DE1088895B - Bohrturbine - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine wahlweise als Strahlbohrer verwendbare Bohrturbine, die mit Vorteil z, B. zum Herstellen von Bohrungen in weichem bzw. verhältnismäßig lockerem Gebirge verwendet werden kann.

Bei gewissen Formationen genügt es, das untere Ende einer beliebigen Rohrleitung, z. B. eines Panzerschlauches, mit einer oder mehreren Düsen bzw. einem mit Düsen oder ähnlichen Öffnungen versehenen Werkzeug auszustatten und durch diese hindurch unter einem bestimmten Druck eine entsprechende Menge Wasser oder eine sonstige Flüssigkeit zu pumpen, um die Auflösung bzw. Auflockerung des Gesteins zu bewirken oder erheblich zu beschleunigen. Dies ist z. B. der Fall bei sehr weichem oder lockerem Gebirge oder bei flachen Bohrungen, ζ. Β. Schürfbohrungen, die bei geologischen oder geophysikalischen Untersuchungen in oberflächigen, noch nicht konsolidierten Bodenschichten vorgenommen werden. Die beschriebenen Strahlbohrer konnten sich jedoch wegen der vielfach vorkommenden Ungleichartigkeit des Gebirges in dem gewünschten Umfang nicht einbürgern. Stößt man nämlich im Lauf eines Bohrvorganges auf eine harte oder dichte, stein- oder tonhaltige Schicht, so ist das Spülbohren nicht mehr möglich. Der Panzerschlauch oder die Rohrleitung mußten aus dem Bohrloch herausgeholt und die konventionellen Bohrmethoden herangezogen werden, d. h. das Dreh- oder Schlagbohren, wodurch die mit dem Spülbohren verbundenen Vorteile unwirksam werden.

Es wurde bereits vorgeschlagen, eine Bohrturbine über einem Strahlbohrer anzuordnen, jedoch sind derartige Vorrichtungen nicht zufriedenstellend, da einerseits die Turbinen in der Regel nicht dafür gebaut sind, um am Ausgang dem beträchtlichen für die Spülbohrwerkzeuge erforderlichen Druckabfall standzuhalten, und andererseits die Flüssigkeit, die durch die Antriebsteile der Turbine sowie die Bohrdüsen strömen soll, einen beträchtlichen Gesamtdruckabfall erfährt, wovon nur ein Anteil in jeder Stufe des ,Bohrvorganges ausgenutzt wird. Schließlich ist der Leerlauf der Turbine während des Spülbohrens infolge des sich für die rotierenden Teile ergebenden Verschleißes mit hohen Kosten verbunden.

Weiterhin ist Gegenstand eines nicht zum Stand der Technik gehörigen älteren Vorschlages eine Tiefbohranlage, bei welcher das Bohrwerkzeug durch eine in der Nähe des unteren Endes des Bohrgestänges angeordnete, durch den Spülschlamm oder ein anderes durch das Bohrgestänge hindurchgepumptes Strömungsmittel in Drehung versetzte Turbine angetrieben und eine teleskopartig ausgebildete Verbindung zwischen Bohrgestänge und Turbine bzw. zwischen Turbine und Bohrwerkzeug angeordnet wird, welche

Anmelder:

Wladimir Tiraspolsky,

Issy-les-Moulineaux, Seine,

und Roger Francois Rouviere,

Aureilhan, Hautes-Pyrenees (Frankreich)

Vertreter: Dipl.-Ing. J. Buschhoff, Patentanwalt,
Köln, Kaiser-Wilhelm-Ring 24

Beanspruchte Priorität:
Frankreich, vom 7. Dezember 1956

Wladimir Tiraspolsky, Issy-Ies-Moulineaux, Seine;

und Roger Frangois Rouviere,

Aureühan, Hautes-Pyrenees (Frankreich),

sind als Erfinder genannt worden

eine Ventileinrichtung in der Weise betätigt, daß bei eingeschobener Stellung der Verbindung die Innenseite und die Außenseite des Bohrgestänges über die Turbinenbeschaufelung und in der auseinandergezogenen Stellung der Teleskopverbindung die Innenseite und die Außenseite über eine Umgehungsleitung in Verbindung stehen. Nach dem älteren Recht trägt die mit dem Bohrwerkzeug verbundene Turbinenwelle Ventile, die derart angeordnet sind, daß sie die wahlweise Förderung der Flüssigkeit durch den einen oder den anderen Kreislauf bzw. eine gleichzeitige Förderung durch die beiden Kreisläufe bewirken.

Gegenstand der Erfindung ist eine wahlweise als Strahlbohrer verwendbare Bohr turbine mit einer über die Beschaufelung der Turbine und mit einer anderen durch die hohle Rotorwelle führenden Strömungsbahn für die Umlaufflüssigkeit, wobei in Abhängigkeit von dem auf den Meißel ausgeübten Bohrdruck durch gegenseitige Axialverschiebung von Bauteilen unter Mitwirkung von Ventilen die Umlaufflüssigkeit alternativ in eine der beiden Strömungsbahnen umleitbar ist, wobei das Neue darin besteht, daß zur Umleitung der Flüssigkeit das vorhandene Axialspiel des Turbinenrotors gegenüber dem Turbinenstator nutzbar gemacht ist. Hierbei stellt die eine Strömungsbahn die Verbindung zwischen dem

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Einlauf der Flüssigkeit und dem unteren Teil der schraubt ist und die Verspannung des nicht dar-Turbine über die Antriebsteile dieser Turbine her, gestellten Statorstapels gewährleistet,
während die andere Strömungsbahn zwischen diesem Die Welk2 weist im Bereich ihres oberen Endes ein

Flüssigkeitslauf und dem unteren Teil eine direkte Gewinde auf und nimmt zuerst die Mutter 17 auf, die oder annähernd direkte Verbindung hervorruft, wobei 5 die Verspannung auf dieser Welle des nicht darentsprechende Organe die Strömung des nach dem gestellten Rotorstapels gewährleistet. Über dieser unteren Turbinenteil gerichteten Hauptflüssigkeits- Aiutter liegt ein pilzförmiges Teil 18, auf dessen Stroms wahlweise über die eine oder die andere Strö- oberer Fläche eine Gummischeibe 19 mittels einer mungsbahn bewirken. Mutter 20 verspannt ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich,

Mittels einer zwangläufigen oder automatischen io kann der Umfang dieser Gummischeibe 19 sich an ein Steuerung ist es somit durch Ausnutzung des Axial- mit dem Turbinenkörper 1 verbundenes Teil 21 abspiels zwischen Rohr und Stator möglich, die Flüssig- dichtend abstützen. Die Gummischeibe kann aber auch keit ganz oder teilweise durch eine sehr geringe Be- von diesem Teil abstehen, um einen Ringraum 22 zu lastungsverluste verursachende Strömungsbahn bis zu bilden, der den Antriebsteil 11 der Turbine mit dem den Bohrdüsen zu führen, ohne die Turbinenwelle an- 15 Einlauf der Umlaufflüssigkeit verbindet,
zutreiben oder die Flüssigkeit durch die Antriebsteile Das obere, das Gewinde aufweisende Teil der

der Turbinen strömen zu lassen und somit die Tür- Welle 2 trägt ebenfalls ein in einem hohlen Konus binenwelle in Drehung zu versetzen, wobei die erstere endendes Teil 23, welches einen Ring 24 aus Gummi Strömungsbahn geschlossen ist. oder ähnlichem Material aufnimmt, der mittels einer

Gemäß einer Ausführungsmöglichkeit der Erfindung 20 Mutter 25 gehalten wird. Dieser Ring 24 bildet den sind bei der Bohrturbine zwei Ventileinrichtungen vor- Sitz einer Klappe oder eines Ventils 26, dessen Schaft gesehen, von welchen die eine Ventileinrichtung den 27 in einer Muffe 28 geführt ist, die mit einem in dem Verschluß bzw. die Drosselung des Ringraumes Statorstapel der Turbine eingeschalteten Teil 29 verzwischen Stator und Rotor und die andere Ventil- bunden ist. Der wahlweise einstellbare Abstand 31 einrichtung den Verschluß der hohlen Rotorwelle be- 25 zwischen dem Ventil 26 und dessen durch den Ring 24 wirkt, wobei die beiden Ventileinrichtungen so an- gebildeten Sitz verbindet die Längsbohrung 3 der geordnet sind, daß bei axialer Verschiebung des Welle 2 mit dem Einlauf der Umlaufflüssigkeit.
Rotors nach oben die hohle Welle geschlossen und der Die von dem Turbinenkörper getragenen Teile 21

Ringraum geöffnet, hingegen bei axialer Verschiebung und 26 arbeiten mit den von der Turbinenwelle 2 gedes Rotors nach unten die hohle Welle geöffnet und 3° tragenen Teilen 19 und 24 umgekehrt zusammen, so der Ringraum geschlossen bzw. gedrosselt wird. daß jeweils der eine Verbindungsgang geöffnet ist,

Die Erfindung wird an Hand der schematischen wenn der andere geschlossen ist. Diese Gänge sind Zeichnung, die mehrere Ausführungsbeispiele darstellt, derart dimensioniert, daß der Druckverlust der durchnäher erläutert. Es zeigt strömenden Flüssigkeit ganz gering ist.

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäß 35 Die Turbinenwelle ist ebenfalls mit einem nicht darwahlweise als Strahlbohrer verwendbaren Bohrturbine gestellten Axiallager ausgerüstet, welches einfach wirim Vertikalschnitt, kend ist und dessen axiales Spiel zur Realisierung der

Fig. 2 und 3 Einzelheiten im Schnitt gemäß einer Erfindung ausreichend gehalten ist, damit die Welle \^rariante. verschoben werden kann und das wahlweise öffnen

Die in Fig. 1 teilweise dargestellte Turbine besteht ₄₀ und Schließen der Durchgänge 22 und 31 sichergestellt aus einem Turbinenkörper 1, in dem eine Welle 2 ge- ist.

lagert ist, die hier eine durchgehende Längsbohrung 3 Die erfindungsgemäße, als Strahlbohrer verwendaufweist. In dem unteren Endteil der Welle ist ein bare Turbine arbeitet wie folgt:

Rohr 4 verschraubt, welches die Verlängerung ihrer Solange die Düsen ausreichen, um das Gebirge zu

Längsbohrung 3 bildet. An seinem unteren Teil steht ₄₅ lockern, hält man den auf den Bohrmeißel 6 ausdieses Rohr 3 mit der Einlauföffnung 5 (in dem Bohr- geübten Druck unter einem bestimmten Wert, welcher meißel 6) der nicht dargestellten Düsen in Verbindung, sich aus der Summe der Gewichte des Werkzeugs, der durch welche beim Spülbohren die Flüssigkeit strömt. Rotorteile der Turbine und des entsprechenden hydrau-Im Bereich der Öffnung 5 ist eine Dichtungsvorrich- lischen Druckes ergibt, was einen auf diese Teile und tung 7 vorgesehen, um Spülungsverluste durch das _so auf die Welle 2 nach unten gerichteten Axialdruck Rohr zu verhindern. hervorruft, so daß die Dichtungsscheibe 19 gegen das

Der Bohrmeißel 6 ist auf der Muffe 8 verschraubt, Teil 21 angedrückt wird und der Durchgang 22 abweiche wiederum am unteren Ende der Welle 2 ver- geschlossen ist. Dagegen steht die Dichtungsscheibe 24 schraubt ist. Dieses untere Ende der Welle 2 und die von dem Ventil 26 ab. Die Umlaufflüssigkeit kann so-Muffe 8 sowie das Rohr 4 begrenzen einen Ring- ,. mit nicht durch die durch die Antriebsteile der Turraum 9, welcher an seinem oberen Teil über Schlitze bine gebildeten Stapel strömen, und die ganze Flüssig-10 mit dem Teil 11 in Verbindung steht, welches inner- keit fließt in den Durchgang 31, dann durch die halb des Turbinenkörpers 1 angeordnet ist, und in Bohrung 3 der Welle 2 und das Rohr 4, um an die welchem die nicht dargestellten Stator- und Rotor- Einlauföffnungen 5 der Düsen zu gelangen. Die Turstapel montiert sind. An seinem unteren Teil steht der _6o binenwelle 2 und der Bohrmeißel 6 werden also nicht Ringraum9 mit Öffnungen 12 des Bohrmeißels in Ver- in Drehung versetzt. Das Vordringen des Werkzeuges bindung, die von den Einlauföffnungen der vorer- nach unten erfolgt also nur gemäß dem Vorschub,
wähnten Düsen verschieden sind und in der Regel Falls z. B. durch zunehmende Festigkeit des Geeinen größeren Querschnitt aufweisen. birges das Spülbohren unzweckmäßig wird, kann die

Das untere Turbinenlager besteht im vorliegenden 65 eigentliche Turbine zum Einsatz kommen. Dazu erFalle aus dem Verschleiß ring 13, der mit der Welle 2 höht man den Druck des Bohrmeißels auf die Bohrverbunden ist, und aus gummibekleideten Ringen 14, sohle. In diesem Fall öffnet sich der Durchgang 22, die von der Muffe 15 getragen werden. Diese Muffe 15 während der Durchgang 31 infolge der relativen ist auf der Anschlußmuffe 16 verschraubt, welche Axialverschiebung zwischen der Welle und dem Bohrwiederum auf dem Turbinenkörper 1 der Turbine ver- 70 meißel einerseits und dem Turbinenkörper anderer-

seits, auf welchen das Gewicht des Bohrgestänges wirkt, geschlossen wird. Die Umlaufflüssigkeit kann also nicht mehr in die Bohrung 3 der Welle gelangen, so daß die Speisung der Düsen unterbrochen wird. Dagegen strömt die Flüssigkeit durch den Antriebsteil der Turbine, so daß mit Hilfe des drehbaren Bohrmeißels 6 auf die übli#he Weise weitergebohrt wird. Die Flüssigkeit fließt ohne nennenswerten Druckverlust durch die Kanäle 9, 10 und 12.

Sobald die harte Schicht durchbohrt ist, wirkt die Turbine durch die umgekehrte Verstellung der durch den Vorschub des Werkzeuges gesteuerten Ventile und der Welle in bezug auf den Turbinenkörper abgestellt, wobei die Bohrdüsen wieder zum Einsatz kommen.

Selbstverständlich muß die Leitung (Bohrstangen oder Panzerschläuche), die die Turbine speist, einen ausreichenden Torsionswiderstand aufweisen, um dem Drehmoment der Turbine entgegenzuwirken.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird das wahlweise Abschließen der Bohrung 33 der Welle 32 mittels eines zylindrischen Nadelventils bewirkt, dessen Schaft 35 in einem Loch eines mit dem nicht dargestellten Turbinenkörper verbundenen Teiles 36 geführt ist. Die Verstellung dieses Nadelventils nach unten wird durch einen Kopf 37 begrenzt. Das Teil 36 dient zur Führung des Nadelventils, welches mit Bezug auf dieses Teil längsverschieblich und drehbar angeordnet ist. Um das Schließen zu bewirken, greift das zylindische Nadelventil 34, wie dargestellt, in die Bohrung 33 der Welle 32 hinein.

Gemäß der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform wird das Ventil 38 von seinem Schaft 39 in einem Gummilager 40 od. dgl. geführt, welches von einem mit dem Turbinenkörper verbundenen Teil 41 getragen wird. Das Gummilager 40 wird von einer Scheibe 42 und einer profilierten Mutter 43 in seiner Lage gehalten. Der Schaft des Ventils 39 trägt an seinem oberen Teil einen verschraubten Anschlag 44, welcher seine Verschiebung nach unten begrenzt. Dieser Anschlag stützt sich über ein Gummiteil 45 od. dgl. an der Scheibe 42 ab, so daß ein Drucklager gebildet wird. Auf diese Weise kann sich das Ventil gegenüber seiner Führung drehen, wenn es an der Turbinenwelle anliegt und dieselbe in Drehung versetzt wird.

Das Lager 40 wird durch den Umlauf der Flüssigkeit zwischen dem Lager und der Achse 39 geschmiert, wobei der Umlauf durch das Vorhandensein der profilierten Mutter 43 am Einlauf sowie von innerhalb des das Lager 40 bildenden Ringes vorgesehenen Kanälen oder Nuten erleichtert wird.

Claims (2)

PATENTANSPKOCHE:

1. Wahlweise als Strahlbohrer verwendbare Bohrturbine mit einer über die Beschaufelung der Turbine und mit einer anderen durch die hohle Rotorwelle führenden Strömungsbahn für die Umlaufflüssigkeit, wobei in Abhängigkeit von dem auf den Meißel ausgeübten Bohrdruck durch gegenseitige Axialverschiebung von Bauteilen unter Mitwirkung von Ventilen die Umlaufflüssigkeit alternativ in eine der beiden Strömungsbahnen umleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umleitung der Flüssigkeit das vorhandene Axialspiel des Turbinenrotors gegenüber dem Turbinenstator nutzbar gemacht ist.

2. Bohrturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ventileinrichtungen vorgesehen sind, von welchen die eine Ventileinrichtung (18 bis 22) den Verschluß bzw. die Drosselung des Ringraumes zwischen Stator (1) und Rotor (2) und die andere Ventileinrichtung (24, 26, 31) den Verschluß der hohlen Rotorwelle bewirkt, wobei die beiden Ventileinrichtungen so angeordnet sind, daß bei axialer Verschiebung des Rotors nach oben die hohle Welle geschlossen und der Ringraum geöffnet, hingegen bei axialer Verschiebung des Rotors nach unten die hohle Welle geöffnet und der Ringraum geschlossen bzw. gedrosselt wird.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 033 153.

Hierzu 1 Bfatt Zeichnungen

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