DE1184300B

DE1184300B - Extension roller drilling tool

Info

Publication number: DE1184300B
Application number: DES87817A
Authority: DE
Inventors: Karl-Guenther Bechem; Wilhelm Probst; Meinhard Kreinberg; Dipl-Berging Christia Heermann
Original assignee: Soeding & Halbach J C
Current assignee: Soeding & Halbach J C
Priority date: 1963-10-11
Filing date: 1963-10-11
Publication date: 1964-12-31

Description

Erweiterungsrollenbohrwerkzeug Die Erfindung bezieht sich auf ein Erweiterungsrollenbohrwerkzeug zur Herstellung von Bohrlöchern unterschiedlicher Durchmesser.Expansion roller drilling tool The invention relates to a Extension roller drilling tool for the production of boreholes of different Diameter.

Es sind bereits Rollenbohrwerkzeuge bekannt, bei denen die Schneidrollen-einziehbar sind. Dabei werden die Kräfte, die diese Bewegung hervorrufen, durch Ziehen oder Drücken des Gestängestranges von der Erdoberfläche aus erzeugt.Roller boring tools are already known in which the cutting rollers can be retracted are. The forces that cause this movement are pulled by or Pressing the drill string generated from the surface of the earth.

Man benutzt derartige-Rollenbohrwerkzeuge, wenn bei einer Bohrung befürchtet werden muß, daß lokkere Gesteinsschichten durch Nachfall oder Hereinbrechen die Bohrung verschütten.Such roller drilling tools are used when drilling a hole It must be feared that loose rock layers by falling or collapsing spill the hole.

Man schiebt daher dem bohrenden Rollenbohrwerkzeug gleichzeitig die sogenannte Verrohrung nach. Der Innendurchmesser der Verrohrung ist daher kleiner als der Außendurchmesser, der vom Bohrkopf geschnitten werden muß.One therefore pushes the drilling roller drilling tool at the same time so-called piping after. The inside diameter of the piping is therefore smaller than the outside diameter that must be cut by the drill head.

Um diese Durchmesserdifferenz sind bei den bekannten Rollenbohrwerkzeugen die Schneidrollen einziehbar, damit der Bohrkopf durch die Verrohrung herausgezogen werden kann.To this diameter difference are in the known roller drilling tools the cutting rollers retractable so that the drill head can be pulled out through the casing can be.

Dies geschieht durch Ziehen oder Drücken des Gestängestranges, wobei an dessen unterem Ende mittels Gewinde ein in einer Außenhülse gleitender Teil befestigt ist, der in seiner unteren Fortsetzung Formstücke trägt, die die in der Hülse schwenkbar befestigten Fräsrollenhalter beim Drücken des Gestänges zwangsweise nach außen drücken und die Fräsrollen in ihre Bohrstellung klappen.This is done by pulling or pushing the rod, whereby at its lower end a part sliding in an outer sleeve is fastened by means of a thread is, which carries in its lower continuation fittings that pivot in the sleeve Forcibly push the attached milling roller holder outwards when pressing the rod and fold the milling rollers into their drilling position.

Beim Ziehen des Gestänges verbleibt, durch das Gewicht der Hülse, diese in ihrer Höhenlage, der innere Teil gleitet aufwärts, und die an seinem unteren Ende befestigten Formstücke geben die Sperre frei, so daß die Fräsrollen einklappen.When pulling the rod, due to the weight of the sleeve, these in their altitude, the inner part slides upwards, and those on its lower part Fittings attached to the end release the lock so that the milling rollers fold in.

Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß dieser Mechanismus für die Radialbewegung der Schneidrollen sehr kompliziert ist und daher beim Bohren häufig Störungen befürchtet werden müssen, deren Behebung sehr kostspielig ist.The disadvantage of this arrangement is that this mechanism for the radial movement of the cutting rollers is very complicated and therefore when drilling Often malfunctions have to be feared which are very costly to rectify.

Solche Störungen können beispielsweise bei Bohrungen großer Tiefen auftreten. Das Gestänge hat hierbei durch seine große Länge eine Elastizität, die es dem Bohrmeister im Bohrturm über Tage nicht mehr möglich macht, die genaue Funktion des Bohrkopfes zu kontrollieren. Das hohe Gewicht des Gestänges könnte dann z. B. bei teilweise zugefallenen Bohrungen unterhalb der Verrohrung den Mechanismus zerstören.Such disruptions can occur, for example, when drilling at great depths appear. Due to its great length, the linkage has an elasticity that it no longer makes it possible for the drill foreman in the derrick above days to perform the exact function of the drill head. The high weight of the linkage could then, for. B. If the bores below the piping are partially closed, destroy the mechanism.

Ein weiterer Mangel der bisher bekannten Konstruktionen besteht darin, daß bei ihnen erst Bohrarbeit verrichtet werden kann, nachdem die Arme in ihre äußerste Stellung ausgeschwenkt sind. Im eingefahrenen Zustand sind die Rollen meist so stark aus ihrer Arbeitslage verkippt, daß rein kinematisch kein bohrendes Abrollen mehr möglich ist. Selbst wenn diese letztere Bedingung vielleicht erfüllt ist, so erfordern doch die bisher bekannten Konstruktionen unterhalb der Verrohrung einen bereits freigebohrten Raum, in dem die Arme mit den Schneidrollen auf den Bohrdurchmesser nach außen schwenken. Es ergeben sich dabei große Schwierigkeiten, wenn die Verrohrung beim Einbau bis auf die Bohrsohle oder auf den Nachfall abgesetzt wurde.Another shortcoming of the previously known designs is that that with them drilling work can only be done after the arms are in their outermost Position are swiveled out. When retracted, the rollers are usually so strong tilted out of their working position, that purely kinematically no more boring unrolling is possible. Even if this latter condition is perhaps met, so require but the previously known constructions underneath the piping are already one cleared space in which the arms with the cutting rollers on the drilling diameter swivel outwards. There are great difficulties when the piping was set down during installation except for the drill bottom or on the aftermath.

Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe ein Rollenbohrwerkzeug auch für Hartgestein zu schaffen, das im Bohrloch ohne Gestängeausbau auf zwei verschiedene Bohrdurchmesser eingestellt werden kann.The present invention solves the problem of a roller drilling tool to create for hard rock, too, in the borehole without expanding the rods on two different ones Drilling diameter can be adjusted.

Die Verstellmöglichkeit kann einmal dazu dienen, unterhalb einer Verrohrung auf den erforderlichen größeren Bohrdurchmesser zu schwenken; sie kann aber auch dazu dienen, während des Bohrens ein Bohrloch konisch größer werden zu lassen und mit diesem Durchmesser eine beliebige Strecke weiterzubohren. An jeder gewünschten Stelle kann man später wieder auf den kleineren Durchmesser übergehen: Bei einem solchen Bohrloch mit konischen Erweiterungen kann es schließlich notwendig werden, auch hier eine Verrohrung unmittelbar nachzuführen.The adjustment can be used once, below a piping to pivot to the required larger drilling diameter; but it can also serve to make a borehole conically larger during drilling and to continue drilling any distance with this diameter. At any desired You can go back to the smaller diameter later: with one Such a borehole with conical enlargements may eventually become necessary here, too, piping must be tracked immediately.

Durch Abknicken der Schlitze 17,18 und 19 ist es ohne weiteres möglich, das Bohrwerkzeug durch die Verrohrung einzufahren. Der kleinere Bohrdurchmesser entspricht dann dem Außendurchmesser der Verrohrung, der größere liegt wesentlich darüber.By kinking the slots 17, 18 and 19, it is easily possible to retract the drilling tool through the casing. The smaller drilling diameter then corresponds to the outer diameter of the piping, the larger one is substantially about that.

Ein solches Werkzeug ist z. B. für Zuganker großer Tragkraft von Interesse. Man ist dann nicht auf den Reibungsschluß des Zementpfropfens im zylindrischen Bohrloch angewiesen, sondern erzielt durch die konischen Erweiterungen einen guten Formschluß.Such a tool is e.g. B. of interest for tie rods with a large load-bearing capacity. You are then not on the frictional engagement of the cement plug in the cylindrical Borehole instructed, but achieved through the conical extensions a good form fit.

Gemäß der Erfindung wird für die radiale Schwenkbewegung der Schneidelemente der Drehsinn des Gestänges ausgenutzt. Hierzu ist ein in beiden Richtungen drehfestes Gestänge z. B. mit Flanschverbindungen nötig, wie es neuerdings für Flachbohrungen größerer Durchmesser häufig verwendet wird. Dies geschieht dadurch, daß am bohrkopfseitigen Ende dieses Gestänges ein innerer Bohrkopfkörper befestigt ist, der eine Scheibe trägt, die mit einer dem Zweck des Bohrkopfes entsprechenden Kurve versehen ist.According to the invention, for the radial pivoting movement of the cutting elements the direction of rotation of the linkage is exploited. For this purpose, one is non-rotatable in both directions Linkage z. B. necessary with flange connections, as has recently been the case for flat bores larger diameter is often used. This is done by the fact that on the drill head side At the end of this rod an inner drill head body is attached, which has a disc carries, which is provided with a curve corresponding to the purpose of the drill head.

In dieser Kurve gleitet der Gleitkopf eines Hebelarmes, der schwenkbar an dem äußeren Bohrkopfkörper befestigt ist.In this curve, the sliding head of a lever arm slides, which can be pivoted is attached to the outer drill head body.

Vom Gleitkopf gesehen trägt das entgegengesetzte Ende des Hebelarmes die eigentlichen Schneidelemente. Die Radialbewegung der Schneidelemente wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Gestänge beispielsweise durch die Bohrmaschine nach links gedreht wird und der innere Bohrkopfkörper zwangläufig diese Bewegung verfolgt.Seen from the sliding head carries the opposite end of the lever arm the actual cutting elements. The radial movement of the cutting elements is according to the invention achieved in that the linkage, for example, by the drill to the left is rotated and the inner drill head body inevitably follows this movement.

Der äußere Bohrkopfkörper hat das Bestreben, hervorgerufen durch die Widerstände an Bohrlochwandung und auf der Bohrsohle, sich diesem Drehsinn zu widersetzen: Dadurch wird der Gleitkopf des Schwenkarmes gezwungen die Kurve in der Kurvenscheibe zu verfolgen. Da die Kurve in der vorgenannten Scheibe gegenüber der Tangente derselben einen Winkel einschließt, zwingt die somit erreichte Keilwirkung den Gleitkopf nach innen zur Bohrlochachse hin und über den gelagerten Hebel die Schneidelemente eine Kraft auf die Bohrlochwandung auszuüben.The outer drill head body has the tendency caused by the Resistance on the wall of the borehole and on the bottom of the borehole to oppose this sense of rotation: This forces the sliding head of the swivel arm to follow the curve in the cam to pursue. Since the curve in the aforementioned disc is opposite to the tangent of the same encloses an angle, the wedge effect thus achieved forces the sliding head back inside towards the borehole axis and over the lever mounted the cutting elements one Exert force on the borehole wall.

Durch geeignete Verzahnung der Freischnittfläche der Schneidelemente wird durch diese Kraft eine Bohrwirkung auf die Bohrlochwandung erzielt, die das Bohrloch radial erweitert, bis der Gleitkopf des Hebelarmes das Ende der Kurve erreicht hat und somit der gewünschte Außendurchmesser erzielt wird. Das Einfahren der Schneidelemente wird im umgekehrten Sinne durch Rechtsdrehen des Bohrkopfes erreicht.By suitable toothing of the free cut surface of the cutting elements a drilling effect on the borehole wall is achieved by this force, which the Borehole expanded radially until the sliding head of the lever arm reaches the end of the curve and thus the desired outer diameter is achieved. The retraction of the cutting elements is achieved in the opposite direction by turning the drill head clockwise.

Zweckmäßigerweise verwendet man für eine erfindungsgemäße Ausführung eines solchen Bohrkopfes Schneidrollen, die erfahrungsgemäß einen geringen Verschleiß zeigen.It is expedient to use for an embodiment according to the invention of such a drill head cutting rollers, which experience shows a low wear demonstrate.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen an Hand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht. Es zeigt F i g. 1 im halben Längsschnitt eine Ausführungsform der Erfindung mit eingefahrenen Schneidrollen, wobei der Gleitkopf in seiner äußeren Stellung in der Kurve der Kurvenscheibe sitzt, F i g. 2 einen Schnitt durch die Linie A-B der F i g. 1 und stellt die Kurvenscheibe dar, F i g. 3 das Gerät nach F i g. 1 in ausgefahrenem Zustand.The invention is shown in the drawings using an exemplary embodiment illustrated. It shows F i g. 1 in half longitudinal section an embodiment of the Invention with retracted cutting rollers, the sliding head in its outer Position sits in the curve of the cam, F i g. 2 a section through the Line A-B of FIG. 1 and represents the cam, F i g. 3 the device F i g. 1 in the extended state.

F i g. 1 zeigt den inneren Bohrkopfkörper, bestehend aus einem Rohr 1, einem Flansch 2, der Abdeckplatte 4 und der Kurvenscheibe 5.F i g. 1 shows the inner drill head body consisting of a tube 1, a flange 2, the cover plate 4 and the cam 5.

Der Flansch 2 verbindet den inneren Bohrkopfkörper mit dem Gestängestrang 3.The flange 2 connects the inner drill head body with the drill string 3.

In der Kurvenscheibe 5 gleitet der Gleitkopf 6 des Hebelarmes 7. Am unteren Ende dieses Hebelarmes ist mittels eines Bolzens 8 die Schneidrolle 9 angebracht, die an ihrer Freischnittfläche eine Verzahnung 10 trägt. Der Hebelarm 7 ist auf der Welle 11 drehbar gelagert und über die Laschen 12 an dem äußeren Bohrkopfkörper 13 befestigt.The sliding head 6 of the lever arm 7 slides in the cam disk 5 the lower end of this lever arm, the cutting roller 9 is attached by means of a bolt 8, which has a toothing 10 on its free cut surface. The lever arm 7 is on the shaft 11 rotatably mounted and via the tabs 12 on the outer drill head body 13 attached.

Zwischen dem äußeren Bohrkopfkörper 13 und dem inneren Rohr 1 befinden sich die Radiallager 14, 14',14". Das untere Ende des Rohres 1 ist mit einen Drucklager 15 versehen, das sich auf dem Flansch 16 abstützt.Located between the outer drill head body 13 and the inner tube 1 the radial bearings 14, 14 ', 14 ". The lower end of the tube 1 is provided with a thrust bearing 15, which is supported on the flange 16.

F i g: 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie A -B der F i g. .1 und stellt die Kurvenscheibe 5 auf dem Rohr 1 kraftschlüssig befestigt dar. Diese Kurvenscheibe ist mit den Kurven 17, 18 und 19 versehen.FIG. 2 shows a section along the line A-B of FIG . .1 and represents the cam plate 5 attached to the pipe 1 in a non-positive manner. This cam plate is provided with the curves 17, 18 and 19.

Die Tangente 20 der Kurvenscheibe bildet mit der Mittellinie 21 der Gleitkurve 17 einen Keil, der den Winkel 22 einschließt. Die gleichen Verhältnisse sind auf die Gleitkurven 18 und 19 anzuwenden.The tangent 20 of the cam forms with the center line 21 of the Sliding curve 17 has a wedge which encloses the angle 22. The same conditions apply to sliding curves 18 and 19.

F i g. 3 zeigt den Bohrkopf wie in F i g. 1 nach dem Beenden des Ausschwenkvorganges, wobei der Gleitkopf 6 des Hebelarmes 7 in" der Kurve 17, 18 oder 19 durch Linksdrehung des Bohrkopfes nach innen gezwungen wurde und somit die Schneidrolle 9 über die Welle 11 nach außen zur Bohrlochwandung hin schwenkte. Die durch den Keilwinkel 22 hervorgerufene Keilkraft erzeugte einen Druck der Schneidrolle 9 auf die Bohrlochwandung; und n-ittels der Verzahnung 10 an der Freischnittfläche der Schneidrolle hat die so entstandene Bohrwirkung das Bohrloch 23 auf den Durchmesser des Bohrloches 24 erweitert.F i g. 3 shows the drill head as in FIG. 1 after the end of the swing-out process, the sliding head 6 of the lever arm 7 in ″ of the curve 17, 18 or 19 by turning to the left of the drill head was forced inwards and thus the cutting roller 9 over the Shaft 11 pivoted outwards towards the borehole wall. The one through the wedge angle 22 caused wedge force produced a pressure of the cutting roller 9 on the borehole wall; and n-means of the toothing 10 on the free cut surface of the cutting roller has the The resulting drilling action affects the borehole 23 on the diameter of the borehole 24 expanded.

Soll der Bohrkopf aus dem Bohrloch herausgezogen werden, so wird ein Einfahren der Rollen durch Abwickeln der Vorgänge im umgekehrten Sinne erreicht; d. h. durch Rechtsdrehung des Bohrkopfes.If the drill head is to be pulled out of the borehole, a Retraction of the rolls achieved by unwinding the operations in the opposite direction; d. H. by turning the drill head clockwise.

Durch entsprechende Ausbildung der Kurvenscheite, sowie Wahl der Hebelverhältnisse können Wirkungen und Bohrleistungen. des Bohrkopfes erheblich beeinflußt werden.By appropriately training the logs of the curve and choosing the leverage ratio can effects and drilling performances. the drill head can be significantly influenced.

Claims

Claims: 1. Extension roller drilling tool, characterized in that depending on the direction of rotation of the linkage result in different drilling diameters in such a way that when changing the direction of rotation changes the position of an inner (1) and an outer drill head body (13) changes against each other and that by this change over curves (17; 18, 19) the inclination of lever arms (7), on one end of which sit cutting tools, adjusted will.

2. Extension roller drilling tool according to claim 1, characterized in that that toothed rollers are used as cutting tools, which are also based on the Wear a toothing free surface., In order to be able to carry out drilling work at an angle to the outside.

3. Extension roller drilling tool according to claim 1, characterized in that a flange (. Is attached to the outer drilling head base body (13), to which drilling tools of known type for drilling the pre-diameter are attached. 1083 764; German interpretative document No. 1152 979.