.
8 und 9 stellen jeweils ein Ablaufdiagramm verschiedener Schritte zur Berechnung eines Einstichzielpunktes für einen Bohrplan gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung dar.
10 stellt ein Ablaufdiagramm verschiedener Schritte zur Berechnung eines Austrittszielpunktes für einen Bohrplan gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung dar.
11 stellt ein Menü für eine Benutzerschnittstelle dar, durch welche die automatische Entwicklung eines Bohrplans gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung erleichtert wird.
12 stellt ein Dialogfenster dar, mit dem der Benutzer verschiedene Voreinstellungen für ein automatisches Bohrplanungsprogramm gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung bestimmen kann.
13 stellt ein Dialogfenster dar, mit dem der Benutzer verschiedene Parameter eingeben kann, durch welche eine Bohrung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung bestimmt wird.
14 stellt ein Ziehmenü dar, mit dem der Benutzer verschiedene Bohrgestängeparameter für eine bestimmte Bohrung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung auswählen kann.
15 stellt ein Dialogfenster dar, mit dem der Benutzer die Topographie einer Bohrstelle gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung bestimmen kann.
16 ist eine graphische Darstellung eines Bohrplans, der unter Einsatz der automatischen Bohrplanentwicklung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung erstellt wurde.
17 stellt ein Dialogfenster dar, mit dem der Benutzer Zielpunkte für einen Bohrplan gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung bestimmen kann.
18 stellt ein Dialogfenster dar, mit dem der Benutzer Parameter für die Steigung des Geländes in einem Bohrplan gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung bestimmen kann.
19 ist eine graphische Darstellung eines Bohrplans einschließlich der Zielpunkte, der unter Einsatz der automatischen Bohrplanentwicklung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung erstellt wurden.
20 stellt ein Dialogfenster dar, mit dem der Benutzer eine erste Kategorie für Versorgungsleitungen für einen Bohrplan gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung bestimmen kann.
21 stellt ein Dialogfenster dar, mit dem der Benutzer eine zweite Kategorie für Versorgungsleitungen für einen Bohrplan gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung bestimmen kann.
21A–21B stellen jeweils eine Seitenansicht und Draufsicht einer kreuzenden Versorgungsleitung dar, die anhand eines Bezugssystems für die Baustelle des Bohrplans gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung erstellt wurden.
22A – und 22B stellen jeweils eine Seitenansicht und Draufsicht einer nicht kreuzenden Versorgungsleitung dar, die anhand eines Bezugssystems für die Baustelle des Bohrplans gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung erstellt wurden.
23 ist eine graphische Darstellung eines Bohrplans einschließlich der Zielpunkte und Versorgungsleitungen, die unter Einsatz eines automatischen Bohrplanentwicklungsansatzes gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung erstellt wurde.
24 ist eine graphische Darstellung eines Bohrplans einschließlich eines Bohrpfads, die unter Einsatz eines automatischen Bohrplanentwicklungsansatzes gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung erstellt wurde.
25 zeigt Warnmeldungen im Zusammenhang mit einem nicht erfolgreichen Bohrplan gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
26 stellt ein Dialogfenster dar, mit dem der Benutzer Daten ansehen und Berichte und Diagramme im Zusammenhang mit einem Bohrplan ansehen und erzeugen kann, der gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung entwickelt wurde.
27 ist eine graphische Darstellung eines Bohrplans einschließlich eines geplanten Bohrpfads und eines tatsächlich „angelegten" Bohrpfads, der gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung erstellt wurde.
28 ist eine graphische Darstellung eines Diagramms der minimalen Erdabdeckung für einen bestimmten Bohrplan, der gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung entwickelt wurde.
29 zeigt eine graphische Darstellung eines Prozesses zur Verbindung von Zielen mit unterschiedlichen Richtungen unter Anwendung von Bezugspunkten gemäß einem Bohrungsberechnungsverfahren der vorliegenden Erfindung.
30 stellt ein Blockdiagramm verschiedener Komponenten eines Bohrsystems dar, das die Echtzeitkontrolle einer Bohrung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ermöglicht.
31 zeigt ein Blockdiagramm, in dem die Software und die Datenbank dargestellt werden, die von der Steuereinheit einer Bohrmaschine zum Zweck der Entwicklung eines Bohrplans, zur Speicherung und Änderung eines Bohrplans und zum Zugriff auf den Bohrplan während einer Bohrung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung angesteuert werden.
32 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems zur Kontrolle von Arbeitsschritten einer Bohrmaschine und eines Bohrwerkzeugs in Echtzeit gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Während die Erfindung zugänglich für verschiedene Änderungen und alternative Formen ist, sind Einzelheiten durch Beispiele in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend detailliert beschrieben. Allerdings soll die Erfindung nicht auf bestimmte, hier beschriebene Ausführungsformen beschränkt bleiben. Im Gegenteil soll die Erfindung sämtliche Änderungen, Äquivalente und Alternativen abdecken, die in den Umfang der Erfindung fallen, der in den beigefügten Anforderungen beschriebenen ist.
DETAILLIERT BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der folgenden Beschreibung der illustrierten Ausführungsformen wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die ein Teil der Ausführungsformen sind und in denen durch Illustration dargestellt wird, in welchen Ausführungsformen die Erfindung realisiert werden kann. Selbstverständlich können auch andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle und funktionelle Veränderungen vorgenommen werden, die nicht vom Umfang der vorliegenden Erfindung abweichen.
Wir nehmen nunmehr Bezug auf die Abbildungen und insbesondere auf 1, in der eine Ausführungsform einer unterirdisch bohrenden Bohrmaschine dargestellt ist, die gemäß einem Bohrplan, der unter Anwendung des Planungsverfahrens und Geräts der vorliegenden Erfindung eine horizontale Bohrung erstellen kann. Eine in 1 dargestellte Bohrmaschine beinhaltet immer einen Prozessor oder Computer, der für die automatische Steuerung der verschiedenen Funktionen und Aktivitäten der Bohrmaschine zuständig ist. Unter Verwendung eines Computersystems, das sich außerhalb der Bohrmaschine befindet, kann durch Nutzung von Verarbeitungs- und Benutzerschnittstellen an der Bohrmaschine oder einer Kombination dieser Berechnungsressourcen ein Bohrplan entwickelt werden. Somit kann ein Bohrplan innerhalb oder außerhalb der Bohrstelle entwickelt werden. Zum Beispiel können für eine bestimmte Bohrung Informationen über die Bohrmaschine und das Bohrgestänge extern erzeugt werden. Informationen über Topographie und Versorgungsleitungen werden dann später auf der Baustelle vor und/oder während des tatsächlichen Bohrvorgangs definiert werden.
Um Ihnen die verschiedenen Eingabe- und Ausgabeparameter, Berechnungen, graphischen Anzeigen, Berichte und anderen mit dem Bohrplanungsverfahren und dem Gerät der vorliegenden Erfindung näher zu bringen, wird das in 1 dargestellte Bohrsystem nachstehend näher beschrieben. Das Bohrplanungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann auch in Verbindung mit anderen Ausschachtungsmaschinen und Techniken eingesetzt werden und ist nicht nur auf Anwendungen für Bohrungen in horizontaler Richtung begrenzt.
In 1 wird ein Querschnitt durch einen Teil des Gelände 10 dargestellt, in dem eine Bohrung durchgeführt werden. Das Bohrsystem, das durchgehend als Maschine 12 dargestellt wird, befindet sich auf der Erde 11 und beinhaltet eine Plattform 14, auf der sich ein angeschrägter Längsträger 16 befindet. Plattform 14 ist mit Bolzen 18 oder anderen Befestigungselementen auf der Erde befestigt, damit sich die Plattform während der Bohrarbeiten nicht verschieben kann. Auf dem Längsträger 16 befindet sich eine Druck-/Rückholpumpe 17 zum Antrieb eines Bohrstrangs 22 in Vorwärts- und Längsrichtung, was jeweils aus den Pfeilen ersichtlich ist. Der Bohrstrang 22 besteht aus einigen Bohrstrangelementen oder Stäben 23, die Ende-zu-Ende miteinander verbunden sind. Um eine Bewegung entlang des angeschrägten Längsträgers 16 zu ermöglichen, ist auf dem angeschrägten Längsträger 16 auch ein Drehmotor oder eine Kreiselpumpe 19 montiert, der oder die den Bohrstrang dreht (in mittlerer Position zwischen einer höheren Position 19a und einer niedrigeren Position 19b dargestellt). Wenn der Drehmotor 19 in Betrieb ist, dreht er den Bohrstrang 22, an dessen Ende ein Bohrwerkzeug 24 angebracht ist.
Eine typische Bohrung wird wie folgt durchgeführt: Der Drehmotor 19 wird zuerst in die höhere Position 19a gebracht und dreht den Bohrstrang 22. Während sich das Bohrwerkzeug 24 dreht, werden der Drehmotor 19 und der Bohrstrang 22 durch die Druck/Rückholpumpe 17 in Vorwärtsrichtung in eine niedrigere Position in die Erde gedrückt, wodurch ein Bohrloch 26 entsteht. Der Drehmotor 19 erreicht eine niedrigere Position 19b, nachdem der Bohrstrang 22 über die Länge eines Bohrgestänges 23 in das Bohrloch 26 gedrückt wurde. Nun wird dem Bohrstrang 22 entweder manuell oder automatisch ein neues Bohrgestänge 23 hinzugefügt und der Drehmotor 19 wird gelöst und in die höhere Position 19a zurückgezogen. Der Drehmotor 19 wird zur Verschraubung des neuen Bohrgestänges 23 am Bohrstrang 22 eingesetzt und der Dreh-/Schiebeprozess wird wiederholt, um den erneut verlängerten Bohrstrang 22 weiter in die Erde zu treiben und das Bohrloch 26 zu verlängern. Üblicherweise wird mit einer Schlamm- oder Wasserpumpe Wasser oder eine andere Flüssigkeit durch den Bohrstrang 22 gepumpt. Bei Verwendung eines Drucklufthammers wird mit einem Drucklufterzeuger Luft/Schaum durch den Bohrstrang 22 gepresst. Wasser/Schlamm oder Luft/Schaum fließen nach oben aus dem Bohrloch heraus und entfernen so Bohrreste, Schmutz und Schutt. Es ist eine Richtungssteuerung zur Steuerung des Bohrwerkzeugs 24 vorhanden, sodass das Bohrloch 26 in der gewünschten Richtung angelegt werden kann.
Man kann auch ein Zielverfolgungsgerät 28 verwenden, um ein vom Bohrwerkzeug 24 übertragenes Informationssignal zu empfangen, welches das Informationssignal oder eine veränderte Form dieses Signals wiederum zu einem Empfänger überträgt, der sich an der Bohrmaschine 12 befindet. Die Bohrmaschine kann mit einem Sender oder Sendeempfänger ausgestattet werden, um ein Informationssignal wie ein Anweisungssignal von der Bohrmaschine 12 zum Zielverfolgungsgerät 28 zu übertragen.
Als Reaktion auf das empfangene Informationssignal kann das Zielverfolgungsgerät 28 eine gewünschte Funktion wie das Übertragen von Daten oder Anweisungen an das Bohrwerkzeug 24 zum Zweck des Uplinks von Diagnose- oder Sensordaten vom Bohrwerkzeug 24 oder zur Einstellung einer regelbaren Funktion des Bohrwerkzeugs 24 (z.B. Konfiguration der Flüssigkeitssprühöffnung/Sprührichtung oder Konfiguration/Ausrichtung der Bohrkrone) auszuführen. Die Übertragung solcher Daten und Anweisungen kann alternativ durch den Einsatz einer Kommunikationsverbindung erleichtert werden, die zwischen dem Bohrwerkzeug 24 und dem Zentralprozessor 25 über den Bohrstrang 22 hergestellt wird.
In 2 werden verschiedene Komponenten des Computersystems dargestellt, die teilweise oder insgesamt in die in 1 dargestellte Bohrmaschine oder als separates unabhängiges Computersystem implementiert werden können. Das Computersystem 120 ist ein prozessorgesteuertes System, das für den Betrieb der Bohrplanungssoftware gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Das Computersystem 120 beinhaltet eine Prozessoreinheit 121, von der mehrere Komponenten abgebildet sind. Ein Prozessor 130 wird mit verschiedenen Komponenten einschließlich eines Systemspeichers 132 (z.B. Random Access Memory oder RAM) und einem nicht-flüchtigen Schreib-Lesespeicher 134 (z.B. Read-Only-Memory oder ROM) verbunden. Es kann auch ein Massenspeicher 136 zur Speicherung von verschiedenen Daten, die während des Einsatzes der Software zur Bohrplanentwicklung vor und während der Bohrung erzeugt wurden, verwendet werden. Der Massenspeicher 136 kann auf einer Speichertechnologie basieren, mit der Daten kontrolliert gespeichert und gelöscht werden können (z.B. EEPROM, Flash-Speicher, usw.) Das Computersystem 121 enthält auch ein Laufwerk für transportable Medien 140, um Daten von einem transportablen Medium 128 lesen und dorthin übertragen zu können. Ein transportables Medium 128 kann zum Beispiel ein computerlesbares Medium wie eine CD-ROM oder eine Diskette sein, auf der die Bohrplanungssoftware der vorliegenden Erfindung gespeichert ist. Das Laufwerk für transportable Medien 140 liest die auf dem transportablen Medium 128 gespeicherten Programmierungsanweisungen und konfiguriert die Speicher 132/134/136 des Computersystems 121 so, wie es zur Implementierung eines Bohrpfadplaners gemäß dieser Erfindung erforderlich ist.
Das Computersystem 121 kann des weiteren ein oder mehrere Benutzereingabegeräte wie eine Tastatur 124 und eine Maus 126 beinhalten. Eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 138 zur Erleichterung der Kommunikation von Daten, Steuer- und/oder Leistungssignalen zwischen dem Computersystem 121 und der Bohrmaschine oder anderen externen Computer-/Leistungssystemen steht zur Verfügung. Die Komponenten der Prozessoreinheit 121 können in einem vom Prozessor der Bohrmaschine getrennten Gehäuse untergebracht sein. Als Alternative können die Komponenten der Prozessoreinheit als ein Teil der Steuerelektronik der Bohrmaschine integriert werden.
Im allgemeinen ist der Bohrstrang bei einem gut entworfenen Bohrplan so kurz wie möglich. Im Bohrplan sollte ein Bohrloch vorgesehen werden, das den Sicherheitsabstand von unterirdischen Versorgungsleitungen einhält, um Kollisionen zu vermeiden. Der Bohrpfad sollte einen graduellen Verlauf haben, sodass die Belastung des Bohrstrangs und des im Bohrloch zu installierenden Produkts minimiert wird. Im Bohrplan sollte des weiteren beachtet werden, ob eine bereits vorhandene Versorgungsleitung eine minimale Erdabdeckung benötigt. Ein Bohrpfadplaner gemäß der vorliegenden Erfindung unterstützt horizontale Bohrungen in erheblichem Maße, da Position, Richtung und andere Informationen über die gesamte Länge der Bohrung verfügbar sind. Zum Beispiel bietet der Bohrpfadplaner eine Ansicht der technischen und graphischen Einzelheiten für jedes einzelne Bohrgestänge, Informationen über die minimale Erdabdeckung und Warnungs- und Fehlermeldungen. Der Benutzer kann auch Biegungsradien der Zielpunkte und andere Querinformationen abfragen. Genaue Berichte über das tatsächlich angelegte Bohrloch werden ebenfalls gespeichert. Zum Beispiel kann der Bohrpfadplaner tatsächliche Bohrungsdaten über die Kommunikationsverbindung direkt vom Positionsanzeiger empfangen und/oder einem Benutzer ermöglichen, die Positionsdaten direkt einzugeben.
In 3 sind mehrere Arbeitsschritte im Rahmen der Entwicklung eines Bohrplans gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Bohrplandesigner bestimmt ein dreidimensionales (3D) Bezugssystem 150. Das Bezugssystem ist eine graphische Darstellung der Baustelle, in welchem Elemente einer Bohrung und der räumliche Bezug in bezug auf einen Bezugspunkt bestimmt werden. Danach kann die Topographie der Baustelle erstellt werden 152. Auch alle wasserführenden Bereiche (z.B. Brunnen, Flüsse, usw.) können bestimmt werden 154. Auch Versorgungsleitungen aller Art, die sich innerhalb der Baustelle oder in der näheren Umgebung befinden, werden bestimmt 156. Es werden einige Zielpunkte des Bohrpfads bestimmt, über die wiederum die Trajektorie des Bohrlochs bestimmt wird 158. Unter Verwendung der oben angegebenen Daten wird ein Bohrloch berechnet 160. Danach kann der Bohrplandesigner die Eigenschaften des Bohrlochs überprüfen. Wenn das Bohrloch nicht akzeptabel ist, kann der Bohrplandesigner ein oder mehrere Zielpunkte des Bohrpfads verändern 158, das Bohrloch neu berechnen 160 und das neu berechnete Bohrloch überprüfen 162. Dieser Prozess kann so lange wiederholt werden, bis das berechnete Bohrloch akzeptabel und die Bohrplanung abgeschlossen ist 166.
In 4 werden verschiedene Schritte dargestellt, die zur Bestimmung des Bezugssystems einer Baustelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehören. Für die nachfolgende Erörterung könnte es hilfreich sein, Bezug auf die graphischen Darstellungen der Bohrstelle in 16, 19, 21-24 und 27 zu nehmen. Nachdem 170 das Auswahlverfahren für das Bezugssystem initiiert wurde, werden Informationen über das lokale Bezugssystem eingeholt und eingegeben 172. Es wäre wünschenswert, wenngleich auch optional, wenn eine genaue Übersicht der Baustelle erstellt würde, sodass der unter Verwendung der Bohrplanungssoftware gemäß der vorliegenden Erfindung erstellte Bohrplan mit Bezug auf das lokale Bezugssystem der tatsächlichen Baustelle erstellt wird. Der Bediener wählt 174 einen Bezugsursprung, dessen Abstands-, Höhen- und Links-/Rechtswerte gleich Null sind (z. B. [0, 0, 0]). Dann wählt der Bediener 176 eine Bezugslinie, die durch den Bezugsursprung verläuft. Die Bezugslinie befindet sich vorzugsweise in der allgemeinen Richtung der Bohrung, ist horizontal und gerade. Man kann auch ein globales Bezugssystem 178 für die Baustelle bestimmen, wobei der Bediener Länge, Breite und Höhe des Bezugsursprungs und die Lage der Bezugslinie eingibt.
Nach Erstellung des Bezugssystems 180 kann der Bediener durch Eingabe des Abstands, der Höhe und der Links-/Rechtswerte jedes Elements eindeutig die dreidimensionalen Elemente innerhalb des Bezugssystems bestimmen. Der Abstand bezieht sich auf die Verschiebung entlang der Bezugslinie in positiver Richtung in Richtung der Bezugslinie. Die Höhe bezieht sich auf die Verschiebung oberhalb der Bezugslinie und des Bezugsursprungs. Die Links-/Rechtsverschiebung bezieht sich auf die Verschiebung links und rechts von der Bezugslinie in positiver Abstandsrichtung. Die Richtung kann auch eindeutig durch Eingabe eines Richtungswinkelwerts, der sich auf einen horizontalen Winkel links von der Bezugslinie bezieht, wenn man vom Ursprung in positiver Richtung blickt, und einem Gefällewert, der sich auf einen vertikalen Winkel oberhalb der Bezugslinie bezieht, bestimmt werden. Einige Objekte werden im Verhältnis zur Erdoberfläche angegeben. Diese Punkte werden mit dem Tiefenwert unterhalb der Erdoberfläche angegeben. Die Objekttiefe bezieht sich auf die topographische Höhe des Objekts abzüglich der Höhe des Objekts. Es ist gut erkennbar, dass es dem Bediener anhand des Bezugsursprungs und der Bezugslinie möglich ist, sämtliche Informationen im Hinblick auf das lokale Bezugssystem einzugeben.
Die Bezugslinie kann nach Wahl des Bedieners in jeder Position beginnen und in jede horizontale Richtung verlaufen, sodass die daraus resultierende Bohrung eine Funktion des Abstands entlang der Bezugslinie ist. In einer Ausführungsform, in welcher der Bezug eine gerade Linie und keine Kurve ist, können Abstands-, Links-/Rechts- und Höhenwert direkt in das rechtshändige kartesische Koordinatensystem (x, y, Z) übertragen werden, wobei sich der Bezugspunkt (0, 0, 0) auf der X-Achse befindet und die Bezugslinie entlang der X-Achse verläuft. Daher entspricht eine Bewegung auf der rechten Seite der Bezugslinie einer Bewegung in -y Richtung und eine Bewegung unterhalb der Bezugslinie führt zu einer negativen Höhe oder Bewegung in -z Richtung.
Wie oben beschrieben, werden einige Objekte durch Eingabe der Tiefe und nicht der Höhe bestimmt, um ihre vertikale Position darzustellen. Die Tiefenachse wird als antiparallel zur Höhenachse definiert und sie geht von der Oberfläche aus. Da die Oberfläche nicht flach sein muss, können Objekte mit identischer Tiefe unterschiedliche Höhen haben. Der Unterschied zwischen den Begriffen Abstand und Länge sollte beachtet werden. Der Begriff Abstand steht für die Verschiebung entlang der geraden Bezugslinie, während der Begriff Länge für die Verschiebung entlang eines kurvigen Verlaufs steht. Ein Stück eines Seils kann zum Beispiel eine Länge von 50 Zoll haben, während der Abstand zwischen den beiden Enden nur 6 Zoll beträgt.
Abstands-, Links-/Rechts- und Längenparameter werden bevorzugt in Metern oder Fuß mit einer Dezimalstelle Auflösung angegeben. Die Höhe wird bevorzugt in Zentimetern oder Zoll ohne Dezimalstellen angegeben. Die Tiefe wird bevorzugt in Zentimetern, Zoll oder Fuß und Zoll angegeben. Wenn die gültige, benutzerdefinierte Voreinstellung auf die Annahme von Fuß und Zoll für die Tiefenparameter eingestellt ist und der Benutzer nur eine Zahl eingibt, wird diese Zahl in Zoll interpretiert. Winkel werden in % Steigung oder Grad mit keiner oder einer Dezimalstelle Auflösung angegeben. Volumen werden in Gallonen oder Litern ohne Dezimalstellen angegeben. Rohrkrümmungen werden als Biegeradius in Metern gespeichert. Selbstverständlich kann das eingesetzte System nach Wunsch variieren (z.B. Englisch, metrisch, usw.)
In 5 werden mehrere Schritte zur Bestimmung der Topographie einer vorhandenen Baustelle/Bohrung dargestellt. Die Topographie wird verwendet, um den Umfang (d.h. obere und untere Abstandsgrenzen) der graphischen Anzeige zu bestimmen. Durch die Konfiguration der Topographie wird eine graphische Darstellung der Bohrstelle erstellt. In diesem Zusammenhang bezieht sich die Topographie auf eine zweidimensionale Darstellung der Erdoberfläche. Als Alternative kann der Designer zuerst die allgemeine Topographie einer vorhandenen Bohrstelle in drei Dimensionen erstellen. In diesem alternativen Zusammenhang bezieht sich Topographie auf eine dreidimensionale Darstellung eines Erdvolumens, das die Erdoberfläche einschließt. Ebenso wie bei der Konfiguration eines Bezugssystems eindeutig der Abstand, die Höhe, Links-/Rechts, Gefälle und Richtungswinkel bestimmt werden, wird bei der Konfiguration der Topographie eindeutig die Tiefe aller Punkte bestimmt.
Nach Einleitung des topographischen Konfigurationsverfahrens 200 wird die Topographie einer Baustelle durch Eingabe 202 einer Reihe von zweidimensionalen Punkten in Form von Abstands- und Höhenwerten erstellt. Da in eine einfache zweidimensionale topographische Ausführungsform keine Links-/Rechtsdaten eingeben werden, nimmt die Bohrplanungssoftware an, dass die Höhe bei einem vorgegebenen Abstand für alle Links-/Rechtswerte konstant bleibt. Im Fall einer dreidimensionalen topographischen Ausführungsform gibt der Benutzer eine Reihe dreidimensionaler Punkte in Form von Abstand, Höhe und Links-/Rechtswerten an. Jeder topographische Punkt hat einen einzigen mit ihm verbundenen Abstand. Die Bohrplanungssoftware sortiert 204 die Punkte nach ihrem Abstand und verbindet 206 die Punkte mathematisch und graphisch mit geraden Linien. Die Bohrplanungssoftware berechnet 208 die Höhe der Oberfläche für jeden Abstand zwischen zwei topographischen Punkten unter Einsatz linearer Interpolation zwischen zwei am nächsten gelegenen Punkten.
Das Oberflächenwasser innerhalb der Baustelle muss bestimmt werden 210. Der Benutzer bestimmt das Oberflächenwasser in Form von Abstand und Tiefe. Die Bohrplanungssoftware geht von einer rechts-nach-links Gleichheit aus. Es ist zu beachten, dass der Begriff Tiefe, wenn er sich auf Wasser bezieht, die entgegengesetzte Bedeutung der hierin allgemein verwendeten Definition von Tiefe hat. Die Höhe des Wassers wird anhand des Abstands, der Tiefe und der Topographie berechnet 212. Die Bohrplanungssoftware geht davon aus, dass das Wasser in dieser Höhe in positiver und negativer Abstandsrichtung vorhanden ist, bis diese Höhe die Topographie kreuzt. Wenn keine Topographie erreicht wird, endet die Höhe des Wassers mit dem oberen und unteren Grenzwert des topographischen Umfangs. Der Bediener kann die verschiedenen Parameter, welche die Topographie der Baustelle beeinflussen, solange anpassen, bis die Topographie akzeptabel und das topographische Konfigurationsverfahren somit beendet ist 214.
In 6 werden verschiedene Schritte zur Bestimmung einer oder mehrerer Versorgungsleitungen innerhalb des Bezugssystems einer bestimmten Baustelle dargestellt. Im allgemeinen wird davon ausgegangen, dass Versorgungsleitungen eine zylindrische Form haben. Nach Einleitung des Definitionsprozesses für Versorgungsleitungen 220 wird die Art der Versorgungsleitung wie z.B. Kabel, Abwasser, Gas oder eine benutzerdefinierte Versorgungsleitung eingegeben. Durch die Auswahl einer vorgegebenen Art der Versorgungsleitung wird die Farbe festgelegt, in der diese Versorgungsleitung graphisch oder auf einem Ausdruck dargestellt wird.
Die dreidimensionale Position einer Versorgungsleitung wird durch Bestimmung der 3D Position von mindestens zwei Punkten auf der Versorgungsleitung angegeben. Der Bediener gibt 224 die 3D Position eines ersten Punktes auf der Versorgungsleitung in Form von Abstand, Links/Rechts und Tiefe ein. Danach gibt der Bediener 226 die 3D Position eines zweiten Punktes der Versorgungsleitung ebenfalls in Form von Abstand, Links/Rechts und Tiefe ein. Jede Versorgungsleitung verfügt auch über ihren eigenen Durchmesser und einen Sicherheitsradius. Der Durchmesser definiert den Raum, den die Versorgungsleitung belegt und der Sicherheitsradius den zusätzlichen Raum um die Versorgungsleitung herum, in den weder eine Bohrkrone noch ein Bohrlochräumer eindringen darf. Der Benutzer gibt den Durchmesser 228 und den Sicherheitsradius 230 der Versorgungsleitung ein.
Versorgungsleitungen sind in mindestens zwei Klassen aufgeteilt. In einer Ausführungsform werden Versorgungsleitungen entweder als kreuzende oder nicht kreuzende Versorgungsleitungen definiert. Kreuzende Versorgungsleitungen sind Versorgungsleitungen, von denen erwartet wird, dass das zukünftige Bohrloch diese entweder oberhalb oder unterhalb ihres Verlaufs kreuzen wird. Für diese Versorgungsleitungen muss der Benutzer die Position der „Einbettung" eingeben, die zur Verlegung der Versorgungsleitung verwendet wurde. Dies geschieht, um sicherzustellen, dass die Benutzer sich an die Vorschriften halten, nach welchen Sie verpflichtet sind, eine Versorgungsleitung physikalisch zu lokalisieren, deren Verlauf die Bohrung oberhalb oder unterhalb kreuzen soll. Kreuzende Versorgungsleitungen verfügen auch über eine zulässige Abweichung. Wenn die geplante Bohrung nicht die zulässige Abweichung der Einbettung beinhaltet, wird eine Warnmeldung angezeigt. Diese Warnmeldung alarmiert den Bediener, dass die Versorgungsleitung sich in einer anderen Position und Ausrichtung näher an der Bohrung befinden könnte als der Bediener erwartet und dass der Bediener eine andere Einbettung graben sollte, um die Versorgungsleitung genau zu lokalisieren.
Nicht kreuzende Versorgungsleitungen sind Versorgungsleitungen, von denen nicht zu erwarten ist, dass die zukünftige Bohrung sie oberhalb oder unterhalb ihres Verlaufs kreuzen wird. Diese Versorgungsleitungen benötigen keine Einbettung zur genauen Feststellung der Tiefe der Versorgungsleitung, da die Bohrung nicht in ihre Nähe kommen wird. Wenn der Bohrplan eine nicht kreuzende Versorgungsleitung kreuzt, erscheint eine Fehlermeldung, um den Bediener auf diesen Irrtum aufmerksam zu machen. Der Benutzer bestimmt 232, ob die Versorgungsleitung eine kreuzende oder nicht kreuzende Versorgungsleitung ist. Wenn zusätzliche Versorgungsleitungen zu bestimmen sind 234, werden die oben beschriebenen Schritte wiederholt, bis das Definitionsverfahren für Versorgungsleitungen abgeschlossen ist 236.
In 7 werden verschiedene Schritte zur Definition der Zielpunkte des Bohrpfads dargestellt. Nachdem sämtliche vorhandenen Objekte eingegeben oder bestimmt wurden, kann der Bediener den Bohrpfad planen. Der Bediener gibt zu diesem Zweck die Anzahl aller Zielpunkte ein, durch welche die Bohrung verlaufen soll. Die Zielpunkte des Bohrpfads werden in Form von dreidimensionalen Positionen (Abstand, Links/Rechts und Tiefe) bestimmt. Nach Einleitung des Definitionsverfahrens der Zielpunkte des Bohrpfads 240 gibt der Bediener 242 die 3D Position eines Zielpunkts durch Bestimmung des Abstands-, Links/Rechts- und Tiefenwertes dieses Zielpunkts ein. Der Bediener kann optional 244 das Gefälle und/oder den Richtungswinkel eingeben, in welchem der Bohrpfad den Zielpunkt kreuzen sollte. Der Bediener kann 246 einem Bohrsegment Eigenschaften für den Biegeradius zuweisen, die von den voreingestellten Standardeigenschaften abweichen, indem er in die Felder für die maximalen und minimalen Krümmungsradien der Zielpunkte neue Werte eingibt. Das oben beschriebene Verfahren 248 wird für jeden zu bestimmenden Zielpunkt wiederholt.
Die Bohrplanungssoftware unterstützt auch die Planung von Bohrsegmenten, die auf einem bestimmten Geländeniveau (d.h. Gefälle) liegen. Wenn 250 ein bestimmtes Bohrsegment auf einem bestimmten Geländeniveau liegt, kann der Benutzer 252 die dreidimensionale Position des ersten Endpunkts des Segments, das gewünschte Gefälle 254 und die horizontale Position 256 eines zweiten Endpunkts des Segments eingeben. Der Bohrpfadplaner berechnet 258 die Tiefe des zweiten Segments unter Anwendung der Trigonometrie und fügt 260 den ersten und den zweiten Endpunkt des Segments in die Liste der Zielpunkte ein. Die Bohrplanungssoftware sortiert 262 alle durch den Benutzer und die Software definierten Zielpunkte nach dem Abstand der Zielpunkte. Der Bediener kann die Berechnung 264 der Einstichs- und/oder Austrittszielpunkte durch Bedienen einer entsprechenden Schaltfläche automatisch initiieren. Alternativ kann diese Berechnung 264 zur selben Zeit erfolgen wie die Berechnung 266 eines Bohrlochs.
In 8 und 9 werden verschiedene Schritte der Berechnung eines Einstichzielpunktes genauer beschrieben. Nach manuellem oder automatischem Start 300 der Berechnung eines Einstichzielpunktes wird ein erster Zielpunkt in der Randschicht (First Sub-Surface Target (FSST)) analysiert 302. Wenn 304 der FSST keinen ihm zugeordneten Gefällewert hat, wird der Gefällewert für den FSST auf Null gesetzt. Wenn 308 der FSST keinen zugeordneten Richtungswinkelwert hat, wird der Richtungswinkel des FSST 310 so eingegeben, dass er in Richtung eines zweiten Zielpunkts in der Randschicht (Second Sub-Surface Target (SSST)) weist oder auf Null gesetzt, wenn kein SSST definiert ist. Vom FSST aus wird die Bohrung schrittweise nach hinten und nach oben gebogen 312. Wenn 314 sich das Bohrlochgefälle nicht innerhalb der Toleranzen des Rahmenwinkels der Bohrmaschine befindet, kann die schrittweise Biegung 312 der Bohrung nach hinten und nach oben fortgesetzt werden. Wenn das Bohrlochgefälle innerhalb der Toleranzen des Rahmenwinkels der Bohrmaschine liegt, legt die Bohrplanungssoftware fest 316, ob das erste Gestänge des Bohrstrangs gerade sein muss. Ist dies der Fall, wird das Bohrloch 318 in gerader Linie erweitert und die Anzahl der Gestängelängen zur Erdoberfläche wird berechnet 320. Der Schnittpunkt des verschobenen neuen Punktes mit der Erdoberfläche bestimmt 322 den Einstichzielpunkt.
In 10 werden verschiedene Schritte dargestellt, die unter anderem die Berechnung der Position eines Austrittszielpunkts für den Bohrpfad beinhalten. Nach manuellem oder automatischem Start 350 dieses Unterprogramms wird ein letzter Zielpunkt in der Randschicht (Last Sub-Surface Target (LSST)) analysiert 352. Das Bohrloch wird vom LSST aus nach oben gebogen 354. Wenn die Bohrung 356 die Erdoberfläche erreicht hat, wird durch den Schnittpunkt des gebogenen Bohrungsverlaufs mit der Erdoberfläche die Position des Austrittszielpunkts bestimmt 358. Wenn sich 360 der Bohrungsverlauf außerhalb des Wertebereichs befindet, wird dies dem Bediener angezeigt 362.
Ein Bohrpfad, der unter Anwendung des Bohrpfadplaners gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert wurde, wird bevorzugt durch eine Mischung aus Bögen und geraden Linien bestimmt. Bögen werden verwendet, um eine Bohrung in die gewünschte Richtung zu drehen und Linien, um an einem gewünschten Zielpunkt anzukommen, der als dreidimensionaler Punkt dargestellt wird. Der Bohrpfadplaner berechnet einen Winkel für einen Bogen, der benötigt wird, um einen Bohrpfad aus einer Richtung in Verbindung mit einem Anfangspunkt (z.B. bestimmter Zielpunkt) in eine Richtung mit einem Zielpunkt (z.B. Nachbarpunkt) zu drehen, sodass diese beiden Punkte mit einer geraden Linie verbunden werden können.
Somit kann für einen Bohrungsverlauf eine Liste mit dreidimensionalen Punkten bestimmt werden, sodass diese Punkte, wenn sie gleichmäßig miteinander verbunden werden, ein „Segment" eines Bohrungsverlaufs bilden. Zur Festlegung dieser Punkte für eine bestimmten Bohrung beginnt der Bohrpfadplaner an einem bestimmten Zielpunkt und bewegt sich systematisch auf einen Nachbarpunkt zu. Alle bis auf den letzten Punkt in der Liste befinden sich in einer vorgegebenen Schrittgrößeneinheit von ihren Nachbarpunkten entlang eines gebogenen Bohrpfads entfernt. Wenn das Segment seinen Zielpunkt erreicht, wird der letzte Punkt zurückgezogen, sodass es nicht über den Zielpunkt hinausgeht.
Einigen Zielpunkten sind Richtungen zugeordnet und anderen nicht. Wenn einem vorgegebenen Zielpunkt keine Richtungskomponente zugeordnet wurde, dirigiert der Bohrpfadplaner das Bohrloch direkt in Richtung des Zielpunktes, ohne das Gefälle oder den Richtungswinkel des Bohrungsverlaufs in Betracht zu ziehen. Wenn einem vorgegebenen Zielpunkt eine Richtung zugeordnet ist, muss der Bohrpfadplaner stattdessen den Bohrungsverlauf zu einem oder mehreren Orientierungspunkten dirigieren, die in einiger Entfernung von Zielpunkt liegen und schrittweise mit dem Zielpunkt zusammenfließen. Der Sinn dieser Orientierungspunkte besteht darin, den Bohrpfad entlang einer bestimmten Strecke zum Zielpunkt zu führen und dabei die für den Zielpunkt geforderte Richtung einzuhalten. Da der Orientierungspunkt den Bohrstrang in Richtung auf den Zielpunkt ausrichtet, bewegt sich der Orientierungspunkt auf den Zielpunkt zu. Mit jeder Iteration wird der Orientierungspunkt aktualisiert. In 29 wird in graphischer Form der Verbindungsprozess von Zielpunkten mit unterschiedlichen Richtungen unter Verwendung der oben erwähnten Orientierungspunkte dargestellt.
Für die Berechnung des Bohrungsverlaufs gemäß obiger Beschreibung muss jedes durch den Bediener definierte Zielpunktpaar miteinander verbunden werden. Jedes Zielpunktpaar kann unter Anwendung der folgenden Unterprogramme verbunden werden, die in Form von Pseudokodes dargestellt sind. Die Unterprogramme simulieren einen tatsächlichen Bohrungsprozess, indem Sie an einem ersten Zielpunkt starten und sich schrittweise in z.B. 25 cm Schritten dem zweiten Zielpunkt nähern, wobei gesagt werden muss, dass die Schrittgröße angepasst werden kann, um die Auflösung der Berechnungen nach Wunsch zu verändern. Bei jedem Schritt berechnet das Unterprogramm die Richtung, in die der Bohrungsverlauf geschwenkt werden sollte, damit sich der Bohrungsverlauf dem zweiten Zielpunkt in richtiger Richtung nähern kann.
Beispiel Nr. 1
Während (der Abstand des ersten Zielpunkts geringer ist als der Abstand des zweiten Zielpunkts)
Wenn (der zweite Zielpunkt keinen Winkel hat) setzen Sie den Orientierungspunkt gleich dem zweiten Zielpunkt
Ansonsten
füllen Sie die fehlenden Zielpunktwinkel mit Winkeln zwischen beiden Zielpunkten auf {Richtungswinkel = tan [(tar2.y-tar1.y)/(tar2.x-tar1.x) ]}
finden Sie die Torusoberfläche um den Zielpunkt, die die Grenze der Biegefähigkeit des Gestänges darstellt.
Berechnen Sie einen Orientierungspunkt

1. der auf gleicher Ebene mit beiden Zielpunkten liegt
2. der auf gleicher Ebene mit den Richtungswinkeln der Zielpunkte liegt
3. wenn er mit dem ersten Zielpunkt verbunden wird, den Torus mit 1 cm erlaubter Bohrungslänge tangential kreuzt, versuchen Sie, die Bohrung (1. Zielpunkt) in Richtung des Orientierungspunkts zu schwenken nähern Sie sich dem Zielpunkt in gerader Linie mit einem unbenutzten Abschnitt von 1 cm. Zeichnen Sie jeden 25. Zielpunkt auf. Zeichnen Sie den letzten (beweglichen) Zielpunkt auf.

Die nun folgenden Unterprogramme können automatisch bei jeder Änderung der Parameter für Topographie, Zielpunkt oder Versorgungsleitung durch den Bediener ausgeführt werden.
Alternativ können diese Unterprogramme zum Zeitpunkt der Bohrungsberechnung ausgeführt werden.
Beispiel Nr. 2
Eingabe von Radien – für jeden Zielpunkt

1. Wenn das Feld für den maximalen Biegeradius des Zielpunkts leer ist oder vom Computer erzeugt wird, wird der standardmäßig vorgegebene maximale Biegeradius hineinkopiert und die Markierung für „computererzeugt" wird eingesetzt. Wenn das Feld für den standardmäßig vorgegebenen maximalen Biegeradius des Zielpunkts leer ist, ist auch das Feld für den maximalen Biegeradius des Zielpunkts leer.
2. Wenn das Feld für den minimalen Biegeradius des Zielpunkts leer ist oder vom Computer erzeugt wird, wird der standardmäßig vorgegebene minimalen Biegeradius hineinkopiert und die Markierung für „computererzeugt" (CGF) gesetzt.

Eingabe von Winkeln – für jeden Zielpunkt

1. Wenn der erster Zielpunkt in der Randschicht (FSST) kein Gefälle hat oder dieses vom Computer zugeordnet wird, wird ihm eine Gefälle = 0° zugeordnet und die CGF wird gesetzt.
2. Wenn der FSST kein Gefälle hat oder die CGF gesetzt ist, wird das Gefälle eingesetzt, damit es in Richtung der Randschicht ausgerichtet ist, falls diese exsistiert, oder damit es in Richtung des zweiten Zielpunkts in der Randschicht ausgerichtet ist und die CGF wird gesetzt.
3. Wenn es keinen Einstichzielpunkt gibt, gehen Sie weiter zu 6.
4. Wenn das Feld für das Gefälle des Einstichzielpunkts leer oder computererzeugt ist, wird irgendein Gefälle eingesetzt, damit es mit dem FSST verbunden werden kann.
5. Wenn das Feld für den Richtungswinkel des Einstichzielpunkts leer ist, wird dieser eingesetzt, damit er in Richtung des FSST ausgerichtet ist, falls er exsistiert, andernfalls wird er auf 0 gesetzt.
6. Für alle Zielpunkte nach dem FSST außer dem Letzten gilt: a) Finden Sie die Richtung zum nächsten Zielpunkt b) Finden Sie die Richtung vom letzten Zielpunkt c) Ordnen Sie leeren Gefälle- und Richtungswinkelfeldern eine gewichtete Kombination aus (a) und (b) basierend auf dem Abstand von jedem Zielpunkt zu.
7. Ein leeres Feld für den Richtungswinkel oder das Gefälle des letzten Zielpunkts wird ausgefüllt, damit er in Richtung des zweiten bis letzten Zielpunkts ausgerichtet ist.

Die Bohrplanungssoftware verwendet ein bewährtes Halbierungsverfahren zur Festlegung des größten erlaubten Biegeradius des Bohrstrangs, der die Zielpunkte verbindet. Nachstehend finden Sie ein Pseudocodebeispiel für dieses Verfahren:
Beispiel Nr. 3

Untere_Grenzwerte ← 0 Wenn (der Zielpunkt einen maximalen Biegeradius hat) Obere_Grenzwerte ← maximaler Biegeradius des Zielpunkts ansonsten Untere_Grenzwerte ← minimaler Biegeradius des Zielpunkts Anwendung des Halbierungsverfahrens ArcSegmentArc Konnektor über Biegeradius = [unterer_Grenzwert .. oberer_Grenzwert] zur Findung des maximalen Biegeradius, der die Zielpunkte verbindet.

Das nachstehende Unterprogramm kann zur Verbindung von benachbarten Zielpunkten verwendet werden.
Dieses Unterprogramm wird in diesem Dokument als ArcSegmentArc Verfahren bezeichnet, die in obigem Beispiel Nr. 2 dargestellt ist. Es wird angenommen, dass jedem Zielpunkt eine Position, Richtung und ein minimaler Biegeradius und möglicherweise ein maximaler Biegeradius zugeordnet wurde.
Beispiel Nr. 4

1. Finden Sie das Segment seg., das die beiden Zielpunkte verbindet.
2. Verwenden Sie dieses Segment als Richtungsvektor und finden Sie Punkt p1, der folgende Bedingungen erfüllt: a) es besteht ein 3D Bogen, der i. einen Endpunkt von p1 hat, der in Richtung seg. ausgerichtet ist, ii. einen Endpunkt am 1. Zielpunkt hat, der in die durch das Gefälle und den Richtungswinkel des 1. Zielpunkts angegebene Richtung ausgerichtet ist iii. den gewünschten Biegeradius hat b) p1 liegt dem 2. Zielpunkt näher als der 1. Zielpunkt
3. Verwenden Sie dieses Segment als den gleichen Richtungsvektor und finden Sie Punkt p2 der folgende Bedingungen erfüllt: a. es besteht ein 3D Bogen, der i. einen Endpunkt von p2 hat, der in Richtung seg. ausgerichtet ist, ii. einen Endpunkt am 2. Zielpunkt hat, der in die durch das Gefälle und den Richtungswinkel des 2. Zielpunkts angegebene Richtung ausgerichtet ist, iii. den gewünschten Biegeradius hat. b. p2 liegt dem 1. Zielpunkt näher als der 2. Zielpunkt
4. Berechnen Sie ein neues Segment seg., das p1 und p2 verbindet.
5. Wenn Sie 1000 Mal an diesem Schritt angekommen sind, gibt es keine Lösung. Geben Sie eine Fehlermeldung ab und beenden Sie den Vorgang.
6. Wenn das neue seg. nicht gleich dem alten seg. ist, gehen Sie zu (2).
7. Verbinden Sie den 1. Zielpunkt mit p1 und verwenden Sie den in (2) definierten Bogen.
8. Verbinden Sie p1 mit p2 und verwenden Sie segment seg.
9. Verbinden Sie p2 mit dem 2. Zielpunkt und verwenden Sie den in (3) definierten Bogen.
10. Die Ergebnisse von 7, 8 und 9 bestimmen den ArcSegmentArc Verlauf, der die beiden Zielpunkte verbindet.

Nachdem der Bohrpfad berechnet ist, überprüft die Bohrplanungssoftware Probleme und berichtet diese dem Benutzer vorzugsweise als Daten in Tabellenform. Probleme werden der Kategorie Warnungen zugeordnet, wenn der berechnete Bohrungsverlauf zu verwenden ist und der Kategorie Fehler, wenn der berechnete Bohrungsverlauf nicht zu verwenden ist.
Der berechnete Bohrungsverlauf wird analysiert, indem er in 25 cm Intervallen abgetastet und auf verschiedene potentielle Probleme hin überprüft wird. Zu diesen potentiellen Problemen gehören zum Beispiel kreuzende Versorgungsleitungen, das Fehlen einer Einbettungsabweichung für eine Versorgungsleitung, das Durchbrechen der Oberfläche, die Überschreitung eines minimalen Sondenwinkels und die Überschreitung eines maximalen Sondenwinkels.
Der Bohrpfadplaner wertet alle Zielpunkte und Winkel aus. Der Bohrpfadplaner stellt sicher, dass mindestens zwei manuell oder automatisch eingegebene Zielpunkte definiert wurden. Der Bohrpfadplaner stellt des weiteren sicher, dass nicht zwei Zielpunkte den gleichen Abstand haben. Bei der Bohrlochberechnung wird angenommen, dass die Eingaben von Zielpunkten eine ständig steigende Abstandskomponente haben. Wenn solche doppelten Zielpunkte existieren, wird der Bediener aufgefordert, einen von ihnen zu löschen oder das Bohrlochberechnungsverfahren wird unterbrochen.
Die Warnung für eine zulässige Abweichung wird zum Beispiel erstellt, wenn der erzeugte Bohrpfad nicht durch den vertikalen zylindrischen Raum verläuft, der durch Abstand, Links/Rechts und die zulässige Abweichung (als Radius) der Einbettung einer kreuzenden Versorgungsleitung bestimmt wird. Eine Oberflächendurchbruchswarnung wird erzeugt, wenn der Bohrpfad aus der Erde herausführt, sodass er oberhalb der bestimmten Topographie verläuft, was als Änderung des Vorzeichens der Tiefe von positiv in negativ erkannt wird. Eine Sondenwinkelwarnung wird erzeugt, wenn das Gefälle in einem Segment des Verlaufs größer oder kleiner ist als die physikalische Kapazität der eingesetzten Sonde.
Eine Fehlermeldung wegen Überschreitens des Biegeradius wird erzeugt, wenn zur Verbindung von zwei Zielpunkten im Bohrpfad ein engerer Biegeradius verwendet werden musste als das erlaubte Minimum. Eine Fehlermeldung wegen Berührung einer Versorgungsleitung wird erzeugt, wenn der Bohrpfadplaner auf den nahegelegensten Punkt zwischen dem Bohrloch (d.h. einer Polynomialkurve) und der Mitte der Versorgungsleitung (d.h. einem Segment) trifft. Wenn der Abstand zwischen diesen Punkten minus dem Radius der Versorgungsleitung minus dem Sicherheitsabstand der Versorgungsleitung minus dem Radius des Bohrlochräumers weniger als Null ergibt, wird angenommen, dass das Bohrloch die Versorgungsleitung kreuzt. Wenn der Durchmesser der Bohrkrone größer ist als der Durchmesser des Bohrlochräumers, wird stattdessen der Durchmesser der Bohrkrone eingesetzt. Eine Fehlermeldung wegen einer nicht kreuzenden Versorgungsleitung wird erzeugt, wenn die Bohrung oberhalb oder unterhalb einer nicht kreuzenden Versorgungsleitung verläuft. Der Bohrpfadplaner ermittelt diese Situation, indem er die vertikale Komponente der Versorgungsleitung und der Bohrung entfernt und überprüft, ob sie sich auf horizontaler Ebene kreuzen.
Nachdem der Bohrungsverlauf berechnet wurde, kann der Bediener eine Anzahl von Berichten und Diagrammen einschließlich der Krümmungsradien, des minimalen Abdeckungsdiagramms, Warnungs- und Fehlermeldungen und Planberichte/Diagramme erzeugen, um die Gültigkeit und Eignung des berechneten Bohrplans zu überprüfen.
Der Bohrpfadplaner analysiert die Statistik des berechneten Bohrungsverlaufs für unterschiedliche Arten von Fehlern. Zum Beispiel überprüft der Bohrpfadplaner, falls anwendbar, ob es möglich war, das erste Gestänge gerade zu lassen. Die Bohrlochstatistik wird auf Unregelmäßigkeiten gescannt. Der berechnete Bohrungsverlauf besteht aus einer Reihe von Segmenten, die bestrebt sind, einen Zielpunkt des Bohrpfads mit dem Nächsten zu verbinden. Wenn ein Segment nicht mit dem nächsten Zielpunkt verbunden werden kann, wird dieses Segment leicht versetzt zum nächsten Zielpunkt und möglicherweise in einer anderen Richtung als der nächste Zielpunkt enden. Diese räumliche Verschiebung und die Winkeldifferenzen werden aufgezeichnet.
Alle Verbindungssegmente verfügen über Verbindungsstellen, selbst wenn sie geglückt sind. Daher scannt der Bohrpfadplaner die Liste der Verbindungsstellen, um festzustellen, ob der horizontale oder vertikale Abstand um mehr als einen vorgegebenen Schwellenwert von z.B. 2 Zoll (0,0508 Meter) abweicht oder ob der Winkel um einen vorgegebenen Schwellenwert von z.B. 0,2 Grad (0,017 Bogenmaß) abweicht. Ist dies der Fall, berichtet der Bohrpfadplaner dies als Fehlermeldung „verfehlt".
Nachdem ein Bohrungsverlauf geplant ist, kann der Bediener die Anzahl der einzelnen Abfragewerte pro Gestänge eingeben, die er sehen möchte. Der Bohrpfadplaner fragt die entsprechenden Werte des Bohrplans ab und zeigt die Ergebnisse in Tabellenform an. In dieser Tabelle finden der Bediener oder die Bohrmaschinensteuereinheit Informationen über Position und Richtung, die zur Einhaltung des Bohrplans benötigt werden. Sie enthält die folgenden Informationen über jeden abgefragten Punkt: Länge entlang des gewölbten Bohrpfads in der Randschicht, Abstand, Tiefe, Gefälle und Richtungswinkel.
Auch Daten über das tatsächlich angelegte Bohrloch können in den Bohrpfadplaner eingeben werden. Ein Bediener kann die Daten des tatsächlich angelegten Bohrlochs auf unterschiedliche Weise abfragen. Eine Möglichkeit besteht darin, die von einem Positionsanzeiger übermittelten Daten des tatsächlich angelegten Bohrlochs manuell aufzuzeichnen. Manuell eingegebene Daten über ein tatsächlich angelegtes Bohrloch können bearbeitet werden. Alternativ kann der Bohrpfadplaner Daten direkt von einem Positionsanzeiger herunterladen.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Bereitstellung einer graphischen Benutzerschnittstelle (GUI), die dem Benutzer den Dialog mit dem Bohrpfadplaner erleichtert. In 11-30 sind gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mehrere über eine GUI erhaltene Bildschirmbilder dargestellt. Im allgemeinen wird durch eine GUI gemäß dieser Ausführungsform die Anzeige der Baustellentopographie, des Oberflächenwassers, der Versorgungsleitungen und der Zielpunkte verfügbar gemacht. Jedes dieser Elemente kann dem Display durch Auswahl des entsprechenden Datenelements in einer Symbolleiste schnell hinzugefügt werden, indem der Cursor in die entsprechende Position gebracht und die linke Maustaste betätigt wird. Topographie, Wasser, Versorgungsleitungen und Zielpunkte können mit einer einfachen Klick- und Ziehmethode auf dem Bildschirm verschoben werden. Topographie, Wasser, Versorgungsleitungen, Zielpunkte oder Zielpunktwinkel können durch Auswahl eines Löschsymbols (Schädel) in der Symbolleiste gelöscht werden, indem man das zu löschende Element im Pop-Up Menü auswählt und das gewünschte Datenelement anklickt.
Wenn der Cursor auf einem Datenelement wie einer Versorgungsleitung plaziert wird und der Cursor für 1,5 Sekunden nicht bewegt wird, erscheint eine Kurzinformationsschaltfläche mit Informationen über dieses Datenelement. Wenn man mit der rechten Maustaste auf ein Datenelement klickt, erscheint ein Dialogfenster mit dem ausgewählten Datenelement zur Bearbeitung. Durch die Verschiebung eines Zielpunktes wird der Bohrungsverlauf in Echtzeit aktualisiert. Die Skalierung entlang der Abstandsachse kann angepasst werden, sodass der gesamte Plan auf 1 bis 20 Bildschirme passt. Diese Funktion wird durch Betätigung einer Zoomtaste erreicht. In der Seitenansicht wird ein goldenes Kreuz zur Einstellung der vertikalen Skalierung verwendet. Die vertikale Skalierung wird immer so angepasst, dass das goldene Kreuz in der Seitenansicht sichtbar bleibt.
Es werden zwei blaue Kästen angezeigt, die Bildseitenverhältnisse von 1:1 haben. Abstand: Höhe und 1:1 Abstand: Links/Rechts. Die blauen Kästen zeigen auch die angezeigten Bildseitenverhältnisse zwischen Abstand, Links/Rechts und Höhe an. Versorgungsleitungen werden in der Farbe angezeigt, die in der Industrienorm für ihren Typ festgelegt wurde. Der Bezugsursprung wird mit einem (0,0) Symbol gekennzeichnet. Die zuletzt durchgeführten 30 Schritte (zufügen, verändern, löschen) können mit einer Eingabetaste „Rückgängig" rückgängig gemacht werden.
Es werden mehrere Sprachen unterstützt, wie zum Beispiel acht Sprachen wie Englisch, Französisch, Deutsch, Italienisch, Holländisch, Spanisch, Dänisch und Portugiesisch. Zum Beispiel kann eine Bohrung in einer Sprache geplant werden und der Plan kann dann in jeder der unterstützten Sprachen ausgedruckt werden. Gefälle und Richtungswinkel können in % Neigung oder Grad angezeigt werden. Die Krümmung der Gestänge kann als Biegeradius, Abstand zur Durchführung einer 90° Drehung oder % Änderung der Neigung pro Gestänge angegeben werden. Abstands-, Höhen-, Tiefen- und Links-/Rechtswerte können individuell in Metern, Zentimetern, Fuß, Zoll oder Fuß und Zoll konfiguriert werden.
Der Benutzer kann verschiedene Berichte in Text-, Daten- oder Diagrammform auswählen und erzeugen. Diese Berichte schließen minimale Erdabdeckungsdiagramme, Pläne und angepasste Berichte ein, zu denen auch Daten über Sondenprobleme, Berichte über Flüssigkeitsvolumen und Daten in Tabellenform gehören, die wiederum Topographie, Zielpunkte, Versorgungsleitungen, Pläne und Daten über tatsächlich angelegte Bohrungen einschließen.
In 11 ist ein Screenshot eines Hauptmenüs 400 einschließlich einer Menüleiste 402 und einem Prüfbereich 404 dargestellt. Die Menüleiste 402 beinhaltet mehrere Schaltflächen einschließlich einer Schaltfläche „Baustelle" 406, „Topographie" 408, „Zielpunkte" 410, „Versorgungsleitungen" 412, „Bohrungen" 414, einer Einstellungsschaltfläche 416 und einer Hilfeschaltfläche 418. Durch Aktivierung einer dieser Schaltflächen werden diverse Funktionen und Arbeitsschritte verfügbar.
Zum Beispiel wird auf Aktivierung der Einstellungsschaltfläche 416 ein Dialogfenster für Einstellungen 420 geöffnet. Mit diesem Dialogfenster für Einstellungen 420 kann der Benutzer durch Anklicken eines Pull-Down Menüs die gewünschte Sprache auswählen. Maßeinheiten und Winkelformate können über Metrik- oder Englischschaltflächen im Auswahlfeld für Einheiten 424 ausgewählt werden. Messeinheiten für die Tiefe können im Auswahlfeld für die Tiefe 428 ausgewählt werden. Wenn englische Messeinheiten ausgewählt werden, kann die Tiefe in Zoll oder in Fuß und Zoll angezeigt werden.
Wenn die Schaltfläche „Automatische Erzeugung des Austrittszielpunkts" 430 angeklickt ist, findet der Bohrpfadplaner automatisch den Austrittspunkt, der dem letzten unterirdischen Zielpunkt am nächsten liegt. Wenn der letzte vom Bediener eingegebene Zielpunkt auf der Erdoberfläche liegt, wird das Programm nicht versuchen, den nächstgelegenen Austrittspunkt zu finden. Wenn die Schaltfläche 430 nicht angeklickt ist, wird das Programm die Bohrung am vom Benutzer zuletzt eingegebenen Zielpunkt beenden, auch wenn sich dieser unterhalb der Erdoberfläche befindet. Wenn die Schaltfläche „Einsetzen von Zielpunktwinkeln während der Bohrung" 432 angeklickt ist, wird der Bohrpfadplaner die vom Programm ermittelten Gefälle- und Richtungswinkel für die Zielpunkte im Dialogfenster „Zielpunkte" speichern (siehe 17).
Wenn ein anderen Bohrungsverlauf angestrebt wird, verwendet das Programm die im Dialogfenster „Zielpunkte" gespeicherten Winkel. Wenn der Benutzer wünscht, dass das Programm die Winkel neu berechnet, müssen die Werte der Zielpunktwinkel und Einstichwinkel im Dialogfenster „Baustelle" (siehe 13) zuerst gelöscht werden. Wenn die Schaltfläche 432 nicht angeklickt ist, werden der Gefälle- und Richtungswinkel, mit Ausnahme des vom Programm bestimmten Einstichwinkels und des Gefälles, nicht im Dialogfenster „Zielpunkte" gespeichert. In diesem Fall werden der Gefälle- und Richtungswinkel für jeden neuen Bohrungsverlauf neu berechnet.
13 zeigt das Dialogfenster „Baustelle" 440, welches geöffnet wird, wenn der Benutzer die in 11 dargestellte Schaltfläche „Baustelle" aktiviert. Das Dialogfenster „Baustelle" 440 wird zur Eingabe und/oder Anzeige spezifischer Informationen bezüglich einer bestimmten Baustelle wie z.B. „Maschine benutzt", „Gestänge benutzt" oder von Produktinformationen verwendet. Wenn das Pull-Down Menü 442 aktiviert wird, werden alle im aktiven Verzeichnis gespeicherten Baustellen angezeigt. Diese Baustellen können durch Doppelklick auf die gewünschte Baustelle geladen werden. Der Benutzer kann den Namen einer neuen oder früher definierten Baustelle eingeben, indem er das Pull-Down Menü 442 benutzt und die Schaltfläche OK 460 anklickt. Die Baustellenbezeichnung erscheint im Baustellenmenü 442 und das aktuelle Datum wird im Datenfenster angezeigt. Mit den Schaltflächen 460, 462, 464 und 466 kann eine Baustelle ausgewählt, hinzugefügt, gelöscht oder geklont werden. Wenn man die Schaltfläche „Klonen" 466 anklickt, werden die gegenwärtig gespeicherten Informationen bezüglich Topographie, Zielpunkten und Versorgungsleitungen in eine andere Baustellendatei kopiert.
Durch Betätigung der Tabulatortaste kann der Benutzer durch die im Dialogfenster „Baustelle" für Dateneingaben verfügbaren Fenster rollen. Der Benutzer kann auch das gewünschte Fenster doppelt anklicken und nur die benötigten Daten eingeben. Das aktuelle Datum erscheint automatisch im Datenfenster, wenn eine neue Baustelle hinzugefügt wird. Andernfalls wird das Datum angezeigt, an dem die Baustelle erstellt wurde. Falls anwendbar, wird die für die Baustelle benötigte minimale Erdabdeckung in Zoll oder Zentimetern in das Fenster „Minimale Erdabdeckung" eingegeben. Bei Eingabe eines minimalen Erdabdeckungswertes wird dieser zur Konstruktion eines Diagramms der minimalen Erdabdeckung verwendet.
Der Rahmenwinkel der Bohrmaschine, der in bezug auf den Horizont in Prozent (%) oder Grad angegeben wird, kann, falls anwendbar, in ein Einstichwinkelfenster eingegeben werden. Wenn dieses Fenster nicht ausgefüllt wird, berechnet der Bohrpfadplaner basierend auf dem Bohrungslayout und dem Winkelbereich des Maschinenrahmens den optimalen Rahmenwinkel. Mit einem Pull-Down Menü für Maschinen 450 kann der Benutzer eine Maschine auswählen, die auf dieser Baustelle eingesetzt werden soll. Wenn das Maschinenmenü 450 aktiviert wird, erscheint eine Liste mit den Maschinen, die dem Benutzer zur Verfügung stehen. Nach Auswahl bestimmter Maschinen erscheinen die verfügbaren Bohrgestängegrößen für die ausgewählte Maschine im Fenster/Menü „Bohrgestängeauswahl" 452, das in 14 dargestellt ist. Auch für andere Maschinen können im Fenster/Menü „Bohrgestängeauswahl" 452 Bohrgestänge ausgewählt werden. Wenn das zu verwendende Bohrgestänge nicht angezeigt wird, kann der Benutzer diese Information manuell in das Fenster/Menü „Bohrgestängeauswahl" 452 eingeben.
Im Auswahlfeld „Bohrgestängeauswahl" 448 kann der Benutzer zusätzliche Informationen über die auf der ausgewählten Baustelle einzusetzenden Bohrgestänge eingeben. Wenn das Dialogfenster „Erstes Bohrgestänge darf gebogen werden" angeklickt ist, lässt der Bohrpfadplaner bei der Berechnung eines Bohrungsverlaufs zu, dass das erste Bohrgestänge gebogen wird. Wenn dieses Feld nicht angeklickt ist, wird bei der Berechnung des Bohrungsverlaufs nicht zugelassen, dass das erste Bohrgestänge gebogen wird. Bei flachen Installationen wird zum Beispiel immer verlangt, dass das erste Bohrgestänge gebogen werden darf.
Das Durchmesserfenster zeigt den Durchmesser des gewählten Bohrgestänge in Zoll oder Zentimetern an. Der Durchmesser von nicht standardmäßigen Bohrgestängen muss immer manuell eingeben werden. Das Längenfenster zeigt die Länge eines Bohrgestänges in Fuß oder Metern an. Die Bohrgestängelänge muss immer manuell eingebeben werden, wenn ein nicht standardmäßiges Bohrgestänge gewählt wurde.
Wenn das erste Bohrgestänge wieder vollständig eingefahren ist, definiert der Abstand von der Bohrkrone bis zum Einstichpunkt eine Einstichpunktverschiebung, die im Fenster „Einstichpunktverschiebung" eingegeben werden kann. Wenn sich der Bohrkopf mit vollständig wieder eingezogenem ersten Bohrgestänge oberhalb der Erdoberfläche befindet, ergibt die Einstichpunktverschiebung eine negative Zahl. Wenn sich der Bohrkopf mit wieder vollständig eingezogenem ersten Bohrgestänge unterhalb der Erdoberfläche befindet, stellt die Einstichpunktverschiebung die Länge der Bohrkopfes unterhalb der Erdoberfläche dar und ist eine positive Zahl. Auch der Bohrgestängedurchmesser, die Bohrgestängelänge und der minimale Biegeradius können im Dialogfenster „Baustelle" 440 angezeigt werden.
Der Biegeradius ist ein wichtiger Eingabeparameter. Der Bohrpfadplaner verwendet den Biegeradius zur Erstellung der Biegungen entlang des Bohrpfads. Es gibt drei mögliche baustellenbezogene Grenzwerte, die bei der Auswahl des richtigen Biegeradius beachtet werden müssen. Diese Grenzwerte sind der zulässige Biegeradius des Bohrgestänges, der zulässige Biegeradius des Produkts (Versorgungsleitung) und die Lenkbarkeit in der Erde oder dem Gestein auf der Baustelle. Von diesen drei Grenzwerten ist die Lenkbarkeit am schwierigsten festzustellen. Der Biegeradius, der am meisten einschränkt, sollte in den meisten Fällen ausgewählt werden. Der Biegeradius wird in drei verschiedenen Formaten angezeigt. Wenn in einem Format eine Änderung vorgenommen wird, wird diese automatisch in den anderen beiden Formaten neu berechnet.
Der Benutzer kann den gewünschten Biegeradius in eines der drei nachstehenden Formate eingeben. Das Biegeradiusformat zeigt den minimalen Biegeradius eines Bohrgestänges oder Produkts in Fuß oder Metern an. Das Format Prozent-des-Gestänges (%/Gestänge) zeigt den Biegeradius als maximale Abweichung von einer geraden Linie eines einzelnen Gestänges oder der Länge eines Produkts an, die der Länge des ausgewählten Gestänges/Produkts entspricht und in Prozent Neigung oder Grad angezeigt wird. Es ist unbedingt zu beachten, dass der Wert für % Neigung in Bezug auf den Horizont bestimmt wird. Eine Änderung der Neigung von 0 % auf 5 % ist z.B. wesentlich größer als eine Änderung der Neigung von 40 % auf 45 %. Wenn in Grad angegeben wird (°), ist die Richtungsänderung von sagen wir 5 ° bei jeder Neigung die Gleiche. Das 90 ° Drehformat zeigt den Biegeradius als Länge des Gestänges oder Produkts an, die benötigt wird, um eine 90 ° Drehung durchzuführen und wird in Fuß oder Metern gemessen.
Produktinformationen können in Fenster eingegeben werden, die in einem Produktpaketfeld 446 verfügbar sind. Der Durchmesser, der in Zoll oder Zentimetern angegeben wird, und die Menge des zu installierenden Produktpakets (z.B. Leitungen, Kabel, usw.) können in die entsprechenden Fenster eingegeben werden. Die Daten der Produktpaketdurchmesser werden zur Berechnung der Erdabdeckungsmenge oberhalb einer Versorgungsleitung verwendet. Die Menge der Produkte des zu installierenden Pakets wird zu Informationszwecken genutzt.
Der in Zoll oder Zentimetern angegebene Durchmesser des einzusetzenden Bohrlochräumers kann in ein Fenster eingegeben werden, das im Durchmesserfeld 446 verfügbar ist. Wenn der Bohrpfadplaner einen Bohrungsverlauf berechnet, verwendet das Programm diese Durchmesserdaten zur Überprüfung des Sicherheitsabstands um ein Hindernis herum und der minimalen Erdabdeckungsmenge. Das Programm nutzt diese Durchmesserdaten auch noch zur Berechnung des Volumens des ausgeräumten Bohrlochs.
Der Durchmesser der Bohrkrone in Zoll oder Zentimetern, die zur Erstellung des Pilotbohrlochs verwendet wird, kann ebenfalls eingegeben werden. Das Programm nutzt diese Durchmesserdaten zur Berechnung des Volumens des Pilotbohrlochs. Alle speziellen Baustellendaten wie Kundenname, Standort usw. können im Fenster „Notizen" 456 eingegeben werden. Diese Informationen werden immer auf dem ersten Blatt des Bohrplanberichts ausgedruckt.
Die Topographie der Baustelle kann durch Anklicken des Schaltfelds Topographie 408 bestimmt werden, das in 11 dargestellt ist. Das Anklicken des Schaltfelds Topographie 408 aktiviert das Dialogfenster Topographie 480, das in 15 dargestellt ist. Das Dialogfenster Topographie 480 wird zur Eingabe von topographischen Informationen entlang des Bohrpfads genutzt. Alle Abstandsmessungen beziehen sich auf einen Bezugspunkt, bei dem Abstand = 0, Höhe = 0 und Links/Rechts = 0 sind. Dieser Bezugspunkt sollte auf der Baustelle leicht zu erkennen sein und muss auch in Zukunft zu erkennen sein, um das installierte Produkt lokalisieren zu können.
Wie bereits vorher erwähnt, wird dieser Bezugspunkt als Baustellenbezugspunkt bezeichnet und kann ein Bohrlocheinstichpunkt, ein Vergleichspunkt oder ein permanenter Geländepunkt usw. sein. Dieser Punkt befindet sich ebenfalls auf der Bezugslinie. Die Bezugslinie ist eine horizontale Line, die durch den Baustellenbezugspunkt verläuft. Diese Bezugslinie kann entlang des Bohrpfads, einer Wand, einer Straße oder einem anderen Geländepunkt auf der Baustelle verlaufen. Ein topographischer Punkt mit Abstand = +35' und Höhe = +12'' zeigt zum Beispiel an, dass dieser Punkt 35' unterhalb der Bezugslinie in Richtung des Bohrpfads und 12'' oberhalb des Baustellenbezugspunkts liegt. Ein Punkt mit Abstand = –20' und Höhe = –24'' liegt 20' hinter und 24'' unterhalb des Baustellenbezugspunkts. Es ist wünschenswert, einen topographischen Punkt nach dem Einstichpunkt und hinter dem Austrittsschacht oder dem letzten Bohrziel hinzuzufügen, um die „Lage des Geländes" anzuzeigen, auf dem das Bohrgerät aufgestellt und wo das Produkt verlegt werden könnte.
Um einen topographischen Punkt hinzuzufügen, klickt der Benutzer ein Abstandsfenster 482 an. Danach gibt der Benutzer den Abstand vom Baustellenbezugspunkt zum einzugebenden Punkt an und betätigt danach die Tabulatortaste. Das Höhenfenster 484 wird jetzt unterlegt. Nun kann der Benutzer die Höhe eingeben und danach wieder die Tabulatortaste betätigen. Zum Löschen von Punkten klickt der Benutzer auf die gewünschte Datenzeile im Fenster 484, um diese zu unterlegen. Danach klickt der Benutzer das Schaltfeld Löschen an. Wenn alle Punkte eingegeben sind, klickt der Benutzer auf OK. Dadurch wird er zurück zum Dialogfenster „Baustelle" 400 geführt, das in 11 dargestellt ist.
Wir kommen nun zu 16, die eine graphische Darstellung einer Baustelle mit darin angezeigten topographischen Punkten darstellt. In der Mitte des Bildschirms wird der Längsschnitt oder die Seitenansicht der Baustelle angezeigt. Diese Ansicht hat einen dreidimensionalen Effekt. An der unteren Kante des Bildschirms wird die Draufsicht der Baustelle angezeigt. Die Größe der Seitenansicht und Draufsicht kann durch Ziehen des weißen Balkens verändert werden, der die beiden Ansichten an der Ober- und Unterseite trennt. Durch Aktivierung des Schaltfeldes „Zielpunkte" 410, das in 11 dargestellt ist, können Bohrpfadziele im Dialogfenster „Zielpunkte" 500, das in 17 dargestellt ist, eingegeben werden. Wenn der Benutzer das Schaltfeld „Hinzufügen" anklickt, kann er ein Bohrpfadziel definieren. Anhand eines Abstandsfensters kann der Benutzer einen Abstand in Fuß oder Metern eingeben, der vom Baustellenreferenzpunkt aus zu einem Punkt auf der Bezugslinie gemessen wurde, der für ihn von Interesse ist. Im Tiefenfenster kann die Tiefe eines Bohrziels in Zoll, Fuß und Zoll oder in Zentimetern eingegeben werden. Alle Tiefen beziehen sich auf die lokale Topographie direkt oberhalb des Zielpunkts und entsprechen den Tiefenanzeigen des Bohrkopfpositionsanzeigers. Die Tiefe bezieht sich nicht auf eine horizontale Linie. Man kann einen Links/Rechtswert eingeben, der die Links/Rechtsposition des Bohrziels in Fuß oder Metern von der Bezugslinie angibt. Die Tiefe des Zielpunkts wird in Bezug auf die Topographie entlang des Bohrpfads oberhalb des Zielpunkts bestimmt. Jede Veränderung der Links/Rechts Position kann den Benutzer veranlassen, die Topographie oberhalb dieses Punkts und dessen Tiefe neu zu definieren.
Ein Gefällefenster ermöglicht dem Benutzer die Eingabe eines Gefällewerts, der das Gefälle des Bohrkopfes in Prozent Neigung oder Grad angibt. Dieses entspricht den auf dem Positionsanzeiger angezeigten Werten für das Gefälle. Dieser Wert ist optional. Wenn er nicht eingegeben wird, berechnet das Programm das Gefälle basierend auf der Position der Nachbarpunkte und des im Dialogfenster „Baustelle" 440, das in 13 dargestellt ist, gewählten minimalen Biegeradius. Richtungswinkeldaten können eingegeben werden. Der Richtungswinkel bezieht sich in diesem Kontext auf eine Seit-zu-Seitverschiebung vom Bohrpfad in Prozent oder Grad, die auch als Heading bezeichnet wird. Dieser Wert ist optional. Wenn er nicht eingegeben wird, berechnet das Programm den Richtungswinkel basierend auf der Position der Nachbarpunkte und des im Dialogfenster „Baustelle" 440 gewählten minimalen Biegeradius. Alle oder die ausgewählten Zielpunkte können durch Anklicken der Schaltflächen „Alle" und „Löschen" gelöscht werden.
Der Benutzer kann eine Schaltfläche „Gefälle beibehalten" anklicken, um das Dialogfenster 502 „Gefälle beibehalten" zu aktivieren, das in 18 dargestellt ist. Die Funktion „Gefälle beibehalten" gestattet dem Benutzer, eine Bohrung graphisch darzustellen und dabei ein konstantes Gefälle beizubehalten. Daten zum ersten und zweiten Zielpunkt des Abschnitts der Bohrung mit konstantem Gefälle können in das Dialogfenster 502 „Gefälle beibehalten" eingegeben werden. Die Abstände vom Baustellenbezugspunkt entlang der Bezugslinie bis zum Anfang und zum Ende des Abschnitts der Bohrung mit konstantem Gefälle werden in die jeweiligen Fenster für den Abstand des ersten und zweiten Zielpunkts eingegeben. Die Links/Rechtsverschiebungen des ersten und zweiten Zielpunkts im Verhältnis zur Bezugslinie werden in die jeweiligen Fenster „Erster und zweiter Zielpunkt Links/Rechts" eingegeben. Die benötigten Tiefen am Anfang und am Ende des Abschnitts der Bohrung mit konstantem Gefälle werden in die jeweiligen Fenster „Tiefe des ersten und zweiten Zielpunkts" eingegeben.
Nach Beendigung der Dateneingabe in das Dialogfenster „Gefälle beibehalten" 502 klickt der Benutzer auf OK und gelangt so zurück zum Dialogfenster „Zielpunkte" 500, das in 17 dargestellt ist. Nach Eingabe aller Zielinformationen kann der Benutzer auf OK klicken und gelangt so zurück zum Dialogfenster „Baustelle" 440, das in 13 dargestellt ist.
19 ist eine graphische Darstellung einer Baustelle mit darin enthaltenen topographischen Punkten und Zielen. Die horizontalen Zahlen oberhalb des Längsschnitts geben den horizontalen Abstand vom Baustellenbezugspunkt zu diesem topographischen Punkt auf der Bezugslinie und den horizontalen Abstand vom vorherigen topographischen Punkt auf der Bezugslinie an. Zum Beispiel bedeutet 100'/25', dass der topographische Punkt sich 100' vom Baustellenreferenzpunkt auf der Bezugslinie und 25' vom vorherigen topographischen Punkt auf der Bezugslinie entfernt befindet.
Vertikale Messungen werden auf ähnliche Weise dargestellt. Zum Beispiel bedeutet 23''/–10'', dass dieser topographische Punkt sich 23'' oberhalb der Erhebung des Baustellenbezugspunkts und 10'' unterhalb des vorherigen topographischen Punkts befindet. Der ABS/CHG Text direkt unterhalb der Schaltfläche „Versorgungsleitungen" besagt, dass die Zahl links oder oberhalb des Schrägstrichs(/) die absolute Distanz oder Höhe vom Baustellenbezugspunkt und der Bezugslinie ist. Die Zahl rechts oder unterhalb des Schrägstrichs (/) gibt die Abstands- oder Höhendifferenz zum vorherigen topographischen Punkt an. Mit den Schaltflächen an der oberen Seite kann der Benutzer zu den Dialogfenstern Topographie und Zielpunkte 480 und 500 zurückgehen, um notwendige Änderungen einzugeben.
Zielpunkte und topographische Punkte können mit einer Quick-Move Funktion durch Anklicken des gewünschten Punktes und Ziehen in eine neue Position auf dem Bildschirm bewegt werden. Ein wie in 23 dargestelltes „Quick-Info" Fenster zeigt die Position und die Höhe des topographischen Punkts und Position, Tiefe, Links/Rechtsverschiebung, Gefälle und Richtungswinkel eines Zielpunkts an, während der Punkt bewegt wird.
Durch Anklicken des Schaltfeldes „Versorgungsleitungen" 412, das in 11 dargestellt ist, kann der Benutzer bereits bekannte vorhandene Versorgungsleitungen in das in 20A dargestellte Dialogfenster „Versorgungsleitungen" 510 und in das in 208 dargestellte Dialogfenster „Versorgungsleitungen" 520 eingeben. Der Benutzer klickt auf das Schaltfeld „Hinzufügen", um Versorgungsleitungen hinzuzufügen. Der Benutzer bestimmt die Versorgungsleitung entweder als kreuzende Versorgungsleitung, indem er das in 20A dargestellte Dialogfenster „Versorgungsleitungen" 510 verwendet oder als nicht kreuzende Versorgungsleitung, indem er das in 20B dargestellte Dialogfenster „Versorgungsleitungen" 520 verwendet. Ein Pull-Down Menü 512 zeigt dem Benutzer die Bezeichnungen für die verschiedenen Typen von Versorgungsleitungen an. Der Benutzer klickt auf den Typ, der die Versorgungsleitung am besten beschreibt und bedient dann die Tabulatortaste, um zum nächsten Dateneingabefenster zu gelangen.
21A und 21B sind Längsschnitte und Draufsichten einer kreuzenden Versorgungsleitung und der verschiedenen Parameter, die in diesem Zusammenhang unter Verwendung des in 20A dargestellten Dialogfensters „Versorgungsleitungen" bestimmt werden. Im allgemeinen müssen bestehende Versorgungsleitungen mit Hilfe der genauesten verfügbaren Mittel lokalisiert werden. Die Position eines Segments der Versorgungsleitung muss identifiziert werden, damit der Bohrpfadplaner diese nutzen kann. Dieses Segment muss den Punkt beinhalten, an dem der Bohrpfad die Versorgungsleitung kreuzt. Die Versorgungsleitung wird im Dialogfenster „Versorgungsleitungen" 510 durch Informationen zum „Endpunkt-1" der Versorgungsleitung, „Endpunkt-2" der Versorgungsleitung und der „Einbettung" identifiziert. Die Position der Einbettung repräsentiert den Punkt, an dem der Bohrpfad oberhalb oder unterhalb der Versorgungsleitung kreuzt. Die Position der Einbettung wird immer durch Graben eines Lochs in nächster Nähe zur Versorgungsleitung und durch Validierung der physikalischen Position der Versorgungsleitung festgelegt.
Eine wie in 21A und 21B dargestellte Einbettung wird durch Eingabe eines Abstand zu dieser Einbettung in Bezug auf den Baustellenbezugspunkt bestimmt, der auf der Bezugslinie gemessen wurde (D1). Der Benutzer gibt die Links/Rechtsverschiebung in Bezug auf die Bezugslinie (L/R1) ein. Die Tiefe der Versorgungsleitung unterhalb der Erdoberfläche in der Einbettung wird in Zoll, Fuß und Zoll oder Zentimeter eingegeben. Der Benutzer gibt den Endpunkt-1 Abstand und die Links/Rechtswerte ein. Der Endpunkt-1 Abstand stellt den Abstand zu Endpunkt-1 in Bezug auf den Baustellenbezugspunkt dar, der entlang der Bezugslinie gemessen wurde (D2). Die Links/Rechts-Verschiebung stellt die Links/Rechtsverschiebung in Bezug auf die Bezugslinie dar(L/R2).
Dann gibt der Benutzer einen Links/Rechtswert für den Endpunkt-2 ein. Dieser Wert gibt an, wie weit ein Hindernis über die Einbettung hinausreichen sollte und stellt die Links/Rechtsverschiebung in bezug auf die Bezugslinie dar (L/R3). Wenn die Verschiebung der Einbettung und die Endpunkt-1 Links/Rechtsverschiebung gleich sind, ist diese Option nicht verfügbar und die Abstandsoption wird verfügbar, damit man angeben kann, wo sich Endpunkt-2 der Versorgungsleitung befindet. Der Endpunkt-1 Abstand repräsentiert den Abstand vom Baustellenbezugspunkt zur Position von Endpunkt-2, der entlang der Bezugslinie gemessen wurde. Dies ist die Beschreibung einer Versorgungsleitung, die entweder oberhalb oder unterhalb des Bohrpfads verläuft.
Nachdem der Benutzer die Position und die Information bezüglich des Typs der Versorgungsleitung in das Dialogfenster „Versorgungsleitung" 510 eingegeben hat, müssen nachstehende Informationen eingegeben werden. Der Benutzer muss den Durchmesser der Versorgungsleitung in Zoll oder Zentimeter eingeben. Dann gibt er den minimalen Sicherheitsabstand um die Versorgungsleitung herum ein. Dieser wird in Zoll oder Zentimetern gemessen. Der minimale Sicherheitsabstand wird in bezug auf die Außenseite der Versorgungsleitung gemessen. Eine Warnmeldung informiert den Benutzer, dass der Sicherheitsabstand genauso groß oder größer sein muss wie der vom Gesetzgeber, Eigentümer der Versorgungsleitung oder anderen bevollmächtigten Quellen geforderte Sicherheitsabstand.
Nun gibt der Benutzer die zulässige Abweichung in Fuß, Zoll oder Zentimetern ein. Die zulässige Abweichung repräsentiert den Bereich um die Mitte der Einbettung herum, um die der Bohrpfad abweichen kann, bevor die Position der Einbettung neu überdacht werden muss. Wenn der Bohrpfadplaner einen Bohrungsverlauf berechnet, erscheint eine Nachricht, die den Benutzer warnt, wenn die zulässige Abweichung überschritten wurde. Wenn Versorgungsleitungen hinzugefügt werden, erscheint eine Liste der Versorgungsleitungen und deren Abstände vom Baustellenbezugspunkt in Fenster 514. Eine Versorgungsleitung kann durch Anklicken dieser gewünschten Versorgungsleitung in der Liste und Anklicken der Schaltfläche „Löschen" gelöscht werden.
In 22A und 22B werden Längsschnitte und Draufsichten einer nicht kreuzenden Versorgungsleitung und die verschiedenen Parameter dargestellt, die in diesem Zusammenhang unter Verwendung des in 20B dargestellten Dialogfensters „Versorgungsleitungen" 520 bestimmt werden. Nicht kreuzende Versorgungsleitungen sind Versorgungsleitungen, von denen nicht erwartet wird, dass sie den Bohrpfad kreuzen. Nicht kreuzende Versorgungsleitungen werden anhand von zwei Zielen identifiziert: „Einbettung" und „Endpunkt-1". Der Einbettungsabstand, der für nicht kreuzende Versorgungsleitungen anwendbar ist, bezieht sich auf den Abstand zur Einbettung oder zu einem Zielpunkt der Versorgungsleitung gemessen entlang der Bezugslinie (D1). Der Benutzer gibt die Links/Rechtsverschiebung in bezug auf die Bezugslinie (L/R1) ein. Die Tiefe der Versorgungsleitung unterhalb der Erdoberfläche in der Einbettung (Tiefe 1) wird ebenfalls eingegeben.
Der Abstand vom Endpunkt-1, der auf eine nicht kreuzende Versorgungsleitung anwendbar ist, bezieht sich auf den Abstand zum Endpunkt-1 der Versorgungsleitung und wird entlang der Bezugslinie gemessen (D2). Der Benutzer gibt die Endpunkt-1 Links/Rechtsverschiebung in bezug auf die Bezugslinie (L/R2) ein. Die Tiefe der Versorgungsleitung unterhalb der Erdoberfläche bei Endpunkt-1 (Tiefe 2) wird ebenfalls in Zoll, Fuß und Zoll oder Zentimetern eingegeben. Der Durchmesser der Versorgungsleitung und der um die Versorgungsleitung geforderte minimale Sicherheitsabstand muss ebenfalls vom Benutzer eingegeben werden. Der minimale Sicherheitsabstand wird von der Außenseite der Versorgungsleitung aus gemessen. Wenn nicht kreuzende Versorgungsleitungen hinzugefügt werden, erscheint in Fenster 522 eine Liste der Versorgungsleitungen und deren Abstände vom Baustellenbezugspunkt. Nachdem alle Versorgungsleitungen identifiziert worden sind, kann der Benutzer auf OK klicken, um den Längsschnitt und die Draufsicht der für die Baustelle definierten Versorgungsleitungen anzuzeigen, was in 19 dargestellt ist.
Versorgungsleitungen können auf dem Bildschirm durch Anklicken der gewünschten Versorgungsleitung und Ziehen in eine neue Position verschoben werden. Ein „Quick-Info" Fenster, das in 23 dargestellt ist, zeigt die Position, Tiefe und Links/Rechtsverschiebung der Versorgungsleitung an, während sie verschoben wird. Sobald man die Maustaste loslässt, erscheint das entsprechende Dialogfenster „Versorgungsleitung", in dem diese Versorgungsleitung unterlegt ist, sodass der Benutzer ihre Position fein abstimmen kann. Informationen über Ziel, Versorgungsleitung und Topographie werden angezeigt, wenn der Cursor für zwei Sekunden auf dem Punkt Ziel, Versorgungsleitung oder Topographie plaziert wird. Es erscheint ein „Quick-Info" Fenster mit allen Informationen über das Element von Interesse.
Unter weiterer Bezugnahme auf 23 können alle Punkte bezüglich Topographie, Zielen und Versorgungsleitungen mit der Symbolleiste 530 hinzugefügt, verändert oder gelöscht werden. Durch Anklicken des Pfeilcursors 532 kehrt ein Symbol in die Symbolleiste zurück und der Pfeilcursor verschwindet. Wenn der Cursor wie oben beschrieben für zwei Sekunden auf einem Merkmal (Ziel, Topographie, usw.) plaziert wird, öffnet sich ein „Quick-Info" Fenster für diesen Punkt. Die „Quick Move" Funktion ermöglich dem Benutzer, den Cursor auf einem Merkmal zu plazieren, die linke Maustaste festzuhalten und diesen Punkt in eine neue Position zu ziehen. Das „Quick-Info" Fenster zeigt die Position dieses Merkmals an, wenn es mit der „Quick-Move" Funktion verschoben wird. Wenn der Benutzer mit der rechten Maustaste auf einen Ziel- oder Topographiepunkt klickt, erscheint das entsprechende Datendialogfenster, in dem dieser Punkt unterlegt ist. Wenn der Benutzer einmal auf eine Versorgungsleitung klickt, erscheint das Dialogfenster „Versorgungsleitungen", in dem diese Versorgungsleitung unterlegt ist.
Mit einem Icon für Topographiepunkte 534 kann der Benutzer Topographiepunkte schnell einfügen. Der Benutzer kann einen Topographiepunkt an jeder Stelle entlang des Bohrpfads einfügen, indem er auf dieses Icon 534 klickt und es in die gewünschte Position verschiebt. Wenn die gewünschte Position gefunden wurde, klickt der Benutzer wieder die linke Maustaste an. Während das Icon verschoben wird, erscheinen im „Quick-Info" Fenster die entsprechenden Positionsinformationen. Wenn der Benutzer den Punkt mit der Maus positioniert hat, kann das Dialogfenster „Topographie" aufgerufen werden, um eine Feinabstimmung der Position vorzunehmen.
Mit einem Icon „Zielpunkt" 536 kann der Benutzer schnell einen Zielpunkt einfügen. Er kann ein Bohrpfadziel hinzufügen, indem er auf dieses Icon 536 klickt und es entlang des Bohrpfads in die gewünschte Position verschiebt. Nachdem er die gewünschte Position gefunden hat, klickt der Benutzer wieder die linke Maustaste an. Das „Quick-Info" Fenster zeigt die Position des Zielpunkts an, während dieser verschoben wird. Nachdem sich der Zielpunkt in der richtigen Position befindet, kann der Benutzer die rechte Maustaste anklicken, um zur Feinabstimmung das Dialogfenster „Zielpunkt" aufzurufen.
Mit einem Icon „Versorgungsleitung" 538 kann der Benutzer schnell eine Versorgungsleitung einfügen. Es erscheint ein Menü, in dem der Benutzer den Typ der einzufügenden Versorgungsleitung bestimmen kann (z.B. CATV, Elektrik, Faser, Gas, andere, Abwasser, Telefon, Wasser, usw.). Nach Auswahl einer Versorgungsleitung bewegt der Benutzer das Icon 538 in die gewünschte Position. Das „Quick-Info" Fenster zeigt die Position der Versorgungsleitung an, während diese verschoben wird. Nachdem die gewünschte Position erreicht ist, klickt der Benutzer wieder auf die linke Maustaste. Es erscheint automatisch das Dialogfenster „Versorgungsleitungen". Der Benutzer definiert die Versorgungsleitung als kreuzend oder nicht kreuzend und überprüft und stimmt danach die Informationen bezüglich Einbettung und Endposition(en) nochmals genau ab.
Mit einem Icon „Löschen" 540 hat der Benutzer Zugriff auf das Symbol „Schnell löschen". Es erscheint ein Menü, in dem der Benutzer das zu löschende Merkmal auswählen kann (z.B. Topographie, Ziele, Gefälle/Richtungswinkel, Versorgungsleitungen, usw.). Der Benutzer wählt den Typ des zu löschenden Merkmals. Das Icon „Löschen" 540 wird auf diesem Merkmal plaziert und der Benutzer klickt einmal, um dieses Merkmal zu löschen. Das Icon „Löschen" 540 bleibt solange aktiv, bis durch einmaliges Anklicken ein anderes Symbol aus der Symbolliste ausgewählt wird.
Mit einem Icon „Rückgängig" 542 kann der Benutzer die letzte Eingabe schnell rückgängig machen. Mehrere Eingaben können rückgängig gemacht werden, indem man die Shift-Taste festhält und auf das Icon „Rückgängig" 542 klickt. Alle Veränderungen auf dem Bildschirm und in den Dialogfenstern für Topographie, Zielpunkte und Versorgungsleitungen kehren zu den Werten zurück, die eingegeben waren, bevor das Schaltfeld „Bohrung" 414 zuletzt angeklickt wurde. Wenn der Benutzer das Schaltfeld „Bohrung" 414 einmal angeklickt und den Bohrpfad neu geplant hat, kann er keine der Veränderungen mehr rückgängig machen, die vor dem Anklicken des Schaltfelds „Bohrung" 414 eingeben waren.
Bezugnehmend auf 24 kann der Benutzer die Bohrung durch Anklicken des Schaltfelds „Bohrung" 414 durchführen. Der Bohrpfadplaner verwendet den im Schaltfeld „Baustelle" angegebenen Biegeradius und Durchmesser des Bohrlochräumers zur Berechnung des Bohrungsverlaufs. Wenn ein Feld für das Gefälle oder den Richtungswinkel nicht ausgefüllt wurde, berechnet das Programm diese Daten automatisch. Das Programm findet auch einen Einstich- und Austrittspunkt (wenn dies im Schaltfeld „Einstellungen" ausgewählt wurde), wenn diese nicht vom Benutzer angegeben wurden. In 24 sind die Einzelheiten eines erfolgreich ausgeführten Bohrplans dargestellt.
Der Benutzer muss die nach Ausführung der Bohrung auf dem Bildschirm angezeigten Warnmeldungen verstehen. Die in 24 aufgeführten Warnmeldungen zeigen dem Benutzer an, dass die Ergebnisse des Bohrpfadplaners bezüglich der Umgehung von unterirdischen Versorgungsleitungen nicht zuverlässig waren. Eine weitere Warnmeldung macht den Benutzer darauf aufmerksam, dass die Ergebnisse des Bohrpfadplaners solange als Schätzungen anzusehen sind, bis der Benutzer die exakte Positionierung der Versorgungsleitungen mittels kommerziell erhältlicher Positionsanzeigesysteme und Positionsanzeigetechniken für Versorgungsleitungen der Industrienorm herausgefunden hat.
Wenn die Bohrung nicht beendet werden kann, erscheint eine Nachricht mit Angabe des Grundes oder der Gründe. Eine nicht erfolgreiche Bohrung kann zum Beispiel auf die Verletzung eines minimalen Biegeradius, einer Kollision mit einer Versorgungsleitung usw. zurückzuführen sein. In 25 finden Sie eine Reihe von Warn- und Fehlermeldungen für eine nicht erfolgreiche Bohrung. Zur Behebung dieser Situation kann der Benutzer Zielpunkte hinzufügen und/oder die Position der Bohrpfadziele, den minimalen Biegeradius und andere Baustellenparameter hinzufügen und noch einmal versuchen, die Bohrung durchzuführen. Wenn eine Bohrung erfolgreich war, erscheint keine Nachricht und die beendete Bohrung wird in wechselweise roten und blauen Segmenten angezeigt, die jeweils ein Gestänge darstellen.
Einzelheiten des Bohrplans können angezeigt und ausgedruckt werden, wenn die Schaltfläche „Plan" 415, die in 24 dargestellt ist, aktiviert wird. Durch Anklicken der Schaltfläche „Plan" 415 erscheint ein Dialogfenster „Bohrplan" 550, das in 26 dargestellt ist. Das Dialogfenster „Bohrplan" 550 erlaubt dem Benutzer die Aktivierung einer Schaltfläche „Details" 552, einer Schaltfläche „Mindesterdabdeckung" 554 einer Schaltfläche „Sondeninfo" 556 und einer Schaltfläche „Datensatzübertragung" 558. Durch Anklicken der Schaltfläche „Details" 552 wird ein Bohrplanbericht erstellt, dessen Daten in Tabellenform in 26 dargestellt sind. Dieser Bericht beinhaltet Informationen, die zur Durchführung der geplanten Bohrung an der Baustelle benötigt werden. Der Bericht zeigt die Volumina des Pilotlochs und des ausgeräumten Bohrlochs an, anhand derer das Schlammvolumen eingeschätzt werden kann. Der Bohrplanbericht wird häufig von der Bohrmannschaft vor Ort als Gestänge-für-Gestänge Richtlinie beim Bohren benutzt. In diesem Bericht werden entlang des Bohrpfads die Gestängelänge, der Abstand vom Baustellenbezugspunkt, die Tiefe des Bohrkopfes, die Links/Rechtsabweichung, das Bohrkopfgefälle und der Richtungswinkel (Heading) angezeigt.
Der Benutzer kann die Anzahl der Abfragewerte (d.h. Datenpunkte) pro Gestänge bestimmen. Mit einem Dialogfenster „Abfragewerte pro Gestänge" (nicht dargestellt) kann der Benutzer die Anzahl der Abfragewerte (Datenpunkte) pro Gestänge verändern. Der Bericht des Bohrpfadplaners gibt einen Abfragewert (Datenpunkt) pro Gestänge vor. Die Zahl in Klammern auf der Schaltfläche „Abfragewerte" 560 gibt die Anzahl der Abfragewerte (Datenpunkte) pro Gestänge an, die auf dem Bohrplanbericht angezeigt werden. Durch Auswahl einer Zahl größer als 1 kann der Benutzer den Bohrungsverlauf feiner abstimmen, um noch häufiger Informationen über Bohrplanung zu erhalten. Wenn der Benutzer zum Beispiel 3 Abfragewerte (Datenpunkte) für ein 15 Fuß Gestänge auswählt, zeigt der Bohrplanbericht 3 Abfragewerte (Datenpunkte) pro Gestänge in 5 Fuß Intervallen an.
Daten über tatsächlich durchgeführte Bohrungen können während oder nach Abschluss der Bohrung eingegeben, um eine Karte der tatsächlich durchgeführten Bohrung zu erstellen. Die Datenpunkte der tatsächlich durchgeführten erscheinen als magentafarbene Dreiecke auf dem Bildschirm. Die Karte der tatsächlich durchgeführten Bohrung kann zusammen mit dem geplanten Bohrpfad in graphischer oder tabellarischer Form ausgedruckt werden. Wenn der Bohrplanbericht ausgedruckt ist, enthält er drei freie Spalten für die tatsächliche Tiefe, die tatsächlichen Links/Rechtsdaten und die tatsächlichen Gefälledaten. Wenn die Daten der tatsächlich durchgeführten Bohrung nach Abschluss der Baustelle eingegeben werden sollen, kann ein Mitglied der Mannschaft während der tatsächlichen Bohrung die tatsächliche Tiefe, Links/Rechtswerte und das Gefälle in diese drei freien Spalten eintragen. Der Benutzer kann diese Informationen nach Beendigung der Bohrung eingeben und als zukünftige Referenz aufbewahren. Diese Daten können über eine entsprechende Schnittstelle von einem Positionsanzeiger in den Bohrpfadplaner hochgeladen werden. In 27 wird dargestellt, wie Daten einer tatsächlich durchgeführten Bohrung zusammen mit Bohrplandaten angezeigt werden. Für jeden „tatsächlichen" Datenwert erscheint ein magentafarbenes Dreieck entlang des Bohrpfads in der auf dem Bildschirm dargestellten Bohrung. Hiermit können die geplanten mit den tatsächlichen Bohrdaten vor Ort verglichen werden.
Ein Diagramm der minimalen Erdabdeckung kann durch Anklicken des Schaltfelds „Minimales Erdabdeckungsdiagramm" 554 erzeugt werden, das in 28 dargestellt ist. Dieses Diagramm, dass in 28 dargestellt ist, zeigt die Erdmenge an, die sich oberhalb des installierten Produkts (Versorgungsleitung) befindet. Es ist zu beachten, dass das Diagramm der minimalen Erdabdeckung in bezug auf die Länge entlang des Gestänges (d.h. als Funktion der Gestängelänge) dargestellt wird und nicht als Abstand entlang der Bezugslinie. Eine dicke schwarze Linie stellt den Bohrstrang dar, ein grauer Bereich die Erdabdeckung auf dem installierten Produkt (Versorgungsleitung), eine gestrichelte Line die geforderte Erdabdeckung und die roten Bereiche stellen die Bereiche dar, in denen die Erdabdeckung geringer ist als der im Schaltfenster „Baustelle" eingegebene Wert für die minimale Erdabdeckung. Die Erdabdeckung wird von der Erdoberfläche zur Oberseite des Durchmessers des Produktpakets gemessen.
Sondeninformationen erhalten Sie durch Anklicken der Schaltfläche „Sondeninformation" 556 im Dialogfenster „Bohrplan" 550. Hier kann der Benutzer Grenzwerte für das Sondengefälle (d.h. Sender) eingeben. Bei bestimmten Sonden/Sendergeräten kann die Genauigkeit ab einem bestimmten Neigung nachlassen. Die kritische Neigung kann bei verschiedenen Gerätetypen und Herstellern unterschiedlich sein und auch von der Bewegungsrichtung abhängen (d.h. positives oder negatives Gefälle). Wenn die Empfindlichkeitsgrenzwerte der Sonde bekannt sind, kann diese Information in ein Dialogfenster „Sondeninformation" (nicht dargestellt) eingegeben werden. Wenn das Gefälle die vom Benutzer eingegeben Grenzwerte überschreitet, erscheint nach Betätigung eines Schaltfelds „Bohrung" 414 eine Nachricht, aus der hervorgeht, dass das Gefälle den Steigungs-/Neigungswinkel α überschreitet, wobei α das Gefälle der Sonde an diesem bestimmten Punkt ist. Die Bohrung wird unter Anwendung der zur Durchführung der Bohrung benötigten Gefälle graphisch berechnet. Nach Abschluss der Berechnung des Bohrungsverlaufs wird eine Warnung angezeigt, die den Bereich lokalisiert, in dem dieser Grenzwert überschritten wurde. Auch im Bohrplanbericht wird neben dem Gefälle, das die eingegebenen Werte überschreitet, eine Meldung angezeigt. Hierdurch wird der Bediener des Positionsanzeigers vor Ort darauf aufmerksam gemacht, dass die Anzeigen des Sondengefälles an diesen Positionen nicht genau sein könnten.
Auf Datensatzübertragungsfunktionen kann durch Aktivierung der Schaltfläche „Datensatzübertragung" 558, die in 26 dargestellt ist, zugegriffen werden. Mit einem Dialogfenster „Datensatzübertragung" kann der Benutzer verschiedene Daten wie DXF formatierte Datensätze in und von APB exportieren und importieren. Auch das Hochladen und Herunterladen von Positionsanzeigerdaten kann in der Datensatzübertragungsfunktion ausgewählt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein Dialogfenster „Positionsanzeigerverbindung" aktiviert werden, in dem der Benutzer eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Bohrpfadplaner und einem Positionsanzeigegerät oder System herstellen kann. Ein Positionsanzeigegerät und dessen Hersteller können vom Benutzer ausgewählt oder angegeben werden, sodass die geeigneten Parameter ausgewählt werden, um die Kommunikationsschnittstelle des Bohrpfadplaners so zu konfigurieren, dass Positionsdaten vorzugsweise in Echtzeit vom Positionsanzeigegerät empfangen werden können.
In einer alternativen Ausführungsform können elektronische Sensoren, die im Bohrloch in direkter Nähe des Bohrwerkzeugs positioniert sind, allein oder in Kombination mit einem überirdischen Positionsanzeiger Positionsdaten der Bohrwerkzeugs zur Verfügung stellen, die über eine Kommunikationsverbindung durch den Bohrstrang oder den überirdischen Positionsanzeiger zum Bohrpfadplaner übertragen werden können. Somit können aktuelle Bohrpfaddaten auf dem Bohrpfadplaner hochgeladen und in Echtzeit auf dem Display des Bohrpfadplaners oder des Positionsanzeigers angezeigt werden. Zu Beispielzwecken kann anhand von durch den Bohrpfadplaner in Echtzeit erfassten Daten der Bohrwerkzeugposition eine dynamische graphische Konstruktion des tatsächlichen Bohrpfads in Echtzeit erstellt werden, die mit dem Planpfad verglichen werden kann (siehe z.B. 27).
Ein Dialogfenster „Drucken" wird geöffnet, wenn das in 26 dargestellte Schaltfeld „Drucken" aktiviert wird. Der Bohrpfadplaner kann eine Vielzahl von Berichten und Diagrammen ausdrucken, die auch nachstehende Berichte beinhalten: Bohrplanbericht, Diagramm der minimalen Erdabdeckung, das Bohrungsraster, die topographische Informationsseite, die Informationsseite zu den Zielpunkten und die Informationsseite zu den Versorgungsleitungen. Einer oder mehrere dieser Ausdrucke können die nachstehenden Informationen beinhalten: Volumina des Pilotlochs und des ausgeräumten Bohrlochs, Aufstellungsort der Maschine in bezug auf den Baustellenbezugspunkt, im Dialogfenster „Baustelle" eingegebene Notizen, Baustellenbezeichnung, Maschinentyp, Einstichwinkel, Gestängelänge, Durchmesser und Biegeradius, Länge des Startgestänges, Versionsnummer des Programms und Datum und Zeit des Ausdrucks.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und unter Bezugnahme auf 30-32 kann der Bohrpfadplaner gemäß der vorliegenden Erfindung auch als Teil eines Steuersystems zur Steuerung einer unterirdisch bohrenden Bohrmaschine wie einer horizontalen Bohrmaschine verwendet werden. Ein Bohrmaschinensteuersystem kann den Bohrpfadplaner zur Unterstützung der Automatisierung des Bohrvorgangs einsetzen. Zusätzlich zu der hierin beschriebenen Funktionalität kann ein Bohrpfadplaner gemäß der vorliegenden Erfindung so verbessert werden, dass er tatsächliche Positionsdaten des Bohrwerkzeugs aus einer Vielzahl von Quellen, einschließlich überirdischer
Zielverfolgungsgeräte/Positionsanzeiger/Stellenrückmelder und im Bohrloch befindlichen elektronischer Sensoren empfangen kann.
Zum Beispiel können während der Ausschachtung von einem erdbodendurchdringenden Radarsystem oder seismologischen Sensor, der sich im Bohrwerkzeug oder unter der Erde befindet, geophysikalische Daten in Echtzeit erfasst und während der Ausschachtung analysiert werden. Diese Daten können dazu verwendet werden, um einen vorgefertigten Bohrplan zu verbessern, falls gefordert oder gewünscht.
In 30 wird ein Blockdiagramm verschiedener Komponenten eines Bohrsystems einschließlich der Bohrplanungssoftware und/oder Datenbank 78 dargestellt, welches gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Steuerung eines Bohrwerkzeugs in Echtzeit ermöglicht. Gemäß der in 30a dargestellten Ausführungsform beinhaltet eine Bohrmaschine 70 einen Zentralprozessor 72, der mit mehreren Steuerungsgeräten, Sensoren und Datenspeicherungs-/Bearbeitungsressourcen zusammenarbeitet. Der Zentralprozessor 72 bearbeitet Positions- und Ausrichtungsdaten des Bohrwerkzeugs, die vom Bohrwerkzeug 81 über den Bohrstrang 86 oder alternativ über die Zielverfolgungseinheit 83 zu einem Sendeempfangsgerät (nicht dargestellt) der Bohrmaschine 70 kommuniziert werden. Der Zentralprozessor 72 kann auch geographische und/oder topographische Daten von einer externen geographischen Bezugseinheit 76 empfangen, die ein GPS-System (Global Positioning System), ein Geographic Reference System (GRS), ein Bodenradarsystem, eine lasergestützte Punktsteuerung, eine ultraschallgestützte Punktsteuerung oder ein Überwachungssystem zur Erstellung einer absoluten geographischen Position der Bohrmaschine 70 und des Bohrwerkzeugs 81 beinhaltet.
Eine Maschinensteuereinheit 74 koordiniert den Betrieb der verschiedenen Pumpen, Motoren und anderen Mechanismen, die an der Drehung und Verschiebung des Bohrwerkzeugs 81 während des Bohrvorgangs beteiligt sind. Die Maschinensteuereinheit 74 koordiniert auch die Zufuhr von Schlamm/Schaum/Luft zum Bohrwerkzeug 81 und Veränderungen an der Zusammensetzung des Schlammes/Schaums und der Luft gemacht werden, um die Produktivität des Bohrwerkzeugs zu fördern. Die Maschinensteuereinheit 74 kann z.B. unter Anwendung einer automatischen Gestängeladevorrichtung auch die Bewegung der Kreiselpumpe regeln, wenn ein Rohrschuss auf den Bohrstrang geschraubt wird.
Der Zentralprozessor 72 hat immer Zugriff auf mehrere automatisierte Unterprogramme für den Bohrmodus 71 und die Trajektorie 69, die bei Bedarf oder auf Wunsch ausgeführt werden können. Eine Bohrplandatenbank 78 speichert neben vielen anderen Daten auch Daten eines vorgeplanten Bohrverlaufs einschließlich des Abstands und der Abweichungen des geplanten Bohrpfads, der Bohrziele, der bekannten Hindernisse, der unbekannten Hindernisse, die während des Bohrvorgangs entdeckt werden, der bekannten/geschätzten Parameter der Erd-/Felsbeschaffenheit und die Bohrmaschineninformationen wie den erlaubten Biegeradius des Bohrstrangs oder des Produkts.
Der Zentralprozessor 72 oder ein externer Computer kann die Bohrplanungssoftware 78 ausführen, wodurch ein Bohrplan auf der Baustelle entworfen und geändert werden kann. Der auf der Baustelle entworfene Bohrplan kann dann für den späteren Gebrauch in die Bohrplandatenbank 78 geladen werden. Wie nachstehend noch genauer beschrieben, kann der Zentralprozessor 72 die Bohrplanungssoftware ausführen und während eines Bohrvorgangs mit der Bohrplandatenbank 78 eingreifen, um „während der Übertragung" als Reaktion auf die Entdeckung von unterirdischen Gefahren, nicht wünschenswerter Geologie und vom Bediener initiierter Abweichungen vom geplanten Bohrprogramm in Echtzeit Berechnungen zur Anpassung des Bohrplans vorzunehmen.
Eine geophysikalische Datenschnittstelle 82 empfängt Daten von verschiedenen geophysikalischen und/oder geologischen Sensoren und Instrumenten, die an der Arbeitsstelle oder am Bohrwerkzeug angebracht werden können. Die so erhaltenen geophysikalischen/geologischen Daten werden vom Zentralprozessor 72 verarbeitet, um die unterschiedlichen Erd-/Felsbeschaffenheiten wie Härte, Porosität, Wassergehalt, Erd-/Felstyp, Erd-/Felsveränderungen und so weiter zu charakterisieren. Die verarbeiteten geophysikalischen/geologischen Daten kann der Zentralprozessor 72 zur Steueränderung von Aktivität und Lenkung des Bohrwerkzeugs verwenden. Zum Beispiel könnten die geophysikalischen/geologischen Daten die Existenz sehr harter Erde/Felsen wie Granit oder sehr weicher Erde wie z.B. Sand anzeigen. Die Maschinensteuereinheit 74 kann diese Information zum Beispiel nutzen, um den Betrieb der Druck-/Rückhol- und Kreiselpumpen so zu verändern, dass die Produktivität des Bohrwerkzeugs für einen vorhandenen Erd-/Felstyp optimiert wird.
Als weiteres Beispiel kann der Zentralprozessor 72 den tatsächlichen Biegeradius eines Bohrstrangs 86 während des Bohrvorgangs überwachen und den tatsächlichen Biegeradius des Bohrstrangs mit dem für diesen speziellen Bohrstrang 86 oder des zu installierenden Produkts maximal zulässigen Biegeradius vergleichen. Die Maschinensteuereinheit 74 kann den Betrieb der Bohrmaschine verändern und zusätzlich oder alternativ kann der Zentralprozessor 72 einen alternativen Bohrpfad berechnen, um die Einhaltung des für den eingesetzten Bohrstrang oder das zu installierende Produkt erforderlichen maximal zulässigen Biegeradius sicherzustellen.
Der Zentralprozessor 72 kann den tatsächlichen Biegeradius des Bohrstrangs/Produkts überwachen, diesen mit dem vorgeplanten Bohrpfad- und Lenkungsplan vergleichen und weitere Steuersignale einfügen, um sich der Begrenztheit der Lenkbarkeit in den Erd-/Felsflözen anzupassen. Außerdem kann der Zentralprozessor 72 den tatsächlichen Biegeradius, den Lenkbarkeitsfaktor, geophysikalische Daten und andere Daten überwachen, um den Grad der Begradigung des Bohrpfads, der während der Bohrlochausräumung auftritt, voraussagen zu können. Vorausgesagte Bohrpfadbegradigung, Durchmesser des Bohrlochräumers, Bohrpfadlänge, Typ/Gewicht des zu installierenden Produkts und der gewünschte Sicherheitsabstand um Versorgungsleitungen/Hindernisse können für Veränderungen des vorgeplanten Bohrpfads genutzt werden. Diese Informationen können auch zur Planung eines Bohrpfads während der Bohrung verwendet werden, um während der Ausräumung das Risiko der Berührung von Versorgungsleitungen/Hindernissen zu reduzieren.
Der Zentralprozessor 72 kann auch Daten empfangen und verarbeiten, die von einem oder mehreren Werkzeugsensoren übertragen werden Ausrichtung, Druck und Temperatur können zum Beispiel von entsprechenden Sensoren im Bohrwerkzeug 81 wie einem Druckmesser zur Messung des Drucks gemessen werden. Derartige Informationen können in den vom Bohrwerkzeug 81 übertragenen Signalen codiert werden, indem ein Bohrwerkzeugsignal mit einem Informationssignal verstärkt oder als Informationssignal getrennt vom Bohrwerkzeugsignal übertragen wird. Wenn der Zentralprozessor 72 ein codiertes Bohrwerkzeugssignal empfängt, wird dieses decodiert, um den Inhalt des Informationssignals aus dem Inhalt des Bohrwerkzeugssignals herauszufiltern. Der Zentralprozessor 72 kann den Bohrmaschinenbetrieb als Reaktion auf die Sensorinformationen verändern, wenn dies gewünscht oder gefordert wird.
Wir möchten nochmals klarstellen, dass der in 30 und anderen Abbildungen dargestellte Zentralprozessor 72 in einen Einzelprozessor, Computer oder Gerät implementiert werden kann, aber nicht muss. Die vom Zentralprozessor 72 durchgeführten Funktionen können von mehreren oder verteilten Prozessoren und/oder mehreren Schaltkreisen oder anderen elektronischen Geräten durchgeführt werden. Alle oder einige der Funktionen des Zentralprozessors können von einer ferngesteuerten Bearbeitungseinrichtung wie einer ferngesteuerten Einrichtung durchgeführt werden, welche den Bohrmaschinenbetrieb über Satellit oder andere schnelle Kommunikationsverbindungen regelt. Beispielsweise können auch die gesamte oder teilweise Funktionalität der Maschinensteuereinheit 74, der automatisierten Bohrmodusunterprogramme 71, der trajektorischen Unterprogramme 69, der Software/Datenbank zur Bohrplanerstellung 78, der geophysikalische Datenschnittstelle 82, der Benutzerschnittstelle 84 und des Displays 85 in den Zentralprozessor 72 integriert werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 30 ermöglicht eine Benutzerschnittstelle 84 die Interaktion zwischen Bediener und Bohrmaschine 70. Die Benutzerschnittstelle 84 beinhaltet verschiedene manuell bedienbare Steuerungen, Messinstrumente, Anzeigen und Displays zur Kommunikation von Informationen und Anweisungen zwischen dem Bediener und der Bohrmaschine 70. Wie in 30 dargestellt, kann die Benutzerschnittstelle 84 ein Display wie zum Beispiel ein Flüssigkristalldisplay (LCD) oder ein aktives Matrixdisplay, ein alphanumerisches Display oder ein Kathodenstrahlröhrendisplay (z.B. ein emittierendes Display) beinhalten.
Des weiteren kann die Benutzerschnittstelle 84 eine Web/Internet-Schnittstelle zur Kommunikation von Daten, Datensätzen, Emails und so weiter zwischen der Bohrmaschine und den Internetbenutzern/Standorten wie einem zentralen Steuerungsstandort oder einer ferngesteuerten Wartungseinrichtung einschließen. Diagnostische und/oder Leistungsdaten können zum Beispiel von einem Außenstandort aus über die Web/Internetschnittstelle analysiert oder heruntergeladen werden. Des weiteren können Softwareaktualisierungen über die Web/Internetschnittstelle von einem Außenstandort zur Bohrmaschine oder dem Elektronikpaket der Bohrmaschine übertragen werden. Auch eine gesicherte (z.B. nicht öffentliche) Kommunikationsverbindung kann verwendet werden, um die Kommunikation zwischen einem Außenstandort und der Bohrmaschine oder dem Bohrwerkzeug herzustellen.
Der Teil des Displays 85, der in 30 dargestellt ist, beinhaltet ein Display 79, das Informationen über einen vorgeplanten Bohrpfad wie den derzeitig verwendeten Bohrplan oder einen oder mehrere alternativ entwickelte oder in der Entwicklung befindliche Bohrpläne für eine bestimmte Baustelle visuell kommunizieren kann. Während oder nach einer Bohrung werden im Display 77 tatsächliche Informationen über den Bohrungsverlauf graphisch dargestellt. Bei Anwendung während des Bohrprozesses kann der Bediener das Display für den vorgeplanten Bohrungsverlauf 79 und das Display für den tatsächlichen Bohrungsverlauf 77 betrachten, um Fortschritte und Genauigkeit der Bohrung einschätzen zu können.
Abweichungen des tatsächlichen Bohrverlaufs, ob vom Benutzer oder vom Zentralprozessor verursacht, können entweder unterlegt oder auf andere Weise auf dem Display für den tatsächlichen Bohrungsverlauf 77 hervorgehoben werden, um den Bediener visuell auf diese Abweichungen aufmerksam zu machen. Es kann auch ein hörbares Warnsignal erzeugt werden.
Die Anzeige eines tatsächlichen Bohrpfads und/oder eines während der Bohrung angepassten Bohrpfads kann über einen vorgeplanten Bohrpfad gelegt und auf dem selben wie auch auf einem eigenen Display angezeigt werden. Des weiteren können die Displays 77 und 79 zwei Anzeigefenster eines einzigen physikalischen Displays bilden. Je nach Bedarf kann jede Art von Ansicht, wie eine Draufsicht, Seitenansicht oder perspektivische Ansicht oder auch eine Ansicht in bezug auf den Bohrer oder die Spitze des Bohrwerkzeugs oder beispielsweise eine schräge, isometrische oder orthographische Ansicht erzeugt werden.
Es ist von Vorteil, dass die auf den Displays für den vorgeplanten und den tatsächlichen Bohrungsverlauf 79 und 77 angezeigten Daten zur Konstruktion eines Datensatzes des „tatsächlich gebohrten" Bohrpfads und eines Datensatzes der Bohrpfadabweichungen verwendet werden können, aus der die Abweichungen zwischen dem vorgeplanten und dem tatsächlichen Bohrpfad hervorgehen. Die Daten des tatsächlich erstellten Bohrpfads enthalten immer dreidimensionale Daten über den tatsächlichen Bohrpfad (z.B. x-, y- und Z-Pläne), die Einstichs- und Austrittsposition des Bohrlochs, den Durchmesser des Pilotbohrlochs und des ausgeräumten Bohrlochs, aller, einschließlich der vor oder während des Bohrvorgangs bestimmten Hindernisse, wasserführenden Bereiche und anderer damit zusammenhängender Daten. Geophysikalische/geologische Daten, die vor, während oder nach der Bohrung gesammelt wurden, können auch in die Daten der tatsächlich durchgeführten Bohrung aufgenommen werden.
Wir kommen nun zu 31, einer wie bereits zuvor beschriebenen Bohrplandatenbank/Software 78, auf die der Zentralprozessor zwecks Erstellung eines Bohrplans, Speicherung eines Bohrplans und Zugang zu einem Bohrplan während einer Bohrung zugreifen oder die im Zentralprozessor installiert werden kann. Ein Benutzer wie ein Bohrpfadentwerfer oder ein Bohrmaschinenbediener kann über eine Benutzerschnittstelle 84 auf die Bohrplandatenbank 78 zugreifen. In einer Konfiguration, bei welcher der Zentralprozessor 72 mit einem außerhalb der Bohrmaschine befindlichen Computer wie einem Personalcomputer kooperiert, schließt die Benutzerschnittstelle 84 immer ein Benutzereingabegerät (z.B. eine Tastatur, Maus, usw.) und ein Display ein. In einer Konfiguration, bei welcher der Zentralprozessor 72 zur Durchführung der Bohrpfadalgorithmen oder zur Interaktion mit der Bohrplandatenbank 78 eingesetzt wird, beinhaltet die Benutzerschnittstelle 84 ein Benutzereingabegerät und ein Display, das sich an der Bohrmaschine befindet oder ein Teil des Zentralprozessorgehäuses ist.
Ein Bohrplan kann durch Einsatz der Bohrplanerstellungssoftware im Zentralprozessor 72 effizient entworfen, ausgewertet oder modifiziert werden. Alternativ kann ein Bohrplan auch unter Verwendung eines von der Bohrmaschine unabhängigen Computers erstellt und danach in die Bohrplandatenbank 79 hochgeladen werden, damit der Zentralprozessor 72 diesen durchführt oder modifiziert. Wenn ein Bohrplan erstellt ist, wird er in der Bohrplandatenbank 78 gespeichert und kann während einer Bohrung vom Zentralprozessor 72 abgerufen werden.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein vorher erstellter Bohrplan während einer Bohrung bei Entdeckung eines unbekannten Hindernisses oder bei einer Bohrung durch Erde/Fels, bei der die Lenkung und/oder die Ausschachtungskapazität des Bohrwerkzeugs erheblich beeinträchtigt wird, dynamisch modifiziert werden. Nach Entdeckung einer dieser Bedingungen versucht der Zentralprozessor 72, wenn er dazu befähigt ist, einen „am besten passenden" alternativen Bohrpfad während der Bohrung zu berechnen, der so nah wie möglich entlang der nachfolgenden Zielpunkte verläuft. Die Entdeckung eines nicht identifizierten oder unbekannten Hindernisses wird dem Bediener mitgeteilt und er erhält auch eine Nachricht darüber, dass ein alternativer Bohrplan automatisch oder nach Empfang eines Eingabebefehls des Benutzer berechnet werden kann. Wenn der alternative Bohrplan als durchführbar bewertet wird, wird das Bohrwerkzeug ohne Unterbrechung entlang des neu berechneten alternativen Bohrpfads geführt.
Wenn kein durchführbarer alternativer Bohrpfad berechnet werden kann, stoppt der Zentralprozessor 72 die Bohrung und gibt eine entsprechende Warnmeldung an den Bediener heraus.
Wie bereits zuvor beschrieben, kann der Zentralprozessor 72 während einer Bohrung auf die Bohrplandaten zugreifen, die in der Bohrplandatenbank 78 gespeichert sind, um festzustellen, ob ein tatsächlicher Bohrpfad genau entlang eines geplanten Bohrpfads verläuft. Echtzeitkorrekturen des Verlaufs können nach Feststellung einer Abweichung zwischen dem geplanten und dem tatsächlichen Bohrpfad durch das Maschinensteuergerät 74 vorgenommen werden. Anhand der in 30 dargestellten tatsächlichen und vorgeplanten Bohrungsverlaufsanzeige 77 und 79 kann die tatsächliche Position des Bohrwerkzeugs zum Vergleich mit einer Anzeige der vorgeplanten Position des Bohrwerkzeugs angezeigt werden. Tatsächliche Bohrdaten des tatsächlichen Bohrpfads können aus den direkt von einem Zielverfolgungsgerät wie dem in 30 dargestellten Zielverfolgungsgerät 83 heruntergeladenen Daten manuell oder automatisch eingegeben werden. Alternativ können basierend auf den trajektorischen Informationen der Navigationselektronik 89 am Bohrwerkzeug 81 tatsächliche Bohrdaten bezüglich des tatsächlichen Bohrpfads konstruiert werden.
In 32 ist ein Blockdiagramm eines Systems 100 dargestellt, das verschiedene Arbeitsschritte einer Bohrmaschine oder eines Bohrwerkzeugs in Echtzeit kontrolliert und bei dem sich gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ein Sensor direkt im Bohrloch befindet. Bei Kontrollschleife L_A beinhaltet das System 100 eine Schnittstelle 73, mit der das System 100 verschiedene Arten von Sensorpaketen 89 einschließlich Paketen unterbringen kann, die Magnetometer, Sensoren zur Beschleunigungsmessung, Gyroskope, verschiedene geographische/-umwelttechnische Instrumente und Sensoren des Bohrwerkzeugs sowie Verfahrenen zur Messwertübertragung beinhalten.
Die Schnittstelle 73 kann Hardware- und Softwareelemente beinhalten, die entweder selbstanpassend oder manuell modifiziert werden können, damit der Bohrwerkzeugsensor und die Kommunikationskomponenten sowie die Komponenten des Zentralprozessors des Bohrsystems 100 miteinander kompatibel sind. In einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung kann die Schnittstelle 73 selbstanpassend konfiguriert werden, um mechanische, elektrische und Datenkommunikationsspezifikationen der Bohrwerkzeugelektronik aufzunehmen. Somit wird durch diese Schnittstelle 73 die technologische Abhängigkeit eliminiert oder erheblich reduziert, die andernfalls eine Vielzahl spezialisierter Schnittstellen zur Aufnahme einer entsprechenden Vielzahl an Bohrwerkzeugkonfigurationen erforderlich machen würde.
Bei Kontrollschleife L_B gestattet eine Schnittstelle 75 dem System 100 die Aufnahme verschiedener Arten von Positionsanzeigern und Zielverfolgungsgeräten, Überbrückungseinheiten, geophysikalischen/umwelttechnischen Instrumenten und Sensoren sowie Verfahren zur Messwertübertragung. Wie die Schnittstelle 73 der Kontrollschleife L_A kann auch die Schnittstelle 75 Hardware- oder Softwareelemente beinhalten, die entweder selbstanpassend oder manuell modifiziert werden können, damit die Komponenten des Zielverfolgungsgeräts/Bohrwerkzeugs und die Komponenten des Zentralprozessors des Bohrsystems 100 miteinander kompatibel sind. Die Schnittstelle 75 kann selbstanpassend konfiguriert werden, um mechanische, elektrische und Datenkommunikationsspezifikationen der Elektronik der Zielverfolgungseinheit oder des Bohrwerkzeugs aufzunehmen.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird der Zentralprozessor 72 über die Schnittstelle 75 an ein Sendeempfangsgerät 110 und mehrere andere Sensoren und Geräte angeschlossen dargestellt, sodass eine optimale Kontrollschleife L_B definiert wird. Gemäß dieser alternativen Ausführungsform empfängt das Sendeempfangsgerät 110 Telemetriedaten von der Zielverfolgungseinheit 83 und kommuniziert diese Informationen zum Zentralprozessor 72. Das Sendeempfangsgerät 110 kann auch vom Zentralprozessor 72 oder von anderen Prozessen aus System 100 empfangene Signale wie Konfigurationsbefehle an das Bohrwerkzeug, diagnostische Sendebefehle, Befehle zum Herunterladen der Software usw, an die Zielverfolgungseinheit 83 kommunizieren. Gemäß einer weniger komplexen Ausführungsform kann das Sendempfangsgerät 110 durch einen Empfänger ersetzt werden, der Daten empfangen aber nicht übertragen kann.
Unter Verwendung der vom im Bohrloch befindlichen Sensoreinheit 89 empfangenen Telemetriedaten und, falls dies gewünscht wird, Verschiebungsdaten des Bohrstrangs, berechnet der Zentralprozessor 72 den Bereich und die Position des Bohrwerkzeugs 81 in Bezug auf die Erdgleiche oder eine vorher festgelegte Bezugsposition. Der Zentralprozessor 72 kann unter Verwendung bekannter GPS-Techniken auch die absolute Position und Elevation des Bohrwerkzeugs 81 berechnen. Unter Verwendung der von der Zielverfolgungseinheit 83 empfangenen Telemetriedaten kann der Zentralprozessor 72 auch einen oder mehrere Gefälle-, Gier- und Rollwinkel (p, y, r) des Bohrwerkzeugs 81 berechnen.
Basierend auf der vom Bohrwerkzeug übertragenen elektromagnetischen Sondensignalen kann auch die Tiefe des Bohrwerkzeugs bestimmt werden. Der Gefälle-, Gier- und Rollwinkel können allerdings auch vom direkt im Bohrloch befindlichen Sensor 89 allein oder in Zusammenarbeit mit dem Zentralprozessor 72 berechnet werden. Geeignete Techniken zur Bestimmung der Position und/oder Ausrichtung des Bohrwerkzeugs 81 kann der Empfang von sondenartigen Telemetriesignalen (z.B. Radiofrequenz (RF) magnetische oder akustische Signale) einschließen, die von der direkt im Bohrloch befindlichen Sensoreinheit 89 des Bohrwerkzeugs übertragen werden.
Die direkt im Bohrloch befindliche Sensoreinheit 89 kann über eine Vielzahl von Sensoren und Kapazitäten zur direkten Verarbeitung von Signalen verfügen. Zum Beispiel kann die Sensoreinheit 89 einen oder mehrere inerte Navigationssensoren (z.B. Gyroskope oder Geschwindigkeitsmesser) beinhalten, die wiederum Magnetometer und andere Sensoren beinhalten können. Derartige Sensoren können unter Anwendung konventioneller Herstellungstechniken oder fortschrittlicher Techniken wie einem Micro Electrical Mechanical System (MEMS) oder anderen Techniken der Mikromaterialbearbeitung oder Photolithographie hergestellt werden. Der Zentralprozessor 72 kann Telemetriedaten von der Sensoreinheit 89 zum Beispiel in elektromagnetischer, optischer, akustischer Form oder als Schlammimpulssignal empfangen. Andere Signalformen oder Kombinationen aus Signalformen können ebenfalls zwischen dem Bohrwerkzeug und dem Steuergerät übertragen werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein mobiles Zielverfolgungsgerät 83, das mit einem Sendeempfangsgerät ausgestattet ist, das Sondensignale erzeugt, zur manuellen Verfolgung und Lokalisierung des vom Bohrwerkzeug 81 gemachten Fortschritts eingesetzt werden. Das Zielverfolgungsgerät 83 lokalisiert gemeinsam mit dem Zentralprozessor 72 die relative und/oder absolute Position des Bohrwerkzeugs 81 und kommuniziert diese Information an den Bohrpfadplaner der unterirdisch arbeitenden Bohrmaschine. Es könnte von Vorteil sein, bekannte Lokalisierungssysteme und Techniken anzuwenden, um einen Bohrwerkzeuglokalisierungs- und Bohrplanansatz in Echtzeit aufzunehmen, der den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung entspricht. Ein oder mehrere Verstärker können entlang des Bohrungsverlaufs positioniert werden, die zur Kommunikation der Lokalisierungsdaten des Bohrwerkzeugs, die vom mobilen Zielverfolgungsgerät 83 oder direkt von der im oder in der Nähe des Bohrwerkzeugs angebrachten Elektronik empfangen werden, eingesetzt werden können.
In einem Bohrwerkzeuglokalisierungs- und Bohrplanansatz der vorliegenden Erfindung in Echtzeit können verschiedene bekannte Techniken zur Bestimmung der Position und/oder Ausrichtung eines Bohrwerkzeugs und zur geologischen Charakterisierung einer Oberfläche eingesetzt werden. Eine Radareinheit, die in einem überirdischen Zielverfolgungsgerät oder im Bohrwerkzeug selbst enthalten sein kann, kann zur Implementierung eines Nachweisverfahrens auf Wobbelfrequenz, einem Hyperradarnachweisansatz oder anderer bekannter Nachweisverfahren zur Lokalisierung von Versorgungsleitungen, Findung von Veränderungen in geologischen Schichten und Charakterisierung des Bodenmediums, welches das Bohrwerkzeug durchquert, eingesetzt werden.
Verschiedene mikromechanische/mikrobearbeitete und andere Typen von mitschwingenden, Schwingung erzeugenden und vibrierenden Gyroskopen, Geschwindigkeitssensoren und Magnetometern können in die Elektronik der Bohrmaschine eingebaut werden. Unterschiedliche Druck- und Temperatursensoren können in das Gehäuse des Bohrwerkzeugs und/oder in die Bohrkrone/Oberfläche eingebaut werden. Auch seismologische Sensoren können in das Elektronikpaket des Bohrwerkzeugs aufgenommen werden.
Ein computergestütztes Verfahren zum Entwurf eines Bohrplans und Interaktion mit einem Bohrpfadplaner gemäß der vorliegenden Erfindung kann somit zum Beispiel durch Implementierung einer Sequenz maschinenlesbarer Anweisungen in einem Prozessor realisiert werden. Diese Anweisungen können in verschiedenartigen signalführenden Medien gespeichert werden. Insofern bezieht sich eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf ein programmiertes Produkt, das ein signalführendes Medium mit einem Programm maschinenlesbarer Anweisungen beinhaltet, die von einem digitalen Prozessor ausgeführt werden können, um Verfahrensschritte zur Planung und Änderung von Verfahren der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Das signalführende Medium kann zum Beispiel einen RAM beinhalten, der sich entweder im Prozessor befindet oder anders mit ihm verbunden ist.
Alternativ können die Anweisungen auf anderen signalführenden Medien wie einem oder mehreren Speicherdisketten für Magnetdaten, Datenspeicherdisketten mit direktem Zugriff (z.B. konventionelle Festplatten oder ein RAID Array), Magnetbändern, änderbaren oder nicht änderbaren elektronischen Festspeichern (z.B. EEPROM, ROM), Flash-Speichern, optischen Speichergeräten (z.B. CDROM oder WORM), signalführenden Medien einschließlich Übertragungsmedien wie digitalen, analogen und Kommunikationsverbindungen und drahtlosen und mitlaufenden Signalmedien gespeichert sein. In einem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel können die maschinenlesbaren Anweisungen Linien kompilierter „C" Sprachencodes oder „C++" objektorientierter Codes darstellen.
Glossar zu den Zeichnungen
Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
Fig. 6
Fig. 7
Fig. 8
Fig. 9
Fig. 10
Fig. 11
Fig. 12
Fig. 13
Fig. 14
Fig. 15
Fig. 16
Fig. 17
Fig. 18
Fig. 19
Fig. 20a
Fig. 20b
Fig. 21a
Fig. 21b
Fig. 22a
Fig. 22b
Fig. 23
Fig. 24
Fig. 25
Fig. 26
Fig. 27
Fig. 28
Fig. 29
Fig. 31
Fig. 30
Fig. 32

Claims

Ein Verfahren zur elektronischen Entwicklung eines Bohrplans einer Bohrstelle zur Verwendung in Verbindung mit einer unterirdischen Bohrmaschine, einschließlich: der Erstellung eines vorher festgelegten Bohrplans unter Verwendung von Informationen über den Bohrungsverlaufsplan, der repräsentativ für einen geplanten Bohrungsverlauf an einer Bohrstelle ist, wobei die Informationen über den Bohrungsverlaufsplan zwei oder mehrere Zielpunkte beinhalten, die der geplante Bohrungsverlauf passieren muss und wobei der vorher festgelegte Bohrplan repräsentativ für eine geplante Bohrung ist, die entlang des geplanten Bohrungsverlaufs festgelegt wurde; des Erhalts aktueller Informationen über den Bohrungsverlauf, die auf eine tatsächliche Bohrung hinweisen, die mit der Bohrmaschine durchgeführt wurde und der Erstellung eines modifizierten Bohrplans unter Verwendung der aktuellen Informationen über den Bohrungsverlauf und mindestens eines Teils der Informationen über den Bohrungsverlaufsplan, wobei der modifizierte Bohrplan repräsentative Daten über einen modifizierten Bohrweg enthält, der eine Abweichung bei der Abgleichung des tatsächlichen Bohrungsverlaufs mit dem geplanten Bohrungsverlauf minimiert.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Erstellung des modifizierten Bohrplans die Erstellung eines oder mehrerer Zielpunkte beinhaltet, um den modifizierten Bohrungsverlauf mit dem geplanten Bohrungsverlauf abzugleichen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei einer oder mehrere der neuen Zielpunkte automatisch erstellt werden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei einer oder mehrere der neuen Zielpunkte manuell erstellt werden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Erhalt der aktuellen Informationen über den Bohrungsverlauf den Erhalt der aktuellen Informationen über den Bohrungsverlauf beinhaltet, die über der Erde gewonnen wurden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Erhalt der aktuellen Informationen über den Bohrungsverlauf den Erhalt der aktuellen Informationen über den Bohrungsverlauf beinhaltet, die im Bohrloch gewonnen wurden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, welches des weiteren die Erstellung eines aktuellen Bohrplans unter Verwendung der aktuellen Informationen über den Bohrungsverlauf beinhaltet, wobei die aktuellen Informationen über den Bohrungsverlauf zumindest einen Eingangspunkt und eine aktuelle Position entlang des tatsächlichen Bohrungsverlaufs beinhalten.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, welches des weiteren die Darstellung des vorher festgelegten Bohrplans und den tatsächlichen Bohrungsverlauf beinhaltet.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, welches des weiteren die Darstellung eines oder mehrerer vorher festgelegter Bohrpläne, den aktuellen Bohrplan und den modifizierten Bohrplan beinhaltet.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, welches des weiteren die Erzeugung eines hörbaren und sichtbaren Warnsignals beinhaltet, dass bei Abweichung der Abgleichung des aktuellen Bohrplans mit dem vorher festgelegten Bohrplan eingeschaltet wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, welches des weiteren die Überprüfung der Gültigkeit des modifizierten Bohrplans beinhaltet.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, welches des weiteren die Überprüfung der Gültigkeit des modifizierten Bohrplans im Hinblick auf die Einhaltung eines oder mehrerer mechanischer Grenzwerte hinsichtlich des Betriebes der Bohrmaschine beinhaltet.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei ein Grenzwert oder mehrere Grenzwerte einen maximalen Krümmungsradius eines Bohrstrangs und einen maximalen Krümmungsradius eines an der Bohrstelle zu installierenden Produktes oder beides beinhaltet/n.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Erhalt der aktuellen Informationen über den Bohrungsverlauf auch den Erhalt der geophysikalischen Informationen bezüglich des tatsächlichen Bohrungsverlaufs beinhaltet.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die geophysikalischen Informationen über der Erde gewonnen werden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die geophysikalischen Informationen im Bohrloch gewonnen werden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, welches des weiteren die Schätzung eines Begradigungswertes des Bohrungsverlaufs beinhaltet, welcher während der Bohrlochausräumung vorkommen wird, wobei der modifizierte Bohrplan unter Verwendung der aktuellen Informationen über den Bohrungsverlauf, mindestens eine Teil der Informationen über den Bohrungsverlaufsplan und den geschätzten Begradigungswert des Bohrungsverlaufs beinhaltet, welcher während der Bohrlochausräumung vorkommen wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, welches des weiteren folgendes beinhaltet: den Erhalt topographischer Informationen, die für die Topographie der Borstelle repräsentativ sind und den Erhalt von Informationen über Versorgungseinrichtungen, die für eine oder mehrere Versorgungseinrichtungen auf der Bohrstelle repräsentativ sind, wobei der vorher aufgestellte Bohrplan unter Verwendung der Informationen über den Bohrungsverlaufsplan, der topographischen Informationen und der Informationen über Versorgungseinrichtungen erstellt werden muss.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei jedes der Ziele und neuen Punkte jeweils durch einen Streckenwert, einen rechten/linken Wert und einen Tiefenwert definiert sein muss.
Ein System zur elektronischen Entwicklung eines Bohrplans für eine Bohrstelle zur Verwendung in Verbindung mit einer unterirdischen Bohrmaschine, einschließlich: eines Prozessors; eines Eingabegerätes zur Eingabe der Informationen über den Bohrungsverlaufsplan, die für einen geplanten Bohrungsverlauf an der Borstelle repräsentativ sind, wobei die Informationen über den Bohrungsverlaufsplan zwei oder mehrere Zielpunkte beinhalten müssen, welche der geplante Bohrungsverlauf passieren muss; einer Schnittstelle zum Erhalt aktueller Informationen über den Bohrungsverlauf einer tatsächlichen Bohrung, die mit der Bohrmaschine durchgeführt wurde; einer Schnittstelle zum Erhalt aktueller Informationen über den Bohrungsverlauf, welche den tatsächlichen durch die Bohrmaschine erstellten Bohrungsverlauf darstellen muss; und eines Sichtgerätes, dessen Prozessor unter Verwendung der Informationen über den Bohrungsverlaufsplan einen vorher festgelegten Bohrplan sowie unter Verwendung der aktuellen Informationen über den Bohrungsverlauf einen modifizierten Bohrplan und mindestens einen Teil der Informationen über den Bohrungsverlaufsplan berechnet, wobei der modifizierte Bohrplan Daten enthält, die repräsentativ für einen modifizierten Bohrplan sind, der eine Abweichung bei der Abgleichung des tatsächlichen Bohrungsverlaufs mit dem geplanten Bohrungsverlauf minimiert, wobei die Daten sich auf einen oder mehrere vorher festgelegte Bohrpläne und tatsächliche Bohrpläne beziehen und der modifizierte Bohrplan auf dem Display in Form eines Textes oder einer Graphik oder beides angezeigt wird.
Das System gemäß Anspruch 20, wobei der Prozessor den modifizierten Bohrplan erstellt, indem er einen oder mehrere neue Zielpunkte erzeugt, um den modifizierten Bohrungsverlauf mit dem geplanten Bohrungsverlauf abzugleichen.
Das System gemäß Anspruch 20, wobei durch Nutzung des Eingabegerätes durch den Bediener ein oder mehrere neue Zielpunkte erhalten werden und der Prozessor den modifizierten Bohrplan erstellt, indem er einen oder mehrere neue Zielpunkte benutzt, um den modifizierten Bohrungsverlauf mit dem geplanten Bohrungsverlauf abzugleichen.
Das System gemäß Anspruch 20, wobei die Schnittstelle angeschlossen wird, um von einer Positionsanzeige über der Erde aktuelle Informationen über den Bohrungsverlauf zu erhalten.
Das System gemäß Anspruch 20, wobei die Schnittstelle angeschlossen wird, um von einem Sensorsystem im Bohrloch aktuelle Informationen über den Bohrungsverlauf zu erhalten.
Das System gemäß Anspruch 20, wobei die graphische Darstellung des tatsächlichen Bohrungsverlaufs und die des modifizierten Bohrplans mit einer graphischen Darstellung des vorher festgelegten Bohrplans auf dem Display überlagert werden.
Das System gemäß Anspruch 20, wobei der Prozessor den modifizierten Bohrplan auf seine Gültigkeit hin überprüft.
Das System gemäß Anspruch 20, wobei der Prozessor den modifizierten Bohrplan hinsichtlich der Einhaltung eines oder mehrerer Grenzwerte im Hinblick auf den Betrieb der Bohrmaschine auf seine Gültigkeit hin überprüft.
Das System gemäß Anspruch 20, wobei ein Grenzwert oder mehrere Grenzwerte einen maximalen Krümmungsradius eines Bohrstrangs und einen maximalen Krümmungsradius eines an der Bohrstelle zu installierenden Produktes oder beides beinhalten muss.
Das System gemäß Anspruch 20, wobei die Schnittstelle angeschlossen wird, um geophysikalische Informationen über den tatsächlichen Bohrungsverlauf von einem geophysikalischen Sensorsystem zu erhalten und der Prozessor unter Verwendung der Informationen über den tatsächlichen Bohrungsverlauf, zumindest einiger Informationen über den Bohrungsverlaufsplan und der geophysikalischen Informationen den modifizierten Bohrungsplan erstellt.
Das System gemäß Anspruch 29, wobei über die Schnittstelle geophysikalische Informationen von einem geophysikalischen Sensorsystem empfangen werden, das sich über der Erde befindet.
Das System gemäß Anspruch 29, wobei über die Schnittstelle geophysikalische Informationen von einem geophysikalischen Sensorsystem empfangen werden, das sich im Bohrloch befindet.
Das System gemäß Anspruch 20, wobei der Prozessor den Begradigungswert des Bohrungsverlaufs einschätzt, der während der Bohrlochausräumung auftreten wird und wobei der Prozessor unter Verwendung der aktuellen Informationen über den Bohrungsverlauf und zumindest einiger Informationen über den Bohrungsverlaufsplan den modifizierten Bohrplan erstellt und den Begradigungswert des Bohrungsverlaufs einschätzt, der während der Bohrlochausräumung auftreten wird.
Das System gemäß Anspruch 20, wobei das Eingabegerät topographische Informationen erhält, welche für die Topographie der Bohrstelle repräsentativ sind sowie Informationen über Versorgungseinrichtungen, die repräsentativ für eine oder mehrere an der Bohrstelle befindliche Versorgungseinrichtungen sind und der Prozessor unter Verwendung der Informationen über den Bohrungsverlaufsplan, der topographischen Informationen und der Informationen über die Versorgungseinrichtungen den vorher festgelegten Bohrplan erstellt.
Das System gemäß Anspruch 20, wobei jedes Ziel und jeder neue Punkt jeweils durch einen Streckenwert, einen rechten/linken Wert und einen Tiefenwert definiert ist.