<Desc/Clms Page number 1>
Spülkopf für Rotary-Bohranlagen
Bei einer Rotary-Bohranlage hat der Spülkopf die Aufgabe, den rotierenden Bohrstrang, bestehend aus Meissel, Schwerstangen, Gestängerohren und Mitnehmerstange, im Flaschenzughaken hängend zu tragen und beim Bohren die drehende Spindel als obersten Teil des rotierenden Bohrstranges gegen die nichtdrehenden Teile des Spülungszuflusses abzudichten.
Da der Spülkopf dem Bohrfortschritt folgend abgesenkt, beim Nachsetzen von Bohrstangen gehoben und mit der Mitnehmerstange seitlich abgesetzt werden muss, wird die Spülung durch einen Schlauch oder durch ein flexibles Gelenkrohr eingeleitet. Der Spülschlauch ist am äusseren Stutzen des Krümmers, genannt Schwanenhals, angeschraubt, der die Spülflüssigkeit zur Mitte des Spülkopfes umlenkt und über ein Degenrohr in die Spindel einleitet.
Schlauch, Schwanenhals und Degenrohr sind mit dem Spülkopfgehäuse fest verbunden, u. zw. so, dass das Degenrohr zentrisch in die Spindel als rotierende Achse des Spülkopfes hineinragt. Die Spindel ist in ihrem obersten Teil mit einer auswechselbaren Stopfbüchsenpackung od. dgl. versehen, die schleifend gegen die glatte Aussenfläche des Degenrohres anliegt und gegen den Druck der durchfliessenden Spülung abdichtet.
Bei einem hohen Druck der sandhaltigen, vielleicht sogar aggressiven Spülflüssigkeit sind Degenrohr und Packung erheblichem Verschleiss ausgesetzt. Obwohl besondere Massnahmen getroffen werden, diesen Teilen eine lange Lebensdauer zu geben, besteht die Notwendigkeit, dieselben von Zeit zu Zeit während kurzer Stillstandszeiten auszutauschen. Bei dieser Arbeit ist der Spülkopf, besonders wenn er im Bohrhaken hängt, aber auch wenn er im Kellyloch seitlich abgesetzt ist, von der Arbeitsbühne aus schlecht zugänglich und nur von einem Fahrstuhl aus oder über eine Leiter von der Mannschaft zu erreichen.
Das Hantieren mit Werkzeugen und losen Teilen hoch über dem Bühnenflur ist jedoch besonders dann gefährlich, wenn gleichzeitig auf dem Flur andere Arbeiten verrichtet werden müssen. Die Arbeiten am Spülkopf sollen daher sicher und, um Kosten für Stillstandsarbeiten der Anlage zu sparen, auch schnell durchgeführt werden können.
Zunächst sollen einige bekannte, im Bauprinzip unterschiedliche Spülkopfkonstruktionen beschrieben werden :
Bei älteren Spülköpfen legte man auf die obengenannten Forderungen des sicheren und schnellen Wechsels der Verschleissteile wenig Wert. Um Degenrohr und Packung ausbauen zu können, musste zunächst der schwere Spülschlauch entleert und abgenommen werden, dann erst konnte der Schwanenhals abgeschraubt werden, damit das Degenrohr zum Herausziehen freigegeben wurde. Die Packung musste dann seitlich durch die Fenster der Laterne stückweise herausgenommen werden. Die Schwanenhälse waren dabei häufig mit einem Stopfen oder Deckel versehen, der senkrecht über der Spindelbohrung lag. Dieser Stopfen wurde zunächst lediglich dazu benutzt, ein Messwerkzeug am Seil von oben in das hohle Bohrgestänge einzufahren.
Dadurch wurden für die Durchführung von Messungen im Bohrloch die Aus- und Einbauzeiten für den Gestängestrang gespart.
Eine verbesserte Spülkopfkonstruktion wurde dadurch geschaffen, dass der erwähnte Stopfen im Durchmesser so gross ausgeführt wurde, dass sich das Degenrohr durch die vom ausgebauten Stopfen freigegebene Öffnung herausziehen liess. Infolgedessen konnte der Spülschlauch am Schwanenhals hängen bleiben, wodurch die Austauscharbeiten erheblich erleichtert wurden. Allerdings war der Stopfen mit vielen kleinen Schrauben gegen den hohen Spüldruck gehalten, und die Packung musste wiederum in vielen Einzelteilen, unter Umständen mit mehreren Spezialwerkzeugen, durch die Laterne herausgeholt werden.
Sehr ähnlich, besonders bezüglich des Hantierens mit vielen Verbindungselementen und Einzelteilen, ist eine weitere bekannte Ausführung, bei der der Krümmeroberteil, ein Rohrbogenkrümmer mit etwa 1800, flanschartig auf der Laterne befestigt ist. Da bei dieser Ausführung zwei Rohrverbindungsstellen abgedichtet werden müssen, ist für hohe Drücke eine noch grössere Zahl von Schrauben für die Flanschverbindung nötig. Gegenüber der im vorhergehenden Absatz beschriebenen Ausführung sind in dieser Lösung keine betrieblichen Vorteile zu erkennen.
<Desc/Clms Page number 2>
Besser ist dagegen eine amerikanische Ausführung, bei welcher der Schwanenhals mit dem Spülschlauch bei der Stopf büchsenmontage montiert bleiben kann, indem das Degenrohr und die Stopfbüchse sich seitlich durch die Laterne herausnehmen lassen. Diese Ausführung hat aber den Nachteil, dass durch die höhere Laterne die Gesamtbaulänge des Spülkopfes wächst und dass ferner der Packungssatz und das Degenrohr mit zwei Gewinden oder Flanschen nach oben und unten in die Laterne festgezogen und abgedichtet werden müssen. Der austauschbare Packungssatz ist entsprechend kompliziert, und seine Montage erfordert grosse Sorgfalt bei Benutzung geeigneter Spezialwerkzeuge.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Einrichtung zu schaffen, die das Auswechseln des kompletten Packungssatzes mit einfachen und betriebssicheren Konstruktionsmitteln ohne vollkommen abzunehmende und vorübergehend irgendwo abzulegende Verbindungselemente und ohne Verwendung verschiedener Werkzeuge erlaubt, damit die Arbeiten in kürzester Zeit mit grösster Sicherheit für das gesamte Personal durchgeführt werden können. Die Möglichkeit, bei montiert bleibendem Spülschlauch Mess- oder sonstige Spezialgeräte von oben her in den hohlen Gestängestrang einzufahren, soll, da es seitens der Bohrbetriebe gefordert wird, ebenfalls gegeben sein.
Alle diese Forderungen werden zum Unterschied von den vorerwähnten Ausführungen gemäss der Erfindung dadurch erfüllt, dass der zum Zuführen der Spülung vom Schlauch zum hohlen Bohrgestänge dienende Krümmer mit einem vorzugsweise abnehmbaren Teil des Spülkopfgehäuses durch eine bajonettartige Halterung verbunden und aus dieser um ein im Bereich des Schlauchanschlusses parallelachsig zum Bohrgestänge und Spülkopfgehäuse angeordnetes Lager seitlich ausschwenkbar ist.
Der Gegenstand der Erfindung ist auf der Zeichnung in einer Ausführungsform beispielsweise dargestellt. Es zeigen Fig. l einen vertikalen Schnitt durch einen Spülkopf mit allen zugehörigen Teilen, Fig. 2 einen Ausschnitt davon in grösserem Massstab und Fig. 3 eine Draufsicht des Spülkopfes bei ausgeschwenktem Krümmer.
In dem Spülkopfgehäuse 1, das in bekannter Weise mittels eines (nicht dargestellten, weil quer zur Bildebene der Fig. l liegenden) Bügels an dem Haken der Nachlassvorrichtung aufgehängt ist, befindet sich das Traglager 2 für das obere Ende des umlaufenden Bohrgestänges 3. Das Gehäuse 1 ist nach oben durch eine daran befestigte Haube 4 abgedeckt, die gleichachsig zum Bohrgestänge 3 eine nach einer Seite offene Unterschneidung als Bajonettverschluss 5 für das eine Ende eines Krümmers ss-im allgemeinen als Schwanenhals bezeichnet-und seitlich davon ein vertikales Lager 7 als Schwenkachse für das andere, an den (nicht dargestellten) Spülschlauch angeschlossene Ende des Krümmers 6 hat.
Als Verbindungselement zwischen dem Krümmer 6 und dem Bohrgestänge 3 dient ein Degenrohr 8, das in seiner Betriebslage gemäss Fig. l mit seinem oberen Ende etwas in den Krümmer 6 hineinragt und durch einen Rundgummiring 9 gegen denselben abgedichtet ist. Dadurch ist der Krümmer ss gegen unbeabsichtigtes Ausschwenken verriegelt. In seinem unteren Teil ist das Degenrohr 8 von einem aus Lippenringen 10 aus Gummi und verschiedenen Profilringen 11 aus Bronze bestehenden Packungssatz umgeben, der mittels einer Spannschraube 12 in einem Halsansatz 13 der Bohrspindel 3 unter Druck zusammengehalten wird und zur Abdichtung gegen das in die Bohrspindel hineingepumpte Spülmittel dient.
Unterhalb des Packungssatzes greift ein Federring 14 etwa zur Hälfte in eine Ringnut 15 des Degenrohres 8 ein ; als Widerlager für den vorstehenden Teil des Querschnittes dieses Federringes 14 ist eine entsprechende Ringnut 16 an der Unterseite des untersten Profilringes der Packung vorgesehen (s. Fig. 2). Zwischen der oberen Abdichtung 9 gegen den Krümmer 6 und der unteren Abdichtung 10, 11 gegen den Bohrspindelansatz 13 ist das Degenrohr 8 von einer Gewindehülse 17 mit grobgängigem Kordelgewinde umgeben und gegen diese durch einen at sich bekannten geteilten Federspannring 18, der mittels eines axial einwirkenden, von unten her an die Hülse 17 geschraubten Flansches 19 radial nach innen und aussen gedrückt wird, fest verspannt.
Mit dem Gewinde der Hülse 17 steht eine Schlagmutter 20 in Eingriff, die in einer laternenartigen Aussparung 21 der Gehäusehaube 4 untergebracht ist, so dass sie sich axial nicht verschieben kann.
Der Bajonettverschluss 5 ist so ausgebildet, dass die Kraftkomponente des Spülungsdruckes, die nach oben gegen das Degenrohr 8 gerichtet ist, durch Anlage eines Bundes ss'am Krümmer ss an die sichelförmige Fläche der Bajonetthalterung 5, also ohne die sonst übliche Verschraubung, aufgenommen wird.
Die Sicherung gegen ungewolltes Herausschwenken des Krümmers aus dem Bajonettverschluss 5, beispielweise während des Bohrens ist dadurch gegeben, dass in der Betriebslage das Gegenrohr 8 nach oben in die Zentrierbohrung am Krümmeransatz hineingeschoben ist. Gleichzeitig sorgt der in dieser Zentrier- bohrung liegende Rundgummiring 9 für die Abdichtung gegen höchste Spülungsdrücke.
Ein wesentlicher Vorzug ist es, dass das Degenrohr 8 als Hauptverschleissteil ein sehr einfaches Rohr- stück mit vollkommen glatter Oberfläche ist, das billig geschliffen, gehärtet, verchromt und geläppt werden kann, um grösste Standzeiten zu erreichen. Bei ganz symmetrischer Ausführung könnte es sogar umgedreht weiterverwendet werden.
Der Aus- und Einbau des Degenrohres kann bei Verwendung eines Universalwerkzeuges folgender- massen vorgenommen werden : Durch Drehen der Schlagmutter 20 nach links wird das Degenrohr 8 bis zum Anschlag nach unten gesenkt und geht dabei mit dem oberen Zapfen aus der Zentrierbohrung des Krümmers 6 heraus. Dieser wird dann seitlich aus dem Bajonett 5 herausgeschwenkt-der daran- hängende flexible Schlauch oder die Gelenkkupplung der Spezialrohrleitung lassen die kleine Schwenkung zu-bis die volle Öffnung über dem Degenrohr 8 freigegeben wird. Anschliessend wird das Degen-
<Desc/Clms Page number 3>
rohr 8 durch Rechtsdrehen der Schlagmutter 20 so weit gehoben, bis die Mutter 20 das Grobgewinde freigibt und das Rohr 8 von Hand gefasst und herausgezogen werden kann.
Nachdem dies geschehen ist, braucht nur ein vorher mit einer zweiten Klemmvorrichtung versehenes Ersatzdegenrohr mit Hilfe der Schlagmutter 20 in umgekehrter Reihenfolge eingebaut werden.
Die Klemmvorrrichtung selbst ist keinem nennenswerten Verschleiss unterlegen, sie kann stets mit einem neuen oder umgedrehten alten Degenrohr wiederverwendet werden. Die Montage der Klemmvorrichtung soll aber wegen der Gefahr des Fallenlassens einzelner Teile niemals im Bohrturm vorgenommen werden.
Die Lippenringpackung mit Käfigen oder Profilringen kann entweder nach Entfernen des Degenrohres 8 mit einem am Stiel des Schlagwerkzeuges angebrachten Haken für sich gemeinsam mit dem Degenrohr 8 nach oben herausgezogen werden. Zu diesem Zweck ist das Degenrohr 8 am unteren Ende auf der Aussenseite mit der halbrunden Ringnut 15 versehen, so dass der in diese Ringnut 15 eingelegte Rundstahlfederring 14 beim Hochspindeln des Degenrohres 8 gleichzeitig in die als Widerlager dienende Ringnut 16 an der Unterseite des untersten Lippenringkäfigs oder bei einer Dachmanschettenpackung des untersten Profilringes eingreift.
Auf diese Weise kann eine verschlissene gegen eine komplett montierte Ersatzpackung, bestehend aus Degenrohr, Klemmvorrichtung und Dichtungssatz, ausgetauscht werden, ohne dass kleine Verbindungselemente oder einzelne Ersatzteile gelöst, transportiert oder während der Montage beiseitegelegt zu werden brauchen. Der komplette Packungssatz kann in einer hermetisch dichten Verpackung (in Büchse eingelötet oder in Kunststoffbeutel eingeschweisst) mit konservierenden und Schmiermitteln versehen bereitgehalten werden.
Das einzige Werkzeug, das, wie bereits erwähnt, für Mehrzweckverwendung, nämlich zum Betätigen der Schlagmutter, zum Ziehen des Packungssatzes allein oder zusammen mit dem Degenrohr usw. in an sich bekannter Weise als Hammer, Haken usw. ausgebildet ist, wird mittels einer Kette am Sicherheitsgürtel des Bedienenden befestigt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Spülkopf für Rotary-Bohranlagen mit auswechselbarem Degenrohr und Dichtungssatz, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Zuführen der Spülung vom Schlauch zum hohlen Bohrgestänge dienende
EMI3.1
zum Bohrgestänge (3) und Spülkopfgehäuse (1) angeordnetes Lager (7) seitlich ausschwenkbar ist.