DE1091057B - Turbinenbohrer mit Rollenmeissel - Google Patents

Description

Die bekannten Konstruktionen der Turbinenbohrer weisen folgende Mangel auf:

1. Bei den existierenden Konstruktionen der Turbinenbohrer wird eine Erhöhung des Drehmoments durch Einsatz einer größeren Anzahl von Stufen erreicht, was die Herstellung der Turbinenbohrer verteuert und kompliziert. Es sind auch solche Konstruktionen von Turbinenbohrern bekannt, bei welchen die Erhöhung des Drehmomentes durch Einführen eines Reduktors dieser oder jener Art zwischen dem Meißel und der Turbinenwelle erreicht wird. Diese Konstruktionen sind recht kompliziert und unzuverlässig in der Arbeit.

2. Bei den bekannten Rollenmeißelkonstruktionen wird die Belastung über den nur begrenzte Diametralmaße aufweisenden Lagerzapfen der Meißelrolle auf die Sohle übertragen. Bei großen Drehgeschwindigkeiten der Rollen und bei großen Belastungen der Sohle ist die Lebensdauer der Rollenlager nicht groß, sie begrenzt die Dauer des Meißeleinsatzes an der Sohle.

Die Erfindung betrifft die Kombination aus einer Vielstufenantriebsturbine und einem Rollenmeißel, mit dem Ziel der Entlastung der Schneidrollenlager und einer selbsttätigen Änderung der Umdrehungszahl und der Leistung der Turbine in Abhängigkeit von den jeweiligen Arbeitsbedingungen des Meißels. Der Rumpf des Meißels ist mit dem Turbinengehäuse mittelbar über das Drucklager verbunden, wodurch seine rotierende Bewegbarkeit gewährleistet ist; mit der Welle des Rotors ist der Meißel über ein Planetengetriebe verbunden, dessen Elemente die Stirnfläche der Rotorwelle, die Meißelrolle und die Formation der Sohle sind.

Eine Ausführungsform der Konstruktion des mit dem Rollenmeißel vereinten Turbinenbohrers ist in Fig. 1 dargestellt. Die Bohrturbine mit Meißel besteht aus einer Vielstufenturbine axialen oder radialaxialen Typs, dem Spindelknotenpunkt einschließlich des Axiallagers der Bohrturbine und dem zugleich als Getriebe wirkenden Rollenmeißel. Die Turbinenwelle 9 stützt sich drehfest auf den Stock 1, und dieser stützt sich über den Zwischentopf 2 gegen die Schneidrollen 3. Durch den Stock 1 überträgt die Turbinenwelle ebenso auch das von der Turbine entwickelte Drehmoment auf die Schneidrollen 3. Die Übertragung des Drehmomentes erfolgt durch Friktion. Die Kraft, mit welcher der Topf 2 gegen die Rollen gedrückt wird, wird von hydraulischen Beanspruchungen der Turbine nach folgender Formel bestimmt:

Turbinenbohrer mit Rollenmeißel

Anmelder:

Rolen Joannessjan und Moissej Gußmann, Moskau (UdSSR)

Vertreter: Dipl.-Chem. L. Zellentin, Patentanwalt,
Ludwigshafen/Rhein, Rheinstr. 25

Rolen Joannessjan und Moissej Gußmann,

Moskau (UdSSR),
sind als Erfinder genannt worden

wobei p der Druckabfall in der Turbine und d_p der

^a5 berechnete Durchmesser der Turbine ist.

Die Schneidrollen 3 erfüllen neben ihrer Bestimmungsaufgabe der Zerkleinerung der Formation auch die Aufgabe, Räder eines Reibungsgetriebes zu sein. Der Meißelrumpf 7 rotiert mit einer geringeren Umdrehungszahl als die Turbinenwelle 9.

Der Meißelrumpf 7 steht mit der Spindel 5 in Verbindung, letztere ist wiederum mittels des Kammdrucklagers 6 mit dem Turbinengehäuse 4 verbunden. Die Belastung des Meißels durch die Bohrrohre wird über das Turbinengehäuse und die Spindel auf den Meißelrumpf und weiter über den Zapfen auf die Schneidrollen 3 übertragen.

Auf diese Weise wirken auf die Meißelzähne sowohl die hydraulische Beanspruchung, die vom Stock 1 unmittelbar über den Meißelrumpf übertragen wird, als auch die Belastung durch das Bohrrohrgestänge, die durch das Zapfenlager der Schneidrollen 3 weitergegeben wird.

Wenn der Turbinenbohrer mit dem Meißel sich über der Sohle des Bohrloches befindet und die Pumpen eingeschaltet sind (beim Nachschneiden oder Erweitern des Bohrloches), so wird die hydrauliche Belastung, die auf die Schneidrollen wirkt, auf das Drucklager der Spindel übertragen; dieses Lager ist also »von oben nach unten« beansprucht, sowohl durch diese Beanspruchung als auch durch das Gewicht der rotierenden Teile. Nach Erreichen der Sohle des Bohrloches und Belasten des Meißels mit dem Gewicht der Bohrrohre wird die Belastung des Spindellagers ver-

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ringert und kann dann den Wert Null annehmen, wenn die hydraulische Beanspruchung der Schneidrollen gleich der Belastung der Sohle wird. Bei weiterem Ansteigen der Belastung wird das Drucklager der Spindel in der Richtung »von unten nach oben« beansprucht.

Auf dieselbe Weise verändert sich ebenso die Belastung des Zapfenlagers der Rollen.

Beim Nachschneiden ist das Zapfenlager in Richtung »von oben nach unten« mit der vollen hydraulischen Beanspruchung der Turbine belastet, während nach der Heranführung des Turbinenbohrers an die Sohle die Belastung des Zapfenlagers geringer wird. Bei Gleichheit der hydraulischen und der Gewichtsbelastung ist das Zapfenlager der Rollen entlastet und wird schließlich beim Übersteigen des Belastungsgleichgewichtes in Richtung von der Sohle aufwärts beansprucht. Ein solches Schema der Arbeit des Turbinenbohrers mit Meißel erleichtert die Arbeitsbedingungen des Drucklagers der Schneidrollen und ermöglicht deren längere Verwendbarkeit.

Berücksichtigt man, daß die Übertragung des Drehmomentes durch Reibung unter den Bedingungen des Abteufens eines Bohrloches erfolgt — vorliegendes Medium: mit Bohrklein beladene Spülflüssigkeit —, so ergibt sich die Möglichkeit für eine recht sichere Übertragung des Drehmomentes. Zur Erhöhung des Drehmomentes auf dem Meißelrumpf sowie zur Verbesserung der Bedingungen für das Anlassen des Turbinenbohrers beim Erweitern und Nachschneiden des Bohrloches ist es möglich, in der Spindel 5 eine zusätzliche Turbine 21 anzuordnen, deren Rotor mittelbar mit dem Meißelrumpf 7 und deren Leitvorrichtung mit dem Gehäuse 22 der Hauptturbine 23 verbunden ist.

Beim Bohren in harten Formationen — wenn das für den Meißel unbedingt erforderliche Drehmoment relativ gering ist, die Belastungen der Sohle aber hoch sein müssen — ist eine Vereinfachung des beschriebenen Schemas (vgl. Fig. 2) möglich; in diesem Falle wird das Drucklager 6 der Turbine in deren oberen Teil angeordnet und ist nicht mit dem Rumpf des Meißels verbunden. Der Rumpf 7 des Meißels ist frei drehbar und wird durch die Rotation der Schneidrollen 3 beim Abwälzen auf der Bohrlochsohle in Drehung versetzt. In diesem Falle wird das Drucklager der Schneidrollen in erheblichem Maße entlastet, wodurch die Lebensdauer des Meißels günstig beeinflußt wird. Zur Heranführung des Meißels bis an die Sohle beim Nachschneiden oder Erweitern des Bohrloches, wenn Belastungen fehlen, die den Meißel ans Bohrloch drücken, wird der Meißelrumpf 7 unmittelbar mit der Turbinenwelle 9 verbunden, z. B. mittels der Pinne 8, welche nach Heranführen des Meißels an die Sohle durch Gewichtsbelastung oder durch andere Vorrichtungen weggeschnitten wird.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Turbinenbohrer mit Rollenmeißel und koaxial dazu angeordneter hydraulischer Vielstufenturbine zum Abteufen von Bohrlöchern, dadurch gekennzeichnet, daß zum Entlasten der Schneidrollenlager, zur Herabsetzung der Drehzahlen sowie Erhöhung des Drehmomentes des Turbinenbohrers in Abhängigkeit von den jeweiligen Arbeitsbedingungen des Meißels der Meißelrumpf (7) mittelbar mit dem Turbinengehäuse (4) über ein seine Drehbarkeit gewährleistendes Kamm drucklager (6) und mit der Welle (9, 1) des Turbinenrotors über ein Planetengetriebe verbunden ist, dessen Getriebeelemente die Stirnfläche der Welle (9), die Schneidrollen (3) und die Sohle bilden.

2. Turbinenbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (1) der Turbinenwelle (9) mit einem Friktionskranz (20) versehen ist, der mit den hinteren Kegelflächen der Schneidrollen (3) zusammenwirkt.

3. Turbinenbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Mitteilung eines zusätzlichen Drehmomentes für den Meißelrumpf (7) eine zusätzliche hydraulische Turbine (21) vorgesehen ist, deren Rotor (5) mittelbar mit dem Meißelrumpf (7) und deren Leitvorrichtung mit dem Gehäuse (22) der Hauptturbine (23) verbunden sind.

4. Turbinenbohrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bohren in harten Formationen der Meißelrumpf (7) nicht mit dem Gehäuse der hydraulischen Turbine, sondern mit der Welle (9) durch Aufsetzen auf diese mit ihr frei drehbar verbunden ist.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 054 396.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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