DE1215625B

DE1215625B - Rollenmeissel

Info

Publication number: DE1215625B
Application number: DES97737A
Authority: DE
Inventors: Jean Georges Ferrand
Original assignee: Societe Nationale des Petroles dAquitaine SA
Current assignee: Societe Nationale des Petroles dAquitaine SA
Priority date: 1964-06-24
Filing date: 1965-06-22
Publication date: 1966-05-05
Also published as: LU48832A1; NL6508098A; US3365247A; CH431427A; DE1954406U; BE665146A; GB1058100A; FR1407776A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

E21b

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int.CL:

DeutscheKL: 5a~33^20-

Nummer: 1215 625

Aktenzeichen: S 97737 VI a/5 a

Anmeldetag: 22. Juni 1965

Auslegetag: 5. Mai 1966

Die Erfindung betrifft Rollenmeißel für das Tiefbohren.

Die bekannten Rollenmeißel weisen für jede schneidenbesetzte Rolle einen Tragarm, ein Hauptdrucklager, ein Stirndrucklager und gegebenenfalls ein Hilfsdrucklager auf, die zwischen der Innenwand der Rolle und dem Tragarm angeordnet sind, sowie an der Basis der kegelförmigen Rolle ein Kugellager, das dazu dient, die Rolle auf dem Tragarm zu verkeilen.

Die Lebensdauer eines Rollenmeißels, beispielsweise eines Dreirollenmeißels, wird in erster Linie nicht durch die Abnutzung der Rollenschneiden, sondern durch den verfrühten Verschleiß der Drucklager begrenzt, die die radialen und axialen Belastungen aufnehmen, und in der Folge durch verfrühten Verschleiß der Rastkugeln. Deshalb liegt die Lebensdauer eines Dreirollenbohrmeißels in der Größenordnung von 3 bis 6 Stunden in Sand und 10 bis 20 Stunden, je nach den Umständen, in anderen Böden.

Es versteht sich, daß der häufige Austausch der Rollenmeißel, der durch ihren verfrühten Verschleiß nötig wird, erhebliche Kosten verursacht, die um so größer sind, je tiefer die Bohrung ist. Wenn man sich vergegenwärtigt, daß ein vollständiger Arbeitsgang zum Austausch des Bohrmeißels bei Bohrungen einer Tiefe zwischen 2000 und 3000 m beispielsweise zwischen 8 und 16 Stunden dauert, versteht man leicht das Interesse, das jede Verbesserung findet, die auf eine Verlängerung der Lebensdauer des Bohrmeißels und dementsprechend der effektiven Bohrzeit zielt.

Der verfrühte Verschleiß des Rollenmeißels ist in erster Linie auf zwei Phänomene zurückzuführen.

Die mit Bohrschmant beladene Spültrübe dringt in das Innere der Kugellager und der Drucklager ein und ruft einen Verschleiß durch Abrieb hervor.

Wegen des Verschleißes der Rollenlager werden die Rastkugeln auf Abscherung beansprucht, und die Belastung an den Kontaktpunkten zwischen den Kugeln und ihren Laufbahnen wird beträchtlich. Die Laufbahnen blättern ab und verschlechtern sich schnell, so daß der Meißel außer Betrieb gesetzt werden muß.

Die vorliegende Erfindung vermeidet alle die Nachteile und hat insbesondere die Schaffung eines Rollenmeißels zum Ziel, dessen Drucklager gegen die Bohrflüssigkeit vollkommen abgedichtet sind und dessen Verriegelungsmittel auf den Tragarmen diese Abdichtung sicherstellen und Kontaktflächen bzw. Scherbeanspruchungsflächen aufweisen, welche grö-Rollenmeißel

Anmelder:

Societe Nationale des Petroles d'Aquitaine, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dipl. oec. publ. D. Lewinsky,

Patentanwalt,

München-Pasing, Agnes-Bernauer-Str. 202

Als Erfinder benannt:

Jean Georges Ferrand, Billiere, Basses Pyrenees
(Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 24. Juni 1964 (979 437)

ßer als die bei Rastkugeln sind. Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung der Rollenmeißel, bei welchem jede Rolle auf einem Tragarm des Meißels sitzt — und zwar durch Vermittlung wenigstens eines Radialdrucklagers und eines Stirndrucklagers — und bei welchem jede Rolle und jeder Tragarm in der Nähe der Basis der konischen Rolle umlaufende Rillen aufweist, die zueinander symmetrisch sind, so daß ein Ringkanal entsteht, dessen Ebene senkrecht zur Achse der Rolle steht, mit Dichtungs- bzw. Rastringen versehen, die jeweils in dem entsprechenden Kanal liegen, der einerseits durch die Rille in der Rolle und andererseits durch die Rille in dem Tragarm gebildet werden, derart, daß jede axiale Bewegung der Rolle verhindert wird, wobei dieser Kanal mit der Schmierkammer des Drucklagers verbunden ist, in der wiederum das Schmiermittel stets unter einem höheren Druck steht als die Bohrflüssigkeit, die die Rollen umgibt. __ ^

Nach einem anderen Merkmal ist der Ringkanal, der durch die beiden Rillen gebildet wird, welche einerseits in der Rolle und andererseits in dem Tragarm vorgesehen sind, über einen Füllkanal und einen Entlüftungskanal mit dem Äußeren verbunden. Diese beiden Kanäle sind benachbart, lassen sich verschließen und liegen entweder in der Rolle oder in dem Tragarm. Der Füllkanal dient dazu, die Einführung des Dichtungsringes in den umlaufenden Kanal zu ermöglichen, während der Entlüftungskanal bestimmt ist, die Evakuierung der Luft oder einer an-

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deren Substanz, die sich in dem Ringkanal befindet, Dichtungs- und Verkeilungsring 17 auf, der einer-

vor der Einführung des Dichtungsringes zu ermög- seits dazu dient, den Eintritt der Spültrübe in die

liehen. Drucklager 4, 5 zu verhindern und andererseits die

Nach einem anderen Merkmal hat der Dichtungs- Rolle 2 auf dem Tragarm derart zu verkeilen, daß

ring einen kreisförmigen oder polygonalen Quer- 5 jede Axialbewegung der Rolle 2 verhindert wird,

schnitt. Wohlverstanden beschränkt der Dichtungsring 17 die

Nach einem anderen Merkmal ist die axiale Breite Drehung der Rolle 2 nicht.

des Dichtungsringes größer als die radiale Höhe Dieser Dichtungsring 17 besitzt einen kreisrunden

seines Querschnittes. Querschnitt (bei A dargestellt) oder einen achteckigen

Nach einem anderen Merkmal besteht der Dich- i° Querschnitt (bei B dargestellt), kann jedoch in glei-

tungsring aus einem Polyamid. eher Weise auch einen Querschnitt jeder anderen ge-

Nach einem anderen Merkmal besteht der Dich- eigneten polygonalen Form haben,

tungsring aus einem Polyamid, das mit Molybdän- Der Dichtungsring 17 wird durch ein Polyamid,

disulfid gefüllt ist, welches 20 bis 30% des Gesamt- vorzugsweise durch »Nylon 6« gebildet, kann jedoch

gewichtes des Dichtungsringes ausmacht. *5 auch durch ein mit Molybdändisulfld gefülltes PoIy-

Nach einem anderen Merkmal besteht der Dich- amid gebildet werden, dessen Gewichtsanteil in der

tungsring aus »Nylon 6«, das durch Polymerisation Größenordnung von 20 bis 30% des Gesamtgewich-

in situ erhalten wird nach Einführung seiner Kon- tes des Ringes 17 liegt, was es ermöglicht, den Rei-

stituenten und des Katalysators in den Ringkanal bungskoeffizienten dieses Ringes noch zu verbessern,

über den Füllkanal. 2° Wohlverstanden kann der Ring auch aus jedem

Nach einem anderen Merkmal umfaßt der Meißel anderen reibungsarmen Material gebildet werden, das

für jede Rolle eine zylindrische Bohrung, die einer- beispielsweise an Ort und Stelle gegossen oder in

seits mit der Zentralbohrung des Meißels oberhalb festem Zustand in den Ringkanal eingeführt werden

der entsprechenden Strahldüse und andererseits über kann.

einen Kanal mit der Schmierkammer des Druck- 25 Vorzugsweise weist die Rolle 2 vor der Rille 15 lagers verbunden ist und ferner einen Kolben ent- einen Füllkanal 18 auf, der mit dem Äußeren in Verhält, der dicht in der zylindrischen Bohrung gleitet, bindung steht und über den die Bestandteile des Rinwelche unterhalb dieses Kolbens mit Schmiermittel gesl7 in flüssigem Zustand eingeführt werden köngefüllt ist. nen, um bei einer Temperatur in der Größenordnung

Die Erfindung ist im nachstehenden an Hand der 3° von 150° in situ, beispielsweise innerhalb von

Zeichnung beispielsweise erläutert. 10 Minuten, polymerisiert zu werden. Der Füllkanal

Die Zeichnung stellt einen axialen Schnitt durch 18 wird dann verschlossen. Ein Entlüftungskanal, der

einen Dreirollenmeißel dar und zeigt den vertikalen in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist beispiels-

Mittelschnitt durch eine dieser Rollen. weise in der Rolle an der Seite des Füllkanals 18

Der Rollenmeißel umfaßt für jede konische Rolle 2 35 vorgesehen und ermöglicht die Evakuierung der in

einen Tragarm 3, der mit einem gewissen radialen dem Ringkanal 15, 16 enthaltenen Luft zur Einbrin-

und axialen Spiel in diese Rolle eingreift. In der gung des Dichtungsringes 17. Der Entlüftungskanal

Rolle 2 und in dem Tragarm 3 ist ein Hauptdruck- wird nach der Einbringung des Dichtungsringes 17

lager 4, ein Hilfsdrucklager 5 — beide zur Auf- ebenfalls verschlossen.

nähme der radialen Belastungen der Rolle 2 — so- 40 Der Füllkanal 18 kann die gleichen Abmessungen wie ein Stirndrucklager 6 zur Aufnahme der axialen wie der durch die Rillen 15 und 16 gebildete Ring-Belastungen der Rolle 2 vorgesehen. kanal haben, derart, daß der Ring 17 in fertigem

Zwischen den Drucklagern 4, S und dem Stirn- Zustand eingeführt werden kann. Statt den Füllkanal

lager 6 begrenzen die Rollen 2 und der Tragarm 3 18 in der Rolle 2 vorzusehen, kann man ihn auch in

Schmierkammern 7, 8, 9, die über einen Zentralkanal 45 dem Tragarm 3 anordnen.

10 mit einer zylindrischen Bohrung 11 verbunden Das Material, das den Dichtungsring 17 bildet,

sind, welche in die Mittelbohrung 12 des Meißels 1 wird nach seinen physikalischen Eigenschaften aus-

oberhalb der entsprechenden Strahldüse 13 münden. gewählt, die notwendig sind, um die Dichtung den

Ein Kolben 14 ist in der zylindrischen Bohrung 11 maximalen Beanspruchungen widerstehen zu lassen,

angeordnet; er dient dazu, das in der zylindrischen 50 denen der Meißel unterworfen wird. Außerdem muß

Bohrung 11 und den Schmierkammern 7, 8, 9 ent- das Material gute Abriebfestigkeit, Schockbeständig-

haltene Schmiermittel dicht von der Spültrübe ab- keit, Säurefestigkeit, Beständigkeit gegen die Spül-

zutrennen, die durch die Mittelbohrung 12 und die trübe usw. aufweisen und darf nur einen niedrigen

Strahldüse 13 des Meißels 1 strömt. Reibungskoeffizienten haben.

Dieser Kolben 14 überträgt auf das Schmiermittel 55 Die Polyamide, insbesondere »Nylon 6«, das mit

den Druck der Spültrübe, welcher oberhalb der Düse Molybdändisulfid gefüllt ist, sind vollkommen be-

13 herrscht und größer ist als der, der an der Basis friedigend, wie durch Versuche nachgewiesen werden

der konischen Rolle 2 herrscht, weil die Spültrübe konnte.

beim Durchtritt durch die Düsen 13 einen Druck- Die Erhöhung der Berührungsfläche zwischen der abfall erleidet. 60 Ringdichtung 17 und der Rolle einerseits und dem

Auf der Innenwandung in der Nähe der Basis der Tragarm andererseits verringern beträchtlich den

Rolle 2 ist eine umlaufende Rille 15 vorgesehen, Druck, dem die Dichtung 17 unterworfen ist, ver-

ebenso eine umlaufende Rille 16 gegenüber der Rille glichen mit den herkömmlichen Rastkugeln. Ferner

15 auf dem Tragarm 3, derart, daß die beiden Rillen ist der ringförmige Querschnitt der Dichtung 17, die 15,16 zueinander symmetrisch sind und einen Ring- 65 nach vollständigem Verschleiß der Stirndrucklager

kanal bilden, der mit der Schmierkammer 7 in Ver- auf Abscherung beansprucht wird, deutlich größer

bindung steht. Dieser umlaufende Kanal, der durch als der, der im Fall von Rastkugeln verfügbar ist, so

die Rillen 15 und 16 gebildet wird, nimmt einen daß für gleiche Beanspruchungen des Meißels dessen

Lebensdauer viel größer ist als die eines herkömmlichen Meißels.

Wie bereits gesagt, werden die zylindrische Bohrung 11 und die Schrhierkammern 7, 8, 9 mit Öl, graphithaltigem Fett usw. gefüllt und durch den dichtpassenden Kolben 14 verschlossen. Der Druck der Spültrübe in der Mittelbohrung 12 des Meißels 1 ist stets größer als der der Spültrübe, die die Rolle 2 umgibt, und wird durch Vermittlung des Kolbens 14 derart auf das Schmiermittel übertragen, daß die Ringdichtung 17 durch diesen Druck gegen die Wandungen der Rillen 15, 16 gepreßt wird, wodurch ein vollkommener Schutz der Drucklager 4, 5 und des Stirnlagers 6 gegen die schädlichen Einflüsse der mit Bohrschmant beladenen Spültrübe sichergestellt und die genannten Lager in einem schmierenden Medium gehalten werden.

Die gewünschte Abstützungswirkung auf die Ringdichtung 17 kann reguliert werden entweder durch die Modifizierung des Druckabfalls der Spültrübe in ao dem Meißel oder durch Variation des Kolbenquerschnitts 14 oder auch durch Variation der Oberfläche der Ringdichtung 17 im Kontakt mit den Wandungen der umlaufenden Rillen 15, 16.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf Drei- »5 rollenmeißel beschränkt.

Claims

Patentansprüche:

1. Rollenmeißel für das Tiefbohren mit einem Tragarm für jede schneidenbestückte Rolle, einem Hauptdrucklager, einem Stirndrucklager und gegebenenfalls einem Hilfsdrucklager zwischen der Innenwandung der Rolle und dem Tragarm sowie je einer umlaufenden Rille in dem Tragarm und in der kegelförmigen Rolle an deren Basis, wobei die beiden Rillen zueinander symmetrisch sind und zusammen einen Ringkanal bilden, der ein Verkeilungsmittel aufnehmen kann, welches die Drehbewegung der Rolle um den Tragarm gestattet und jede axiale Verschiebung der Rolle verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dichtungs- und Rastring (17) in dem Ringkanal angeordnet ist, welcher einerseits durch die umlaufende Rille (15) in der Rolle (2) und andererseits durch die umlaufende Rille (16) in dem Tragarm (3) gebildet ist und der mit Schmierkammern (7, 8, 9) für die Drucklager (4, 5, 6) verbunden ist, in denen das Schmiermittel stets unter einem größeren Druck steht als die Spültrübe, die die Rolle (2) umgibt.

2. Rollenmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal, der durch die beiden Rillen (15, 16) in der Rolle (2) bzw. in dem Tragarm (3) gebildet wird, mit dem Äußeren über einen Füllkanal (18) und einem diesen benachbarten Entlüftungskanal verbunden ist, die ihrerseits verschließbar sind und in der Rolle (2) oder in dem Tragarm (3) liegen, wobei der Füllkanal (18) die Einführung des Dichtungsringes (17) in den Ringkanal und der Entlüftungskanal die Evakuierung der Luft oder einer anderen Substanz ermöglicht, die sich vor der Einführung des Dichtungsringes (17) in dem Ringkanal befindet.

3. Rollenmeißel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (17) kreisrunden oder polygonalen Querschnitt hat.

4. Rollenmeißel nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Breite des Dichtungsringes (17) größer ist als die radiale Höhe seines Querschnitts.

5. Rollenmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (17) aus einem Polyamid besteht.

6. Rollenmeißel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyamid mit Molybdändisulfid gefüllt ist, welches 20 bis 30% des Gesamtgewichtes des Ringes ausmacht.

7. Rollenmeißel nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsring (17) aus »Nylon 6« besteht, welches durch Polymerisation in situ erhalten wird nach Einführung seiner Bestandteile und des Katalysators in den Ringkanal über den verschließbaren Kanal (18).

8. Rollenmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißel (1) für jede Rolle (2) eine zylindrische Bohrung (11), welche einerseits mit der Mittelbohrung (12) des Meißels (1) oberhalb der entsprechenden Strahldüse (13) und andererseits über einen Zentralkanal (10) mit der Schmierkammer (7, 8, 9) des Drucklagers (4,5, 6) verbunden ist, und ferner einen Kolben (14) aufweist, der verschiebbar dicht in die zylindrische Bohrung (U) eingepaßt ist, welche ihrerseits unterhalb dieses Kolben« (14) mit einem Schmiermittel gefüllt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen