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Einrichtung zur Bestimmung des Druckes von Tiefbohrgeräten auf die Bohrlochsohle während des
Bohrens.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Bestimmung des veränderlichen Sohlen- druckes bei Bohrgeräten während des Bohrens. Beim Drehbohren ist man bestrebt, die Höhe des Druckes, welchen das Bohrwerkzeug bei der Arbeit auf die Bohrlochsohle ausübt, so lange unverändert zu erhalten, bis durch eine Änderung der Art der durchbohrten Gebirgssehichten ein grösserer oder geringerer Arbeitsdruck zweckmässig ist. Um dies zu erreichen, benutzte man bisher bei Bohranlagen, bei welchen das Nachlassen des Seiles durch eine von Hand gesteuerte Vorrichtung bewirkt wird, Messvorrichtungen, welche den Gewichtsunterschied zwischen dem im Bohrloch frei hängenden und dem auf der Bohrlochsohle aufstehenden Bohrgerät und dadurch mittelbar auch die Höhe des Arbeitsdrucks des Werkzeuges anzeigen.
Als Messvorrichtungen dienten dabei Messdosen, Messkolben oder Federwaagen, welche die auf einen Seilstrang des zumeist acht-bis zehnrolligen Flasehenzuges wirkende Zugkraft bestimmten.
Da bei der Ausführung von Tieibohrungen mit Bohrvorrichtungen gebräuchlicher Bauart oft auch das bei der normalen Arbeit des Bohrkraneq nicht bewegte Ende des Flaschenzugseiles auf eine zweite Seiltrommel aufgewickelt wird, damit jederzeit ein Ersatzstück für das etwa abgenutzte Flaschenzugseil verfügbar ist oder aber um auch bei einer allfälligen durch Überlastung zum Stillstand gebrachten Drehbohrvorrichtung das Bohrwerkzeug anheben und wieder in Drehung setzen zu können, können die Messvorrichtungen in manchen Fällen nicht am Ende des unbewegten Seilqtranges des Flaschenzuges befestigt werden.
Aus diesem Grunde bevorzugt man vielfach Vorrichtungen, welche aus einer auf das Seil aufklemmbaren Messdose und einem am Bohrgerüst befestigten Druckmesser bestehen, welche beide Vorrichtungen mittels einer längeren biegsamen Rohrleitung, welche dem Seil eine gewisse Bewegungsmöglich- keit gestattet, miteinander verbunden sind. Bei derartigen Vorrichtungen wird die auf das Seil wirkende Zugkraft an der mehr oder mindel grossen Ausbuchtung eines über eine Schneide gespannten Seilstückes gemessen.
Die Angaben von Vorrichtungen dieser Art sind infolge der verschiedenartigen Ausführung der Flaschenzugseile ungenau, daher sind die Vorrichtungen nicht eichbar, und sie müssen überdies vor Übergang vom Bohren auf das Fördern vom Seil jedesmal abgenommen werden, da sie nur eine je nach der Länge der biegsamen Rohrleitung mehr oder minder geringe Bewegung des Seiles gestatten.
Es ist demnach ein Nachteil aller bisher verwendeten Vorrichtungen, dass sie nur dann anwendbar sind, wenn sie auf solche Seilstränge des Flaschenzugseiles oder Förderseiles wirken, welche auch während des Förderns keine, zumindest aber während des Bohrvorganges keine oder nur eine geringfügige Bewegung ausführen. An eine Einrichtung zur Bestimmung des Arbeitsdrucks des Bohrwerkzeuges muss aber die Bedingung gestellt werden, dass sie dauernd angebracht bleiben kann und ihre Angaben möglichst genau sind, aber auch, dass die Möglichkeit gegeben ist, Strecken von der Höhe des Bohrgerüstes abzubohren, ohne die Bohrarbeit zwecks Anbringen der Messvorrichtungen an einer andern Stelle unterbrechen zu müssen.
Die geschilderten Übelstände der bisher verwendeten Einrichtungen werden erfindungsgemäss durch eine Einrichtung behoben, die aus einer fest am Bohrgerüst angeordneten Messvorrichtung für das gesamte Gewicht oder einen Teil des Gewichtes der Bohrgeräte und aus einer Anzeigevorrichtung besteht, die im Sichtbereich der Bedienung angeordnet ist. Die Anordnung ist am besten so getroffen, dass der durch das ganze Gewicht der Bohrgeräte belastete Teil sich an der höchsten Stelle des Bohrgerüstes befindet. Zweckmässig ist eine Ausführungsform, bei welcher die im Bohrgerüst angeordnete Messvorrichtung zur Lagerung einzelner oder aller fester Seilrollen eines Flaschenzuges dient, an welchem die Bohrgeräte während der Arbeit hängen.
Besonders in diesem Fall soll die Messvorrichtung mit dem
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ganzen Gewicht der auf den Flaschenzug hängenden Bohrgeräte belastet werden, weil dadurch gegenüber jenen Einrichtungen, bei welchen nur die Zugkraft an einem Seilstrang des Flaschenzuges gemessen und die Gesamtbelastung rechnerisch ermittelt wird, jene Fehler ausgeschaltet werden, welche infolge der
Seilsteifigkeit und der Reibungswiderstände in den Lagern der Seilrollen entstehen. Für die erfindunggemässe Einrichtung sind, sofern als Messvorrichtungen Waagen verwendet werden, insbesondere Hebelwaagen geeignet, weil sie unter allen Arten von Wiegevorrichtungen die grösste Empfindlichkeit aufweisen.
Wenn solche Waagen mit einfacher oder mehrfacher Übersetzung, einarmige Waagen, Brückenwaagen usw., in Verbindung mit einem Flaschenzug in der Weise verwendet werden, dass sie an der höchsten Stelle des Bohrgerüstes angeordnet und mit dem oberen bei der Arbeit feststehenden Teile des Flaschenzuges verbunden werden, so wird dadurch auch erreicht, dass die nutzbare Förderhöhe des Bohrgerüstes nicht verringert wird und die Waage bei keiner im Bohrloch vorkommenden Arbeit entfernt werden muss.
Da beim Bohren die Erschütterungen der Arbeitsmaschinen auch auf das Bohrgerüst übertragen werden, wäre es ein Übelstand, wenn man die an der höchsten Stelle des Gerüstes angeordnete Waage mit der in der Regel zu ebener Erde angeordneten Anzeigevorrichtung mittels eines starren Gestänges verbinden würde. Dies wäre um so nachteiliger, als die Bohrgerüste recht bedeutende Höhen haben, zumeist auch unverschalt sind und somit auch wechselnden Witterungsverhältnissen, wie Stürmen, Temperaturschwankungen und Wärmeausdehnungen, ausgesetzt sind,. durch welche die Wiegegenauigkeit erheblich beeinflusst werden könnte. Bei der Einrichtung gemäss der Erfindung werden daher insbesondere Druckflüssigkeitsleitungen zur Verbindung der Waage mit der Anzeigevorrichtung benutzt.
Die Anzeige-
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Waagen, insbesondere Laufgewichtswaagen, sein. Werden hiebei die Rohrleitungen'aus dem gleichen Werkstoff hergestellt wie das Bohrgerüst und mit Flüssigkeiten von gleicher Wärmeausdehnung gefüllt, so spielen Temperaturschwankungen namentlich dann eine untergeordnete Rolle, wenn die Druckzylinder mittels nachgiebiger Kolben abgeschlossen werden, welche axiale Verschiebungen erfahren können, ohne eine Drucksteigerung und dadurch eine Beeinflussung der Waage hervorzurufen. Überdies ist es auch möglich, elektrische Fernanzeigevorrichtungen zu verwenden.
Da die Reibungswiderstände in Druckzylindern, Messdosen od. dgl. grösser sind als in den Lagerstellen von Waagebalken, welche auf Schneiden ruhen, so ist es bei Waagen, welche aus Hebeln und Druckzylindern zusammengesetzt sind, zweckmässig, zur Erhöhung der Gesamtempfindlichkeit der Waagen die Hebelübersetzung möglichst gross zu wählen und nur geringe Druckkräfte auf die Zylinder und auf die Anzeigevorrichtung bzw. auf das Messwerk wirken zu lassen.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand durch Ausführungsbeispiele veranschaulicht.
Gemäss Fig. 1 und 2 wirkt nicht das ganze am Flaschenzug 40 hängende Gewicht, sondern nur ein Teil auf eine an der höchsten Stelle des Gerüstes angebrachte Messdose 41 oder einen Druckzylinder mit Kolben. Die Messvorrichtung kann daher viel empfindlicher ausgebildet sein, als wenn das ganze nicht unerhebliche Gewicht wirksam gemacht ist. Die oberen Flaschenzugrollen 42 sind auf einem Waagebalken 43 gelagert, der an einem Ende mit zwei Schneiden 44 in Pfannen 45 ruht, während das andere Ende auf die Dose 41 drückt, die mit einem Druckmesser 46 durch eine Leitung 47 verbunden ist.
Gemäss Fig. 3 ist der Flaschenzug 50 auf einer an der höchsten Stelle des Gerüstes aufgebauten
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kann auf einem Druckmesser 58 abgelesen werden. Die Waage kann durch Anheben der Brücke mittels der hydraulischen Druckzylinder 59, 60, die miteinander durch eine Rohrleitung 61 verbunden sind, ausgeschaltet werden. An der Waage kann unabhängig vom F1aschenzuggewicht das für den Sohlendruck massgebende Gerätegewicht unmittelbar abgelesen werden. Zu diesem Zweck ist das Zifferblatt des Druckmessers (Fig. 4) mittels einer Schraube 65 verdrehbar oder ein Zeiger verstellbar. Bei der Einstellung für ein bestimmtes Gewicht bzw. für einen bestimmten Sohlendruck wird so vorgegangen, dass auf die Waage zunächst nur ihr Eigengewicht und das Gewicht des unbelasteten Flaschenzuges wirken gelassen wird.
Hiebei schlägt der bewegliche Zeiger 66 des Druckmessers bis zu einer bestimmten Stellung aus. Mit Hilfe der Schraube 65 wird nun das Zifferblatt so verdreht, dass sich der Nullteilstrich mit dem Zeiger 66 deckt. Hierauf wird der zur besseren Kenntlichmachung vorgesehene Stellzeiger 67 von Hand auf den gewünschten Druck eingestellt. Sodann wird das Bohrgerät an den Flaschenzug angehängt. Durch Anheben oder Senken, d. h. durch ein genaues Einstellen des Bohrwerkzeuges mittels des Flaschenzuges, wird nunmehr während der Bohrarbeit die Gewichtsverteilung zwischen der höchsten Stelle des Gerüstes und Bohrlochsohle so lange geregelt, bis sich beide Zeiger decken.
Es ist zweckmässig, die Leitung 68 an der höchsten Stelle des Druckmessers anzuschliessen, um die Bildung von die Messgenauigkeit beein- trächtigenden Luftsäcken zu verhindern.
Um die im Bohrgerüst angeordnete Waage von Temperatureinflüssen unabhängig zu machen und um sie ferner vor jenen Erschütterungen zu bewahren, die bei der Bohrarbeit durch das Gestänge des Bohrwerkzeuges und durch die Arbeitsmaschinen auf die Seile des Flaschenzuges und auf das Bohrgerüst übertragen werden, wird gemäss Fig. 5 die zu messende Kraft von der im oberen Teil des Bohrgerüstes gelagerten Waage zu der zu ebener Erde angeordneten Anzeigevorrichtung durch eine Druckflüssigkeit
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übertragen.
Jener Hebel 150 der nicht dargestellten, im Gerüst angeordneten Waage, an welchem für gewöhnlich eine Verbindungszugstange wirkt, welche die Waage mit einer als Laufgewichtswaage ausgebildeten, zu ebener Erde angeordneten Anzeigevorrichtung verbindet, und der Hebel 151 der Laufgewichtswaage enden in Pfannen, welche auf Schneiden- drücken, die in gleich grossen Doppelkolben jJ gelagert sind. Die benachbarten Zylinder, in welchen je einer der Kolben gleitet, sind durch eine Leitung 154, die beiden andern Zylinder durch eine Leitung oJ miteinander verbunden. Bei einem Aussehlag des Hebels 150 führt daher der untere Doppelkolben zwangsläufig die gleiche Bewegung aus. Hiebei ist die
Genauigkeit der Übertragung unabhängig vom Abstand der beiden Doppelkolben und von ihrer gegenseitigen Lage.
Die Leitungen 154, 155 sind durch Umlaufleitungen 156 mit Absperrvorrichtungen 157 miteinander verbunden, welche dazu dienen, die Leitungen zu füllen, in beiden Leitungen 154, 155 den Druck auszugleichen und die Waaghebel genau einzustellen.
Da durch nicht zu vermeidende Undichtheiten der Stopfbüchsen und durch Verdunsten von Flüssigkeit, die an den Kolben haftet, die Menge der arbeitenden Flüssigkeit mit der Zeit verringert wird, sind Flüssigkeitsspeicher 158 vorgesehen. Sie bestehen aus zwei Zylindern, in welchen durch Federn 175 belastete Kolben 159 auf die Flüssigkeit drücken. Die Federn 175 stützen sich gegen einen Waagebalken 160, um ihre Spannungen auszugleichen. Die Zylinder sind mit den Leitungen 154, 155 durch eine Leitung 161 verbunden, voneinander aber durch eine Absperrvorrichtung 162 getrennt, die nur beim Füllen und Einstellen der Waage geöffnet wird, so dass in allen Teilen der Vorrichtung derselbe Druck herrscht.
Bei der Arbeit muss die Absperrvorrichtung. ! ? geschlossen bleiben, damit eine Druckübertragung stattfinden kann.
Um die Rohrleitungen und die Speicher auffüllen und letztere von Zeit zu Zeit nachfüllen zu können, sind sie mit einer Handpumpe 163 durch die Leitung 164 verbunden. Von der Pumpe führen Leitungen 165 und 166 zu zwei am oberen Teil des Bohrgerüstes aufgesetzten Hebeböcken 167, die dazu dienen, die obere Waage durch Anheben auszuschalten. Zwischen die Pumpe und die Leitungen 164 und 165 sind drei Absperrhähne 168, 169 und 170 eingeschaltet. Wird der Hahn 168 geöffnet, so füllt die Pumpe die Speicher nach ; wird 169 geöffnet, so fördert die Pumpe in die Hebeböeke und diese schalten die Waage aus ; zum Inbetriebsetzen der Waage wird der Hahn 170 geöffnet, worauf die Hebeböcke sich in den Behälter 171 entleeren.
Die an die Leitungen angeschlossenen Druckmesser 172, 173 und 114 dienen zur Überwachung.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Bestimmung des Druckes von Tiefbohrgeräten auf die Bohrlochsohle während des Bohrens, bestehend aus einer am Bohrgerüst fest angeordneten Messvorrichtung (Messdose, Messzylinder, Waage, insbesondere eine Hebelwage mit einfacher oder mehrfacher Übersetzung, wie eine Brückenwaage usw. ) für das Gesamtgewicht oder einen Teil des Gewichtes des Bohrgerätes und aus einer Anzeigevorrichtung für das die Messvorrichtung belastende Gewicht, welche sich im Sichtbereich der Bedienung der Bohranlage befindet.
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Device for determining the pressure of deep drilling rigs on the borehole floor during the
Drilling.
The invention relates to a device for determining the variable sole pressure in drilling devices during drilling. In rotary drilling, the aim is to keep the level of pressure that the drilling tool exerts on the bottom of the borehole unchanged until a greater or lesser working pressure is appropriate by changing the type of mountain strata being drilled through. In order to achieve this, measuring devices have hitherto been used in drilling rigs in which the rope is released by means of a manually controlled device, which measures the weight difference between the drilling device hanging freely in the borehole and the one standing on the bottom of the borehole, and thus indirectly also the height the working pressure of the tool.
The measuring devices used were measuring cells, volumetric flasks or spring balances, which determined the tensile force acting on a rope strand of the mostly eight to ten-sheave flat rope pull.
Since when drilling tie holes with drilling devices of the usual type, the end of the pulley rope that is not moved during normal work of the Bohrkraneq is often wound onto a second rope drum so that a replacement piece is available at any time for the possibly worn pulley rope or in case of a possible through To be able to lift the drilling tool and set it in rotation again when the rotary drilling device is overloaded, the measuring devices cannot in some cases be attached to the end of the unmoved rope section of the block and tackle.
For this reason, devices are often preferred which consist of a load cell that can be clamped onto the cable and a pressure gauge attached to the drill rig, which both devices are connected to one another by means of a longer flexible pipe that allows the cable a certain amount of movement. In such devices, the tensile force acting on the rope is measured at the more or at least large bulge of a piece of rope stretched over a blade.
The specifications for devices of this type are imprecise due to the different types of pulley ropes, so the devices cannot be calibrated and, moreover, they must be removed each time before the transition from drilling to conveying the rope, as there is only one depending on the length of the flexible pipeline Allow more or less slight movement of the rope.
It is therefore a disadvantage of all devices used so far that they can only be used if they act on rope strands of the pulley rope or conveying rope which do not perform any movement during conveyance, or at least no or only slight movement during the drilling process. A device for determining the working pressure of the drilling tool must, however, be subject to the condition that it can remain permanently attached and its information is as accurate as possible, but also that it is possible to drill sections from the height of the drilling rig without the drilling work Having to interrupt attaching the measuring devices at another point.
The described inconveniences of the devices used up to now are remedied according to the invention by a device which consists of a measuring device fixed to the drilling rig for the entire weight or part of the weight of the drilling devices and a display device which is located in the operator's field of vision. The arrangement is best made so that the part loaded by the entire weight of the drilling equipment is at the highest point of the drilling rig. An embodiment is expedient in which the measuring device arranged in the drilling frame serves to support individual or all fixed pulleys of a block and tackle on which the drilling devices are suspended during work.
Especially in this case, the measuring device with the
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whole weight of the drilling devices hanging on the block and tackle, because compared to those devices in which only the tensile force is measured on one strand of the block and tackle and the total load is calculated, those errors are eliminated which are due to the
Rope stiffness and frictional resistance arise in the bearings of the rope pulleys. If scales are used as measuring devices, lever scales in particular are suitable for the device according to the invention, because they have the greatest sensitivity of all types of weighing devices.
If such scales with single or multiple translation, one-arm scales, weighbridges, etc., are used in connection with a pulley system in such a way that they are arranged at the highest point of the drilling rig and connected to the upper part of the pulley that is fixed during work, this also ensures that the usable head of the drilling rig is not reduced and that the scales do not have to be removed for any work occurring in the borehole.
Since the vibrations of the working machines are also transmitted to the drilling rig during drilling, it would be an inconvenience if the scales arranged at the highest point of the scaffolding were to be connected to the display device, which is usually located on the ground, by means of a rigid rod. This would be all the more disadvantageous as the drilling rigs have quite significant heights, are mostly also unsupported and are therefore also exposed to changing weather conditions such as storms, temperature fluctuations and thermal expansion. which could significantly influence the weighing accuracy. In the device according to the invention, therefore, hydraulic fluid lines in particular are used to connect the balance to the display device.
The display
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Scales, especially moving weight scales. If the pipelines are made of the same material as the drilling frame and filled with liquids of the same thermal expansion, temperature fluctuations play a subordinate role, especially if the pressure cylinders are closed by means of flexible pistons, which can experience axial displacements without an increase in pressure and thereby to affect the balance. Moreover, it is also possible to use electric remote display devices.
Since the frictional resistances in pressure cylinders, measuring cells or the like are greater than in the bearing points of balance beams that rest on cutting edges, it is advisable to use leverage as much as possible in balances that are composed of levers and pressure cylinders to increase the overall sensitivity of the balance to be chosen large and only allow low pressure forces to act on the cylinder and on the display device or on the measuring mechanism.
In the drawing, the subject matter of the invention is illustrated by exemplary embodiments.
According to FIGS. 1 and 2, it is not the entire weight hanging on the pulley block 40, but only part of it that acts on a load cell 41 attached to the highest point of the frame or on a pressure cylinder with a piston. The measuring device can therefore be designed to be much more sensitive than if the entire not inconsiderable weight is made effective. The upper pulley rollers 42 are mounted on a balance beam 43, which rests at one end with two cutting edges 44 in pans 45, while the other end presses on the can 41, which is connected to a pressure gauge 46 by a line 47.
According to FIG. 3, the block and tackle 50 is built on one at the highest point of the frame
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can be read on a pressure gauge 58. The balance can be switched off by lifting the bridge by means of the hydraulic pressure cylinders 59, 60 which are connected to one another by a pipe 61. The device weight, which is decisive for the sole pressure, can be read directly on the scales, regardless of the pull weight of the drawer. For this purpose, the dial of the pressure gauge (FIG. 4) can be rotated by means of a screw 65 or a pointer can be adjusted. When setting for a specific weight or for a specific sole pressure, the procedure is such that initially only its own weight and the weight of the unloaded pulley are allowed to act on the scales.
The movable pointer 66 of the pressure gauge deflects up to a certain position. With the aid of the screw 65, the dial is now rotated so that the zero division line coincides with the pointer 66. The positioning pointer 67 provided for better identification is then set by hand to the desired pressure. The drill is then attached to the pulley. By raising or lowering, i.e. H. By precisely setting the drilling tool by means of the pulley system, the weight distribution between the highest point of the framework and the bottom of the borehole is now regulated during the drilling work until both pointers are aligned.
It is advisable to connect the line 68 at the highest point of the pressure gauge in order to prevent the formation of air pockets which would impair the measurement accuracy.
In order to make the scales arranged in the drilling frame independent of temperature influences and also to protect them from those vibrations that are transmitted during drilling work by the rods of the drilling tool and by the working machines to the ropes of the pulley block and to the drilling frame, according to Fig. 5 the force to be measured from the scales mounted in the upper part of the drilling rig to the display device arranged on the ground using a pressure fluid
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transfer.
That lever 150 of the scales (not shown), arranged in the frame, on which a connecting rod usually acts, which connects the scales to a display device designed as a sliding weight scale and arranged on the ground, and the lever 151 of the sliding weight scales end in pans, which on cutting edges press, which are stored in double pistons of equal size jJ. The adjacent cylinders, in each of which one of the pistons slides, are connected to one another by a line 154, the other two cylinders by a line oJ. If the lever 150 fails, the lower double piston inevitably performs the same movement. Here is the
Transmission accuracy regardless of the distance between the two double pistons and their mutual position.
The lines 154, 155 are connected to one another by circulation lines 156 with shut-off devices 157, which serve to fill the lines, to equalize the pressure in both lines 154, 155 and to set the balance levers precisely.
Since unavoidable leaks in the stuffing boxes and the evaporation of liquid adhering to the piston reduce the amount of working liquid over time, liquid reservoirs 158 are provided. They consist of two cylinders in which pistons 159 loaded by springs 175 press on the liquid. The springs 175 are supported against a balance beam 160 in order to balance their tensions. The cylinders are connected to the lines 154, 155 by a line 161, but separated from one another by a shut-off device 162 which is only opened when the balance is being filled and adjusted so that the same pressure prevails in all parts of the device.
The shut-off device must be used when working. ! ? remain closed so that a pressure transfer can take place.
In order to be able to fill the pipelines and the reservoirs and to be able to refill the latter from time to time, they are connected to a hand pump 163 through the line 164. Lines 165 and 166 lead from the pump to two lifting jacks 167 which are placed on the upper part of the drilling rig and serve to switch off the upper scales by lifting them. Three shut-off cocks 168, 169 and 170 are connected between the pump and the lines 164 and 165. If the cock 168 is opened, the pump refills the memory; if 169 is opened, the pump delivers into the lifting gantry and these switch off the scales; To start up the scales, the tap 170 is opened, whereupon the lifting jacks empty into the container 171.
The pressure gauges 172, 173 and 114 connected to the lines are used for monitoring.
PATENT CLAIMS:
1. Device for determining the pressure of deep drilling rigs on the borehole floor during drilling, consisting of a measuring device (measuring cell, measuring cylinder, scale, in particular a lever scale with single or multiple translation, such as a weighbridge, etc.) for the total weight or part of the weight of the drilling device and a display device for the weight loading the measuring device, which is located in the field of vision of the operator of the drilling system.
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