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Patentes

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Número de publicaciónEP0744526 A1
Tipo de publicaciónSolicitud
Número de solicitudEP19950107954
Fecha de publicación27 Nov 1996
Fecha de presentación24 May 1995
Fecha de prioridad24 May 1995
También publicado comoDE59509490D1, EP0744526B1
Número de publicación1995107954, 95107954, 95107954.10, EP 0744526 A1, EP 0744526A1, EP-A1-0744526, EP0744526 A1, EP0744526A1, EP19950107954, EP95107954
InventoresJoachim Dr.-Ing. Oppelt, Gerald Dr.-Ing. Heisig
SolicitanteBaker-Hughes Incorporated, AGIP S.p.A.
Exportar citaBiBTeX, EndNote, RefMan
Enlaces externos:  Espacenet, Registro europeo de patentes
Method for controlling a drilling tool
EP 0744526 A1
Resumen
Drilling tool steering is achieved by a group of actuators distributed over its circumference. Whilst drilling subterranean formations, sensors on the tool determine bore direction and actuator settings, in conjunction with an integral programmable computer. This compares actual and desired values to develop a control output to the actuators. The tool internal control loop, exchanges data with an external loop in a programmable surface computer, which processes data from below and transmits control data back to the tool. In the new arrangement, the surface computer compares actual directional and depth values with stored, desired values. Hence it generates and transmits a steering vector to the tool control loop, which defines the actuator steering forces applied to the borehole wall.
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Reclamaciones(4)  traducido del alemán
  1. Verfahren zum Steuern eines Bohrwerkzeugs, das durch zumindest eine Gruppe von dem Werkzeug zugeordneten, über den Werkzeugumfang verteilt angeordneten, steuerbaren Stellgliedern richtbar ist, während des Bohrbetriebs in unterirdischen Formationen, bei dem durch werkzeugseitige Meßwertaufnehmer die aktuelle Bohrrichtung und die aktuelle Einstellung der Stellglieder ermittelt, in einem werkzeuginternen, einen programmgesteuerten Rechner einschließenden Regelkreis ermittelte Istwerte mit vorgegebenen Sollwerten verglichen und auf dem Istwert/Sollwert-Vergleich beruhende Stellgrößen zur Stellgliedbetätigung erzeugt werden, und bei dem der werkzeuginterne Regelkreis mit einem externen Regelkreis in Datenaustausch steht, der nach Verarbeitung von untertage empfangener Daten in einem obertägigen, programmgesteuerten Rechner obertägig erarbeitete Steuerdaten an den werkzeuginternen Regelkreis übergibt, dadurch gekennzeichnet , daß vom externen Regelkreis die vom werkzeuginternen Regelkreis gelieferten Istwerte für die aktuelle Bohrrichtung mit obertägig gespeicherten Richtungssollwerten verglichen und an den werkzeuginternen Regelkreis ein auf dem obertägigen Richtungsistwert/-sollwert-Vergleich sowie der obertägig ermittelten Werkzeugteufe beruhender Sollwert für einen Steuervektor für das Bohrwerkzeug übermittelt wird, der die Richtung und den Betrag der aus der Einwirkung der Stellglieder der Stellgliedgruppe auf die Bohrlochwandung resultierenden Kraft definiert. A method for controlling a drilling tool arranged distributed by at least one group assigned by the tool on the tool extent controllable actuators can be directed at the determined during drilling in underground formations through tool-side transducer current drilling direction and the current setting of the actuators, compared determined in a tool-internal, a program-controlled computer enclosing loop actual values with predetermined desired values and based on the value / set value comparison manipulated variables are created for actuator operation, and wherein the tool internal control circuit with an external control circuit is in data exchange, the underground received after processing transfers data in an above-ground, program-controlled computer above ground developed control data to the tool internal control circuit, characterized in that the external control loop compared supplied by the tool's internal control loop actual values for the current drilling direction with above ground stored direction setpoints and the tool's internal control loop on the above-ground Richtungsistwert / - setpoint comparison as well as the above ground determined Werkzeugteufe is transmitted beruhender setpoint for a control vector for the drilling tool that defines the direction and amount resulting from the action of the actuators of the actuator group on the borehole wall power.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Richtung des Steuervektors als den Nullpunkt eines dem Werkzeugquerschnitt des Bohrwerkzeugs fest zugeordneten rechtwinkligen Koordinatensystems schneidende Gerade definiert wird. A method according to claim 1, characterized in that the direction of the control vector being defined as the zero point cutting tool of a cross-section of the drilling tool dedicated rectangular coordinate system.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß Meßwertaufnehmer des werkzeuginternen Regelkreises fortlaufend die Drehwinkelorientierung einer werkzeugfeten Referenzebene in dem dem Bohrwerkzeug zugeordneten Koordinatensystems zu einer in das Koordinatensystem projizierten, durch die Erdbeschleunigungsrichtung definierten Referenzebene ermitteln und durch den werkzeuginternen Regelkreis Winkelabweichungen zwischen den Referenzebenen bei der Ermittlung des aktuellen Istwertes des Steuervektors und bei der Vorgabe von Stellgrößen für die Stellglieder aufgrund eines Steuervektor-Istwert/-sollwert-Vergleichs kompensiert werden. A method according to claim 1 and 2, characterized in that transducers of the tool internal control loop continuously in the drilling tool coordinate system assigned projected the rotational angular orientation of a tool fetuses reference plane to the coordinate system, calculate defined by the Erdbeschleunigungsrichtung reference plane and through the tool internal control circuit angular deviations between the reference planes determining the current actual value of the control vector and be compensated for in the specification of control variables for the actuators due to control vector-value reference / feedback comparison.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß bei einem vom externen Regelkreis an den werkzeuginternen Regelkreis übermittelten Richtungshaltebefehl die aktuellen Richtungsistwerte des Bohrwerkzeugs im Datenspeicher des werkzeuginternen Regelkreises als Sollwerte hinterlegt, mit fortlaufend weiterermittelten Richtungsistwerten verglichen und ausschließlich auf diesem Richtungsistwert/-sollwert-Vergleich beruhende Stellgrößen für die Stellglieder erzeugt werden. A method according to claim 3, characterized in that in a direction holding command transmitted by the external control circuit to the tool internal control loop, the current Richtungsistwerte of the drilling tool in the data memory of the tool internal control loop stored as set values, compared with continuous further Determined sparkled Richtungsistwerten and exclusively to this Richtungsistwert / -reference Comparison based manipulated variables for the actuators are generated.
Descripción  traducido del alemán
  • [0001] [0001]
    Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines Bohrwerkzeugs, das zumindest durch eine Gruppe von dem Werkzeug zugeordneten, über den Werkzeugumfang verteilt angeordneten steuerbaren Stellgliedern richtbar ist, während des Bohrbetriebs in unterirdischen Formationen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a method for controlling a drilling tool, which is at least by a group assigned by the tool, via the tool circumferentially spaced controllable actuators directable, during drilling operations in underground formations according to the preamble of claim 1.
  • [0002] [0002]
    Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (US-A-5 341 886) werden dem werkzeuginternen Regelkreis die Sollwerte für den Kurs des Bohrwerkzeugs zwischen einem Startpunkt und einem Zielpunkt vorgegeben, die von dem werkzeuginternen Regelkreis mit Kurs-Istwerten verglichen werden, die durch werkzeuginterne Meßwertaufnehmer für die Richtung des Bohrwerkzeugs und dessen Teufe ermittelt werden. In a known method of this type (US-A-5,341,886) are the tool's internal control loop, the setpoints for the course of the boring tool between a start point and a target point is defined to be compared by the tool's internal control loop with quote actual values caused by tool internal transducer for the direction of the drilling tool and its depth can be determined. Bei Abweichungen vom Sollkurs errechnet der werkzeuginterne Regelkreis Korrekturdaten für die Bohrrichtung, die geeignet sind, das Bohrwerkzeug auf seinen Sollkurs zurückzuführen. In case of deviations from the nominal price is calculated the tool internal loop correction data for the drilling, which are likely due to the drilling tool on its intended course. Der werkzeuginterne Regelkreis steht in Datenaustausch mit einem externen Regelkreis, der die von untertage empfangenen Daten auswertet und es ermöglicht, dem werkzeuginternen Regelkreis Betriebsinstruktionen oder neue Daten, beispielsweise für einen geänderten Kurs oder die obertägig gemessene Werkzeugteufe, vorzugeben. The tool internal control loop is in data exchange with an external control loop that evaluates the data received from downhole data and allows the tool's internal control loop operating instructions or new data, for example, for an amended price or above ground measured Werkzeugteufe pretend. Bis zum Empfang neuer Betriebsinstruktionen oder Kursdaten und im Anschluß daran bestimmt der werkseuginterne Regelkreis den Kursverlauf für das Bohrwerkzeug bis zum Erreichen des vorgegebenen Ziels. Until the receipt of new operating instructions or data rate and subsequently the werkseuginterne loop determines the course of history for the drill to reach the specified target.
  • [0003] [0003]
    Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem ein Verfahren der genannten Art zu schaffen, das eine präzise obertägige Werkzeugführung ermöglicht. The invention is to provide a method of this kind, which enables precise above-ground tool guide with the problem. Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hinsichtlich wesentlicher weiterer Ausgestaltungen wird auf die Ansprüche 2 bis 4 verwiesen. The invention solves the problem by a method having the features of claim 1. With regard to further significant refinements will be made to the claims 2-4.
  • [0004] [0004]
    Das erfindungsgemäße Verfahren weist dem externen Regelkreis die Hauptsteuerfunktion zu, die dieser nach Auswertung der untertägig empfangenen Daten automatisch ausüben kann. The inventive method comprises the external control circuit to the main control function that can perform this automatically after analysis of intraday data received. Statt dessen oder zusätzlich besteht die Möglichkeit der individuellen Einflußnahme auf den Werkzeugkurs durch eine das Geschehen untertage verfolgende Bedienungsperson, die ebenso wie bei automatischer Kursvorgabe die Werkzeugsteuerung allein durch Vorgabe eines einzigen Steuervektors vornehmen kann. Instead or in addition, there is the possibility of individual influence on the course through a tool is happening underground tracked operator that can just as in automatic target price make the tool control simply by specifying a single control vector. Dies ermöglicht überaus behutsame, schnell korrigierbare Kursbestimmungen, die das Erbohren eines Bohrlochs mit einem glatten, von Knicken und Zacken weitgehend freien Kurvenverlauf ermöglicht. This enables extremely cautious, quickly correctable determining courses, with a smooth, kinks and Pip allows Erbohren a borehole largely free curve. Dies ist insbesondere bei Bohrungen mit weitreichendem Horizontalverlauf von Bedeutung, deren Reichweite entscheidend durch die Bohrstrangreibung im Bohrloch beeinflußt wird, denn diese ist umso größer, je unsteter der Verlauf des Bohrloches ist. This is particularly important when drilling with sweeping horizontal course of importance, whose range is decisively influenced by the Bohrstrangreibung in the well, because this is, the greater is the erratic course of the borehole. Das erfindungsgemäße Verfahren begünstigt daher das Anlegen von Horizontalbohrungen vergrößerter Reichweite. Therefore, the method according to the invention favors the application of horizontal drilling extended reach.
  • [0005] [0005]
    Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Verfahrens anhand einer in der Zeichnung näher veranschaulichten Bohranlage. Further advantages and details of the invention will become apparent from the following description of the method based on a illustrated in more detail in the drawing rig. In der Zeichnung zeigen: In the drawings:
    Fig. 1 Fig. 1
    eine schematische Darstellung der Bohranlage und eines beispielhaften Anfangsverlaufs von Bohrloch und Bohrstrang mit Bohrwerkzeug, is a schematic representation of the drilling rig and an exemplary initial course of borehole and drill string with the drilling tool,
    Fig. 2 FIG. 2
    eine schematisierte Darstellung ähnlich Fig. 1 zur Veranschaulichung benötigter Parameter für den Steuervorgang, similar to a schematic representation of Fig. 1 needed to illustrate parameters for the control process,
    Fig. 3 Fig. 3
    eine schematisierte Darstellung des Bohrwerkzeugs zur Veranschaulichung weiterer Parameter für den Steuervorgang, a schematic representation of the drilling tool to illustrate further parameter for the control process,
    Fig. 4 Fig. 4
    eine vereinfachte Darstellung eines für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Bohrwerkzeugs, is a simplified illustration of a suitable for carrying out the method according to the invention the drilling tool,
    Fig. 5 Fig. 5
    einen schematischen Schnitt nach der Linie VV durch das Bohrwerkzeug nach Fig. 4, und a schematic section according to the line VV through the drilling tool of FIG. 4, and
    Fig. 6 Fig. 6
    eine Schemadarstellung des internen und des externen Regelkreises zur Veranschaulichung der beim Steuerungsvorgang ablaufenden Vorgänge. a schematic representation of the internal and the external control circuit for illustrating the control operation during running operations.
  • [0006] [0006]
    Fig. 1 veranschaulicht schematisch eine Bohranlage 1 zum Abteufen von Bohrlöchern 2 in unterirdische Gesteinsformationen mit Hilfe eines Bohrwerkzeugs 3 am vorderen Ende eines Bohrstranges 4, dessen fortschreitender Aufbau und Antrieb allgemein bekannt ist und keiner näheren Erläuterung bedarf. Fig. 1 illustrates schematically a drilling rig 1 to 2 wells down into underground rock formations using a drill bit 3 at the front end of a drill string 4, the progressive and Powertrain is well known and needs no further explanation. Anstelle eines sich drehenden, das Bohrwerkzeug 3 antreibenden Bohrstrangs 4 kann auch ein nicht rotierender Bohrstrang mit einem Bohrwerkzeug Anwendung finden, dessen Bohrmeißel von einem Untertagemotor angetrieben wird. Instead of a rotating itself, the drilling tool 3 driving the drill string 4 may also find a non-rotating drill string with a drill bit application, the drill bit is driven by a downhole motor. Das obertägige Operationszentrum ist bei dem dargestellten Beispiel unmittelbar der Bohranlage 1 benachbart dargegestellt und mit 5 bezeichnet, kann jedoch auch in beliebiger Entfernung zur Bohranlage 1 eingerichtet sein, sofern für eine geeignete Übermittlung von Bohrbetriebsdaten Sorge getragen ist, die bei dem dargestellten Beispiel durch eine elektrische Leitungsverbindung 6 erfolgt. The above-ground operations center in the illustrated example, immediately the drilling rig 1 adjacent dargegestellt and designated 5, but can also be set up at any distance to rig 1, provided that an appropriate transfer of drilling operations care is taken, the electric in the example shown by a discharges in compound 6.
  • [0007] [0007]
    Das Werkzeug 3 umfaßt ein mit dem Bohrstrang 4 bei 7 verschraubtes Gehäuse 8, das bei 9 mit einem eingezogenen Fortsatz 10 verschraubt ist, der an seinem unteren Ende über eine Verschraubung 11 mit einem Bohrmeißel 12 verbunden ist. The tool 3 comprises a to the drill string 4, which is connected at its lower end by a screw 11 with a drill bit 12 at 7 screwed case 8, 9 is screwed in a retracted extension 10. Das Gehäuse 8 und sein Fortsatz 9 weisen einen zentralen Strömungskanal 13 für die Durchführung eines Spülungsmittels auf, das den Bohrstrang 4 abwärts durchströmt, aus dem Bohrmeißel 12 in das Bohrloch 2 austritt und im Ringraum zwischen der Wandung des Bohrloches 2 und dem Werkzeug 3 bzw. dem Bohrstrang 4 zur Bohranlage 1 zurückströmt, wo es in einen nicht dargestellten Spülungstank gelangt, aus dem es mittels einer Spülungspumpe in den Bohrstrang 4 gefördert wird. The housing 8 and its extension 9 have a central flow channel 13 for conducting a flushing agent, the drill string 4 downward flows through, exits the drill bit 12 into the borehole 2 and the annular space between the wall of the borehole 2 and the tool 3 or the drill string 4 to the drilling rig 1 to flow back, where it reaches a flushing tank, not shown, from which it is pumped into the drill string 4 by means of a flushing pump.
  • [0008] [0008]
    Im Gehäuse 8 des Bohrwerkzeugs 3, das feststehende Rippen 14 eines oberen Stabilisators 15 trägt, befindet sich beispielsweise ein Generator 16 für die Stromversorgung der werkzeugseitigen elektrischen Verbraucher, der von einer nur schematisch angedeuteten, vom Spülungsmittelstrom beaufschlagten Turbine 17 angetrieben sein kann. In case 8 of the drill 3, carries the fixed ribs 14 of an upper stabilizer 15, for example, is a generator 16 for the power supply of the tool-side electrical load that can be driven by an only schematically indicated, acted upon by the flushing medium flow turbine 17. Generator 16 und Turbine 17 können Bestandteil eines untertägigen Informationsempfängers bilden, dessen Empfangs- und Weiterverarbeitungsteil bei 18 schematisch angedeutet ist. 16 generator and turbine 17 may form part of an underground information receiver whose receiving and processing part is indicated schematically at 18. Ferner ist im Gehäuse 8 ein bei 19 angedeuteter Informationsgeber, beispielsweise ein auf die Spülungsmittelströmung einwirkender Pulsgeber, vorgesehen, mit dessen Hilfe untertägig vorliegende, werkzeuginterne Daten an einen nur schematisch bei 20 veranschaulichten obertägigen Informationsempfänger übermittelt werden können. Furthermore, in the case 8 an indicated at 19 information provider, such as a pressure acting on the flushing medium flow pulser, provided that allows intraday present, tool internal data can be transmitted to a only schematically at 20 illustrated above-ground information receiver. Der obertägige Informationsgeber für obertägig vorliegende und an das Steuersystem des Bohrwerkzeugs 3 zu übermittelnde Daten ist ebenfalls nur schematisch in Fig. 1 angedeutet und mit 21 bezeichnet. The above-ground data transmitter for above ground and present to the control system of the drilling tool 3 Data to be transmitted is also only schematically indicated in Fig. 1 and designated 21.
  • [0009] [0009]
    Auf dem eingezogenen Bereich 22 des Fortsatzes 10 ist über Lager 23 ein hülsenförmiges Gehäuseteil 25 drehbar abgestützt, das im Betrieb eine nicht rotierende Stellung im Bohrloch 2 einnimmt, während Bohrstrang 4, Gehäuse 8, Fortsatz 10 und Bohrmeißel 12 um ihre Mittelachse infolge des obertägigen Antriebs des Bohrstranges 4 rotieren. On the drawn portion 22 of the extension 10 a sleeve-shaped housing part 25 is rotatably supported by bearings 23 which is in a non-rotating position in the hole 2 in operation while the drill string 4, case 8, extension 10 and bit 12 about its central axis as a result of the above-ground drive the drill string 4 rotate.
  • [0010] [0010]
    Das Gehäuseteil 25 ist mit drei Stellgliedern in Form von Rippen 26,27,28 versehen, die eine stabilisatorrippenähnliche Gestalt aufweisen und jeweils um eine Achse 29 klappbar am Gehäuseteil 25 abgestützt sind. The housing part 25 is provided with three actuators in the form of ribs 26,27,28, which have a stabilizer rib-like shape, and are each supported about a shaft 29 hinged to the housing part 25. Die Rippen 26,27,28 können einzeln und voneinander unabhängig mittels jeweils eines Druckmittelantriebs 30,31,32 aus der in Fig. 4 dargestellten eingeklappten Ausgangsstellung in eine mehr oder weniger weit ausgeklappte Betriebsstellung überführt werden, in der sie an der Wandung des Bohrlochs 2 anliegen und auf diese eine individuell vorgebbare Druckkraft ausüben. The ribs 26,27,28 can individually and independently, in each case by means of a pressure medium drive 30,31,32 are transferred from the retracted home position shown in Fig. 4 in a more or less folded-out operating position in which it on the wall of the borehole 2 exercise and rest on these individually definable compressive force.
  • [0011] [0011]
    Zur Betätigung der Druckmittelantriebe 30,31,32 ist im Gehäuseteil 25 eine Hydraulikpumpe 33 vorgesehen, die über Hydraulikleitungen 34 die Druckmittelantriebe 30,31,32 mit Druckmittel beaufschlagt. For actuating the pressure medium drives 30,31,32 a hydraulic pump 33 is provided in the housing part 25, the pressure medium drives 30,31,32 acted upon via hydraulic lines 34 with a pressure medium. Die Hydraulikpumpe 33 kann mittels eines Elektromotors angetrieben werden, der vom Generator 16 bzw. aus einer von diesem versorgten Batterie gespeist wird. The hydraulic pump 33 may be driven by an electric motor which is fed from the generator 16 or from a supplied from this battery. Anstelle von drei Stellgliedern, die zu einer genauen Ausrichtung des Bohrwerkzeugs 3 genügen, können auch mehr als drei, zB vier oder fünf, Stellglieder vorgesehen sein. Instead of three actuators, which satisfy at a precise alignment of the drilling tool 3, also more than three, for example four or five, actuators be provided.
  • [0012] [0012]
    Im Gehäuseteil 25 ist bei dem dargestellten Beispiel ein elektronisches Steuersystem untergebracht, das bei 35 angedeutet ist und Sensoren 36 für die Aufnahme von benötigten Meßwerten und eine Auswerte- und Recheneinheit 37 umfaßt, die Bestandteil eines werkzeuginternen Regelkreises bildet. In the housing part 25, an electronic control system is accommodated in the illustrated example, which is indicated at 35 and sensors 36 needed for the reception of measured values and an evaluation and computing unit 37 comprises, forming the internal tool part of a control loop.
  • [0013] [0013]
    Zu den Meßwerten, die das erfindungsgemäße Verfahren zur Werkzeugsteuerung benötigt, gehört die aktuelle Bohrrichtung 45, die durch den Winkel 43 der Werkzeug der Werkzeugaches 58 zu einer Referenzrichtung, beispielsweise die Magnetisch-Nord-Richtung 40 (Fig. 2) (Azimuth) und den Winkel 44 der Werkzeugachse 58 zu einer weiteren Referenzrichtung, vorzugsweise die Richtung der Erdbeschleunigung 41, definiert werden kann. To the measured values required by the inventive method for tool control, includes the current drilling direction 45 by the angle 43 of the tool of the Werkzeugaches 58 to a reference direction, such as the magnetic north direction 40 (Fig. 2) (azimuth) and the angle 44 of the tool axis 58 to a further reference direction, preferably the direction of gravity 41, can be defined. Diese Meßwerte werden durch werkzeugseitige Sensoren 36 festgestellt. These measured values are determined by the tool side sensors 36. Zu den benötigten Meßwerten gehört ferner die Drehwinkellage des Bohrwerkzeugs 3 im Bohrloch 2 in bezug auf eine Referenzebene, vorzugsweise eine den Nullpunkt 50 eines dem Bohrwerkzeug 3 fest zugeordneten ebenen Koordinatensystems 51 schneidende und mit der Richtung der Erdbeschleunigung zusammenfallende Ebene 53, welche die Oberseite des Werkzeugs 3 in einer oberen Kulminationslinie schneidet, die durch die Kulminationspunkte 52 definiert ist. To the required measurement values further includes the rotation angle position of the drilling tool 3 in the drill hole 2 with respect to a reference plane, preferably a zero point 50 of the drilling tool 3 dedicated plane coordinate system 51 overlapping and coincident with the direction of gravitational acceleration plane 53, which the top of the tool 3 cuts in an upper Kulminationslinie, which is defined by the culmination 52.
  • [0014] [0014]
    Aus den vorstehend ermittelten Daten ergibt sich die aktuelle Drehwinkelpo sition des Bohrwerkzeugs 3 als der Winkel 54 zwischen der durch die Schwerkraftrichtung definierten Referenzebene 53 und der werkzeugfesten Referenzebene 55, die mit der Ordinate des werkzeugfesten Koordinatensystems zusammenfällt, so daß vollständige Informationen über die Ausrichtung und Orientierung des Bohrwerkzeugs 3 gegeben sind. From the above data determined the current Drehwinkelpo position is calculated of the drill 3 as the angle 54 between the plane defined by the direction of gravity reference plane 53 and the tool fixed reference plane 55, which coincides with the ordinate of the tool coordinate system fixed, so that complete information on the alignment and orientation of the drill are given 3.
  • [0015] [0015]
    Ferner wird die Kraft ermittelt, mit der die Rippen 26,27,28 jeweils gegen die Wandung des Bohrlochs 2 drücken. Furthermore, the force is determined by the press, the ribs 26,27,28 respectively against the wall of the borehole 2. Dies kann mittels Drucksensoren vorgenommen oder aus den Steuerventileinstellungen für die Druckmittelantriebe 30,31,32 abgeleitet werden. This can be done by means of pressure sensors or derived from the control valve settings for the pressure medium drives 30,31,32. Aus den Einzelkräften wird eine resultierende Kraft ermittelt, die nach Betrag und Richtung definiert ist und einen Steuervektor 56 bildet. Of the individual forces a resulting force is determined which is defined in terms of magnitude and direction and a control vector 56 is formed. Die Richtung des den Nullpunkt des werkzeugfesten Koordinatensystems 51 und die Werkzeugachse 58 senkrecht schneidenden Steuervektors 56 ist als der Winkel 57 definiert, den der Steuervektor 56 mit der Referenzebene 53 einschließt. The direction of the origin of the tool coordinate system fixed to the tool 51 and axis 58 perpendicularly intersecting the control vector 56 is defined as the angle 57, the control vector 56 forms with the reference plane 53.
  • [0016] [0016]
    Wie sich anhand der Darstellung in Fig. 6 verfolgen läßt, werden im Bohrbetrieb des Bohrwerkzeugs 3 von den zum werkzeuginternen Regelkreis 60 gehörenden Sensoren 36 die Meßwerte für die aktuelle Bohrrichtung des Bohrwerkzeugs 3, die aktuelle Einstellung der Stellglieder 26,27,28 und die Drehwinkelorientierung (Winkel 54) des Bohrwerkzeugs 3 ermittelt. As can be traced from the illustration in Fig. 6, the drilling of the drill bit 3 of the the tool internal control circuit 60 corresponding sensors 36, the measured values for the current drilling direction of the drill 3, the current setting of the actuators 26,27,28 and the rotational angular orientation (angle 54) of the drilling tool 3 determined. Diese Daten werden an ein Rechenteil 61 des werkzeuginternen Regelkreises 60 übergeben, das Abweichungen der werkzeugfesten Referenzebene 55 zu der durch in die Erdbeschleunigungsrichtung vorgegebenen Referenzebene 53 kompensiert und Richtung (Winkel 57) und Betrag des aktuellen Steuervektors 56 ermittelt. These data are transferred to a calculation part 61 of the tool's internal control circuit 60 that compensates for variations in tool-fixed reference plane 55 to the through specified in the Erdbeschleunigungsrichtung reference plane 53 and the direction (angle 57) and determines the amount of the current control vector 56. Die gesamten und aufbereiteten Daten werden über ein Datenübermittlungssystem 62, das beispielsweise den Informationsgeber 19 und den Informationsempfänger 21 umfaßt, an einen externen Regelkreis 70 übergeben, in dem diese Daten in noch zu beschreibender Weise verarbeitet werden. The whole and processed data are transferred via a data transmission system 62 comprising, for example, the information transmitter 19 and the receiver 21 information to an external control circuit 70, in which these data are processed in a manner to be described. Während dieser Verarbeitung werden die vom Rechenglied 61 gelieferten, kompensierten Steuervektor-Istwerte im werkzeuginternen Regelkreis in einem Vergleichsteil 63 des Regelkreises 60 mit vorgegebenen, gespeicherten Steuervektor-Sollwerten verglichen und der Ergebniswert der Auswerte- und Recheneinheit 37 des werkzeuginternen Steuersystems 35 zugeführt, das, soweit erforderlich, die Einstellung der Stellglieder 26,27,28 korrigiert. During this processing by the arithmetic unit 61 supplied, compensated control vector actual values in the tool internal control circuit are compared in a comparing part 63 of the control circuit 60 with predetermined stored control vector command values and fed to the result value of the evaluation and computing unit 37 of the tool internal control system 35, which, as far as necessary, correct the setting of the actuators 26,27,28.
  • [0017] [0017]
    Im externen Regelkreis 70 werden die vom werkzeuginternen Regelkreis 60 gelieferten Istwerte der aktuellen Bohrrichtung des Bohrwerkzeugs 3 mit obertägig gespeicherten Richtungssollwerten in einem Rechner 72 verglichen, und unter Einbeziehung der obertägig von einem Meßgerät 71 ermittelten Werkzeugteufe wird die aktuelle geologische Position des Bohrwerkzeugs 3 bestimmt. In the external control circuit 70 supplied by the tool's internal control circuit 60 actual values of the current drilling direction of the drill 3 are compared with above ground stored direction desired values in a computer 72, and the current geological position of the drill 3 is determined taking into account the above ground of a meter 71 determined Werkzeugteufe. Egeben sich dabei Abweichungen vom vorgegebenen Kurs, die eine Korrektur erforderlich machen, können automatisch geeignete neue Sollwerte für den Steuervektor 56 ermittelt und über eine Kontrolleinheit 73, in der die Daten zB als digitale Folge von Signalen kodiert werden, und über ein Datenübermittlungssystem 74 an den werkzeuginternen Regelkreis 60 übergeben werden. EFrom thereby deviations from the prescribed course, make a correction is necessary, automatically find a new target for the control vector 56 can be determined and a control unit 73, in which the data eg be encoded as digital sequence of signals, and a data transmission system 74 to the tool internal control circuit 60 can be passed. Statt dessen oder zusätzlich können die vom Rechner 72 an eine Überwachungseinheit 75 übermittelten Daten einer Bedienungsperson Anlaß geben, einen von ihr gewählten Steuervektor 56 zu realisieren, was durch eine entsprechende Eingabe bei 76 erfolgen kann. Alternatively or additionally, the data transmitted from the computer 72 to a monitoring unit 75 data an operator may give rise, she has chosen a control vector to realize 56, which can be done through an entry at 76. Durch eine solche persönliche Steuerung kann ein Kurs für das Bohrwerkzeug 3 vorgegeben werden, der sich außerhalb der programmgemäß vorgegebenen Möglichkeiten bewegt. By such a course for personal control the drilling tool 3 can be specified that moves beyond the capabilities according to the program specified. Dies kann nicht nur zu Zwecken einer Optimierung einer Kurskorrektur sinnvoll sein, sondern auch dann, wenn aufgrund sonstiger untertägig ermittelter Daten beispielsweise über die Art der durchbohrten Formationen eine Kursveränderung angezeigt ist. This can not only be useful for purposes of optimizing a course correction, but even after the price change is shown to other intraday determined data, for example, about the nature of the drilled formations.
  • [0018] [0018]
    Durch eine individuelle Eingabe bei 76 oder durch eine automatische Vorgabe kann vom externen Regelkreis 70 an den werkzeuginternen Regelkreis 60 ein Richtungshaltebefehl übermittelt werden, in welchem Falle die aktuellen Richtungsistwerte des Bohrwerkzeugs 3 in einem Datenspeicher des werkzeuginternen Regelkreises 60, der dem Vergleichsteil 63 zugeordnet sein kann, als Sollwert hinterlegt und anschließend fortlaufend mit weiterhin ermittelten Richtungsistwerten verglichen werden. By an individual input at 76 or by an automatic setting a direction holding command from the external control circuit 70 to the tool internal control circuit 60 are received, in which case the current Richtungsistwerte of the drilling tool 3 in a data store of the tool's internal control circuit 60 which can be assigned to the comparison part 63 will be deposited as setpoint and then continuously compared with further determined Richtungsistwerten. Aus einem derartigen Richtungsistwert/-sollwert-Vergleich beruhende Stellgrößen werden nun für die Einstellung der Stellglieder 26,27,28 erzeugt, und zwar anstelle von Stellgrößen, die sich von einem vorgegebenen Steuervektor ableiten. Based from such Richtungsistwert reference / feedback Comparison manipulated variables are then generated for the setting of the actuators 26,27,28, in place of manipulated variables derived from a given control vector. Nach Aufhebung eines Richtungshaltebefehls geht dann der werkzeuginterne Regelkreis 60 wieder in den oben beschriebenen Betriebsmodus über. After the repeal of a direction holding command then the tool internal control loop 60 will return to the operation mode described above.
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Clasificación internacionalE21B47/022, E21B44/00, E21B7/06
Clasificación cooperativaE21B44/005, E21B47/022, E21B7/062, E21B44/00
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