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Bohrgestänge mit Rollenmeißel Die Erfindung bezieht sich auf Bohrgestänge
mit Rollenmeißeln, wie sie zum Niederbringen von Bohrungen in unterirdische Formationen
verwendet werden.
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Ein Rollenmeißel besitzt ein Gehäuse mit einem hohlen Schaft, der
mit der letzten Schwerstange des Bohrgestänges über ein Gewinde verbunden ist. Der
durch das Innere des Bohrgestänges zugeführte Bohrschlamm tritt in den Hohlraum
des Schaftes über und wird über eine oder mehrere Düsen der Bohrlochsohle zugeführt.
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Um die Lager des Bohrmeißels vor zu schneller Abnutzung durch groben
Bohrschlamm zu schützen und um sie zu kühlen, ist es bekannt, innerhalb des Bohrmeißels
einen Filter anzuordnen und den Raum hinter dem Filter über Kanäle mit den Lagerstellen
der Schneidwerkzeuge bzw. Rollen des Bohrmeißels zu verbinden. Dadurch wird nur
ein feines Filtrat des Bohrschlamms den Lagerstellen zugeführt.
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Bei einem bekannten derartigen Rollenmeißeltyp ist ein Filter unmittelbar
vor dem Eingang des Kanalsystems in das Gehäuse eingeschweißt; bei dieser Anordnung
lassen sich nur Filter beschränkten Ausmaßes verwenden.
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Bei einem anderen bekannten Rollenmeißeltyp ist ein zylindrischer
Filter im Schaft des Rollenmeißels angeordnet. Er ist auf den Grund des Schafthohlraumes
aufgesetzt und liegt am oberen Ende außen an der Wand des Hohlraumes an, mit der
er durch Löten oder Schweißen verbunden ist. Der Raum radial außerhalb des Filters
ist mit den Lagerstellen verbunden. Falls sehr große Filter verwendet werden müssen,
hat das zur Folge, daß der Schaft des Rollenmeißels unverhältnismäßig lang ausgebildet
sein muß, was zu kostspieligen Rollenmeißelkonstruktionen führt. Außerdem geht der
im allgemeinen langlebige Filter, da er nicht ausgebaut werden kann, nach Abnutzung
des Rollenmeißels verloren, was sehr kostspielig sein kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese bei den bekannten Filteranordnungen
vorhandenen Nachteile zu vermeiden.
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Hierzu ist nach der Erfindung vorgesehen, daß das zylindrische Filter
auswechselbar mit geeigneten Dichtungen vollständig oder zum größten Teil in der
Schwerstange angeordnet ist. Bei dieser Anordnung besteht keine Beziehung mehr zwischen
der Dimensionierung des Rollenmeißels und der Wahl der Ausmaße und der Güte des
Filters, und der Filter kann für mehrere Rollenmeißel verwendet und ohne Beschädigungsgefahr
leicht auswechselbar angebracht werden. Wenn der Filter vollständig innerhalb der
Schwerstange angeordnet ist, kann gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der
Raum radial außerhalb des Filters über Kanäle mit einer zwischen den Endflächen
von Schwerstangen und Bohrmeißel vorgesehenen Ringnut verbunden sein, von der im
Bohrmeißelgehäuse Kanäle zu den Lagerstellen ausgehen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch ein Bohrgestänge mit Rollenmeißel
gemäß der Erfindung und Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt durch eine abgewandelte
Ausführungsform des Bohrgestänges.
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Gemäß Fig. 1 ist der Schaft 7 des Bohrmeißels 1 mit Hilfe des Gewindes
8 mit der Schwerstange 2 verbunden. Der Bohrmeißel 1 besitzt Lagerzapfen 3 mit Lagern
4, auf denen Schneidwerkzeuge 5 umlaufen. Mindestens eine Düse 6 verbindet den im
Schaft 7 angeordneten Hohlraum mit dem Raum außerhalb des Bohrmeißels 1. Die Schwerstange
2 besteht aus zwei Teilen 2' und 2", die mit Hilfe eines Gewindes miteinander verbunden
sind. Die Oberseite des Teiles 2" ist zur Verbindung der Schwerstange mit anderen
Schwerstangen oder Rohrsträngen mit einem Gewinde 9 versehen.
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Der Hohlraum 10 weist auf der oberen Seite eine Zuführungsöffnung
11 auf, die unmittelbar mit dem Inneren des hier nicht gezeigten Bohrstrangs in
Verbindung
steht, der sich aus Bohrrohren zusammensetzt und in
den erforderlichenfalls Schwerstangen eingeschaltet sein können. Das untere Ende
des Hohlraums 10 steht mit dem Ort, an dem der Bohrmeißel wirkt, über die Düsen
6 in Verbindung. Der zylindrische Filterkörper 12, dessen Außenfläche von dem Ringraum13
umgeben ist, ist in den Abschnitt 2' eingebaut. Er wird zwischen Stirnflächen gehalten.
Da am oberen und unteren Rand des Filterkörpers 12 Abdichtungen 14 angebracht sind,
besteht eine Verbindung zwischen dem Hohlraum 10 und dem Ringraum 13 nur über den
Filterkörper 12.
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An den Ringraum 13 schließt sich ein Kanalsystem 15 an, das zu dem
Lagerraum 16 zwischen den Lagerzapfen 3 und den drehbaren Schneidwerkzeugen 5 führt.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Lager 4 als Kugel-und
Rollenlager ausgebildet, doch beschränkt sich die Erfindung nicht auf diese Ausbildungsform.
Auch Gleit oder Buchsenlager können gemäß der Erfindung gegen vorzeitige Abnutzung
geschützt werden.
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Der Filterkörper kann aus einem durchlässigen Material bestehen, z.
B. aus porösem Metall, porösem keramischem Material oder verfestigtem Sand. Das
zuletzt genannte Material wird in der Weise hergestellt, daß man Sandkörner mit
Hilfe eines Harzes so miteinander verkittet, daß eine gewisse Durchlässigkeit erhalten
bleibt. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf die Verwendung dieser Filtermaterialien,
sondern es können Filtermaterialien jeder geeigneten Art, z. B. ein Nylongewebe,
verwendet werden, wobei es lediglich erforderlich ist, daß das Filtermaterial aus
dem Bohrschlamm Teilchen zurückhält, deren Größe nur wenige tausendstel Millimeter
beträgt.
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Nachstehend ist die Arbeitsweise des Meißels beschrieben. Vor dem
Absenken in das Bohrloch wird die Meißel/Schwerstangkombination,(1, 2) mit Hilfe
des Gewindes 9 am unteren Ende eines nicht gezeigten Bohrstrangs befestigt. Durch
Aufschrauben weiterer Bohrrohre wird ein Bohrstrang oder -gestänge zusammengestellt,
mittels dessen der Bohrmeißel bis zur Sohle des Bohrlochs abgesenkt wird. Dann wird
der Bohrstrang gedreht, und in Folge des Drucks, der durch einen Teil des Bohrstranggewichts
auf den Bohrmeißel aufgebracht wird, zertrümmern die Schneiden der rollenähnlichen
Werkzeuge 5 das Gestein auf der Sohle des Bohrlochs. Gleichzeitig wird dem Inneren
des Bohrstrangs Bohrschlamm zugeführt, der über die Öffnung 11 in den Hohlraum 10
der Meißel/Schwerstangkombination eintritt und dann durch den axialen Hohlraum im
Filter 12 zu den Düsen 6 strömt, durch die der Bohrschlamm mit großer Kraft auf
die drehbaren Schneidwerkzeuge 5 und/oder den Boden des Bohrlochs geleitet wird.
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Ein Teil des Bohrschlamms wird jedoch im Filterkörper 12 filtriert,
und das Filtrat wird über den Ringraum 13 und das Kanalsystem 15 zu den Lagerräumen
16 geleitet. Da das Filtrat die Lagerräume 16 durchströmt und über die Spalten zwischen
den Lagerzapfen 3 und den Schneidwerkzeugen 5 entweicht, kann kein feste Teilchen
enthaltender Schlamm von der Außenseite des Meißels aus in die Lagerräume 16 eindringen.
Auf diese Weise wird eine erhebliche Verminderung des Verschleißes der Lager 4 erreicht.
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Die Menge des über die Lagerräume abgezogenen Filtrats richtet sich
nach der insgesamt zugeführten Menge an Bohrschlamm und hängt außerdem von der Beziehung
zwischen den Widerständen ab, denen die Strömung in den Düsen 6 einerseits sowie
in dem Filter 12, dem Ringraum 13; dem Kanalsystem 15 und den Lagerräumen 16 andererseits
ausgesetzt ist.
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Wenn ein Filter mit einem hohen Widerstand verwendet wird, sind somit
Düsen anzuwenden, deren Durchflußwiderstand nicht zu klein ist, denn anderenfalls
würde praktisch die gesamte Menge des Bohrschlamms die Düsen passieren, und die
Menge des das Filter, den Ringraum 13, das Kanalsystem 15 und die Lagerräume 16
passierenden Filtrats würde zu klein sein, um das Eindringen von feste Teilchen
mitführendem Bohrschlamm in die Lagerräume zu verhindern.
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Die Entstehung eines Filterkuchens auf der Wand des Filterkörpers
wird durch die starke Erosionswirkung des Bohrschlamms verhindert, der von der Zuführungsöffnung
11 aus zu den Düsen 6 strömt, so daß das Filter ständig funktionsfähig bleibt. Wenn
sich die Schneiden der rollenähnlichen Werkzeuge 5 abgenutzt haben, kann man die
Schwerstange 2 und das Filter 12 von dem Abschnitt 1 trennen und dann mit einem
neuen Meißel wieder verwenden.
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Es ist auch möglich, das Filter 12 als ganzes in einer Schwerstange
oder einem Bohrrohr unterzubringen, die bzw. das dann in der üblichen Weise mit
dem Meißel verbunden wird. In diesem Falle wird dann in der Kupplung eine Ringnut
vorgesehen, um eine Verbindung zwischen den beiden Teilen des Kanalsystems herzustellen.
Diese Ausführung ist in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt. Die untere Seite des Hohlraumes
10 der Schwerstange ist mit einem Kragen 17 versehen, auf den sich über eine geeignete
Abdichtung (in der Zeichnung als »O«-Ring 18 dargestellt) der untere Rand des Filters
12 stützt. Der obere Rand des Filters 12 ist auf ähnliche Weise wie in Fig. 1 mit
der Schwerstange 2 verbunden. Der Ringraum 13 zwischen dem Filter 12 und der inneren
Seite der Schwerstange 2 ist über Kanäle 19, eine Ringnut 20 und Kanäle 15 mit den
Lagerräumen der drehbaren Schneidwerkzeuge 5 verbunden. In der in Fig. 2 dargestellten
Ausführungsform ist die Ringnut 20 in der Endfläche des Schafts 7 angebracht. Gewünschtenfalls
kann diese Nut jedoch auch in der Endfläche der Schwerstange 2 angebracht werden.
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Das zylindrische Filter 12 kann auch aus mehreren zylindrischen Teilen
aufgebaut werden, wobei zwischen den Berührungsflächen dieser Teile eine geeignete
Abdichtung anzuordnen ist.
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Außerdem können im Ringraum 13 Anschläge angebracht sein, die das
Filter 12 oder dessen Teile zentrieren und stützen.