DE1287034B

DE1287034B - Geraet zur Stossdaempfung und Abstuetzung statischer Lasten eines Bohrstranges

Info

Publication number: DE1287034B
Application number: DEH62195A
Authority: DE
Inventors: Galle Edward Milburn
Original assignee: Hughes Tool Co
Current assignee: Hughes Tool Co
Priority date: 1966-05-28
Filing date: 1967-03-21
Publication date: 1969-01-16
Also published as: US3382936A; CA826529A; NO119732B; BE700837A; FR1535477A; BR6685582D0; AT266742B; SE306709B; ES339124A1; GB1137326A; JPS5319522B1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Stoßdämpfung der Blase an eine äußere Gasdruckquelle durch die und zur Abstützung statischer Lasten eines Bohr- Gerätewandung nach außen geführt ist. Diese Blase stranges, bestehend aus einer zwischen aufeinander- stellt sicher, daß sich das Gas nicht mit der Flüssigfolgenden Bohrstranggliedern befestigbaren Kolben- keit in der Druckübertragungskammer vermischt und Zylinder-Anordnung, in der ein axiale Relativbewe- 5 von dort an die Flüssigkeitsabdichtungen gelangen gungen von Kolben- und Zylinderteil dämpfender könnte.

elastischer Körper sowie eine axiale Durchgangs- Die Gas enthaltende Kammer kann aus einem

Öffnung für die Bohrspülung vorgesehen sind. Ringraum im Zylinderteil bestehen und über Drossel-

Bei einem bekannten Gerät dieser Art, das man in Öffnungen mit der Flüssigkeit enthaltenden Druckdas Bohrgestänge unmittelbar oberhalb des Bohr- io Übertragungskammer verbunden sein. Auf diese meißeis einsetzt, um die beim Eingriff des Bohr- Weise hat neben der Gaskappe auch die Flüssigkeit meißeis mit der Bohrlochsohle entstehenden elasti- Anteil an den Stoßdämpfereigenschaften des Gerätes, sehen Schwingungen und die sich daraus ergebenden In Weiterbildung der Erfindung ist vorgeschlagen,

vorzeitigen Abnutzungen und Brüche des Bohr- daß eine im Kolben- oder Zylinderteil vorgesehene, gestänges und anderer Teile der Bohranlage zu ver- 15 über eine Öffnung mit der Spülflüssigkeit in Verbinringern, besteht der elastische Körper aus einer me- dung stehende Flüssigkeitsvorratskammer teilweise tallischen Feder, die stark genug sein muß, um die mit der gleichen wie in der Druckübertragungskamüber das Stoßdämpfergerät von dem Bohrstrang auf mer enthaltenen Flüssigkeit, vorzugsweise Schmierden Bohrmeißel ausgeübte Druckkraft aufzunehmen. flüssigkeit, gefüllt und über ein zur Druckübertra-Andererseits ist es auf dem Gebiet des Schlagbohr- ao gungskammer hin öffnendes Rückschlagventil mit Verfahrens bekannt, die Verbindung der Schwer- dieser verbunden ist. Mit diesem Vorschlag wird der stange mit dem Bohrgestänge mittels Flach- oder in der Umgebung des Gerätes herrschende Druck der Spiralfedern, sogenannten Buffern u. dgl., durchzu- Spülflüssigkeit auf die in der Druckübertragungskamführen. Wenn die im Rotary-Bohrverfahren, auf das mer enthaltene Flüssigkeit und damit auch auf das sich auch die Erfindung bezieht, eingesetzten und 45 Gasvolumen übertragen. Beim Ablassen des Gerätes mit aus festem elastischem Material bestehenden in das Bohrloch führt der anwachsende hydrostatische Dämpfungskörpern ausgestatteten Geräte auch in Druck der Spülflüssigkeit zu einer kontinuierlichen manchen Fällen zufriedenstellend arbeiten, so bleibt Komprimierung des Gases, ohne daß sich dadurch dennoch der Nachteil einer relativ hohen und unver- der Kolben- zum Zylinderteil relativ verschiebt, änderlichen Federkonstanten erhalten. Da die 30 Dieses Merkmal gewährleistet eine wesentliche Ver-Federkonstante bei der Herstellung festgelegt wird, kürzung der Gerätelänge.

kann sie in Anpassung an unterschiedliche Bohr- Auch die Flüssigkeitsvorratskammer kann ein be-

bedingungen in ausreichendem Umfang nur durch wegliches Trennelement enthalten, das die verschie-Umbau des gesamten Gerätes verändert werden, näm- denen Strömungsmittel an einer Vermischung hindert, lieh durch Ersatz eines elastischen Körpers mit unter- 35 Vorzugsweise ist das bewegliche Trennelement eine schiedlichen Eigenschaften. Selbst aber unter Be- biegsame und undurchlässige Blase mit einem abgerücksichtigung dieser Möglichkeit ist der wirksam dichtet eingeformten Öffnungs- und Befestigungsrohr, ausnutzbare Bereich der jeweiligen Federkonstanten welche mit der Spülflüssigkeit in Verbindung steht, vergleichsweise klein. Die damit durchgeführte Trennung der Drucküber-

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines zur 4° tragungskammer von der in die Flüssigkeitsvorrats-Stoßdämpfung und zur Abstützung statischer Lasten kammer eindringenden Bohrspülung führt zu der eines Bohrstranges bestimmten Gerätes, dessen Feder- vorteilhaften Möglichkeit, in der Druckübertragungskonstante möglichst niedrig liegt und sich zur opti- kammer zur Dämpfungswirkung beim Durchgang malen Anwendung des Gerätes unter verschiedensten durch die Drosselöffnung und auch im Hinblick auf Bohrbedingungen verändern läßt. Zur Lösung dieser 45 die Abdichtung ein geeignetes Hydrauliköl zu kap-Aufgabe wird für ein Gerät der eingangs bezeich- sein. Zu diesem Zweck kann die Gerätewandung in neten Art gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Druckübertragungskammer führende verschließder elastische Körper aus einem in einer im Kolben- bare Einfüllöffnungen aufweisen, oder Zylinderteil angeordneten Kammer befindlichen In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vor-

Gasvolumen besteht, das durch ein bewegliches 50 geschlagen, daß zwischen der Druckübertragungs-Trennelement gegen eine von Kolben- und Zylinder- kammer und der das Gerät durchströmenden bzw. teil gemeinsam gebildete, mit Flüssigkeit gefüllte umgebenden Spülflüssigkeit ein Rückschlagventil an-Druckübertragungskammer abgedichtet ist. Auf diese geordnet ist, das eine Strömung nur in Richtung der Weise läßt sich im Gegensatz zu der Verwendung von Druckübertragungskammer zuläßt. In diesem Fall einer vergleichsweise harten elastischen Feder eine 55 wird die Druckübertragungskammer mit Spülflüssigweiche Stoßdämpfung erzielen, und die Federkon- keit gefüllt, so daß sich die zusätzliche Flüssigkeitsstante des als Dämpfungskörper wirkenden Gasvolu- Vorratskammer erübrigt. Dennoch bleiben die wichmens kann durch Veränderung des Gasdruckes an die tigsten vorteilhaften Eigenschaften der Stoßdämpfung jeweiligen Bohrbedingungen angepaßt werden. Dar- und Abstützung statischer Lasten des Gerätes erhalüber hinaus ist das bei gasförmigen Medien auf 60 ten. Das Gasvolumen wird auch hier unter Berück-Grund ihrer niedrigen Viskosität bestehende Dich- sichtigung der Sicherheitsanforderungen selbsttätig tungsproblem auf einfache Weise durch Anordnung von einem relativ niedrigen und gefahrlosen Druck einer mit Flüssigkeit gefüllten Druckübertragungs- an der Oberfläche beim Ablassen des Gerätes in das kammer gelöst worden. Bohrloch bis zu dem notwendigen hohen Arbeits-

Vorzugsweise besteht das bewegliche Trennelement 65 druck komprimiert, ohne daß dabei schon eine ReIain der Gas enthaltenden Kammer aus einer biegsamen tivbewegung zwischen Kolben- und Zylinderteil auf- und undurchlässigen Blase und einem darin abge- tritt,
dichtet eingeformten Ventil, das zum Anschließen Um den beim Betrieb in einer Erdbohrung inner-

halb des Gerätes entstandenen, unter Umständen sehr und außen um das Gerät nach oben strömt). Die

hohen Druck beim Hochziehen des Gerätes aus dem Flüssigkeit innerhalb der Kammer E läßt sich auf

Bohrloch auf einen gefahrlosen Wert herabzusetzen, Grund der relativ hohen Viskosität von Flüssigkeiten

wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zur Ent- im Gegensatz zu der von Gasen einfacher abdichten,

lastung der Druckübertragungskammer beim Anheben 5 Um die Abdichtung weiter zu erleichtern, wird ein

des Bohrstranges in demjenigen Bereich der Innen- bewegliches Trennelement F verwendet, das eine

wandung des Zylinderteils axial verlaufende, mit der Vermischung des Gases der Kammer C mit der Flüs-

Flüssigkeitsvorratskammer bzw. mit der Spülflüssig- sigkeit der Kammer E ausschließt und verhindert,

keit in Verbindung stehende Uberströmnuten ange- daß im Fall einer Vermischung das Gas an die Dich-

ordnet sind, in dem der Kolbenteil bei ausgefahrener io tungen gelangt.

Hubendlage mittels einer an ihm befestigten Dich- Der in der Umgebung des Gerätes herrschende tung anliegt. Dadurch kann der Gasdruck die in der Druck der Spülflüssigkeit wird auf die in der Druck-Druckübertragungskammer enthaltene Flüssigkeit Übertragungskammer £ enthaltene Flüssigkeit und unter Umgehung des sperrenden Rückschlagventiles somit auch auf das Gas innerhalb der Gaskammer C in die Flüssigkeitsvorratskammer oder gegebenen- 15 übertragen. Wenn das Gerät durch die Spülflüssigkeit falls direkt in die umgebende Spülflüssigkeit heraus- in das Bohrloch abgelassen wird, führt der wachsende drängen, sobald das Gerät entlastet ist. hydrostatische Druck zu einer kontinuierlichen Kom-

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand der in den primierung des Gases, ohne daß dabei eine Relativ-

Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher er- verschiebung des Kolbens B zu dem Rohrkörper A

läutert. Es zeigen so eintritt. Dieses Merkmal der Erfindung führt zu einer

F i g. 1, 2 und 3 abgebrochene Längsschnitte durch vorteilhaft kurzen Gerätelänge.

deTErfindunf^{6 AusfÜhnmgsform des GefäteS nach} Ausführungsform nach Fig. 1 bis 5

F i g. 4 und 5 Querschnitte entsprechend der Nach F i g. 1 ist an der Oberseite des Gerätes ein SchnittlinieIV-IV bzw. V-V in Fig. 2, 25 zur Verbindung mit dem Bohrstrang dienender

F i g. 5-A in Teildarstellung einen Querschnitt Schraubzapfen 11 vorgesehen. Das untere Ende des

durch eine Druckentlastungseinrichtung, Gerätes enthält eine mit konischem Innengewinde 13

F i g. 6 und 7 teilweise längsgeschnittene Seiten- versehene Buchse zur Befestigung einer Bohrkrone

ansichten einer zweiten Ausführungsform des Ge- oder einer weiteren Bohrstange (Fig. 3). In dem

rätes nach der Erfindung, 30 Zylinderteil A ist der Kolbenteil B axial hin und her

F i g. 7-A in Teildarstellung einen Querschnitt ent- bewegbar geführt, der einen oberen Abschnitt 15 mit

sprechend der Schnittlinie 7-A—7-A in F i g. 7, kleinem Durchmesser und einen verbreiterten unteren

F i g. 8 in vergrößertem Maßstab einen Längs- Abschnitt 17 aufweist. Der obere Abschnitt 15 ist mit

schnitt durch ein in F i g. 1 und 6 gezeigtes Gasfüll- einer Umfangsdichtung 19 versehen, die an der zylin-

ventil, 35 drischen Innenfläche 21 einer innerhalb des Rohr-

F i g. 8-A einen Schnitt längs der Schnitt- körpers befestigten Hülse 23 anliegt. Der obere mit

linie 8-A—8-A in Fig. 8, Außengewinde versehene Endabschnitt 25 der Hülse

Fig. 9 einen Längsschnitt durch einen Einfüllver- 23 (Fig. 1) ist in ein entsprechendes Innengewinde

Schluß, im oberen Bereich des Zyünderteils A eingeschraubt.

Fig. 10 in vergrößertem Maßstab einen Längs- 40 Auf der zylindrischen Außenfläche31 der Hülse23

schnitt durch ein in Fig. 2 gezeigtes Rückschlagventil, sind Dichtringe 29 gehaltert, die an einer zylindri-

Fig. 11 in vergrößertem Maßstab einen Längs- sehen Innenfläche33 des ZylinderteilsA anliegen

schnitt einer in F i g. 3 gezeigten Durchströmöffnung, und eine Abdichtung in Richtung auf das Gewinde

F i g. 12 einen Querschnitt durch eine als Dich- 25, 27 sicherstellen.

tung und Rückschlagventil wirkende Anordnung bei 45 Eine Bohrung 35 im oberen Bereich des Zylindereiner weiteren Ausführungsform der Erfindung und teils A, eine Bohrung 37 innerhalb der Hülse 23 so-

F i g. 13 einen Querschnitt durch eine ein Ventil wie eine Bohrung 39 innerhalb des Kolbenteils B bil-

bildende bauliche Anordnung. den zusammen einen axialen Durchgang für die in

Den Ausführungsformen des Gerätes nach der die Bohrkrone und auf die Bohrlochsohle zu rich-

Erfindung nach F i g. 1 bis 3 einerseits und nach 50 tende Bohrspülung.

F i g. 6 und 7 andererseits sind die wesentlichen Eine Ausführungsform der Dichtung 19 nach

Merkmale gemeinsam. In allen Fällen enthält ein Fi g. 2 besteht aus einem Metallring 41, an den obere

Zylinderteil A einen axial hin und her bewegbaren und untere nachgiebige Abschnitte 43 und 45 ange-

Kolbenteil B, der zusammen mit dem Zylinderteil A klebt sind. Der Metallring 41 besitzt eine zylindrische

rotiert, wenn der Bohrstrang gedreht wird. Der 55 Innenfläche 47, an der ein innerhalb einer Vertiefung

Zylinderteil A enthält eine mit Gas gefüllte Kam- 51 der zylindrischen Außenfläche des oberen Ab-

mer C, die über ein Ventil D mit Gas gefüllt und von schnittes des Kolbenteils B gehalterte Dichtring 49

einer äußeren Druckquelle her unter Druck gesetzt anliegt. Auf dem Metallring 41 befindet sich eine

wird. Die Gasfüllung und Kompression kann an der nach innen vorspringende Schulter 53, die in einer

Oberseite des einzutreibenden Bohrloches durchge- 60 passenden Ausnehmung 55 aufgenommen ist, von der

führt werden. ein Abschnitt in der Zylinderaußenfläche 47 des

Da der Kolbenteil B über das komprimierte Gas Kolbenteils B und ein anderer Abschnitt durch ein

in der Kammer C abgestützt werden soll und gas- Ende einer Abschlußhülse 57 gebildet ist, die am

förmige Medien auf Grund ihrer geringen Viskosität oberen Ende des Kolbenteils B durch Gewinde 59

schwierig abzudichten sind, ist eine mit Flüssigkeit 65 befestigt ist.

gefüllte Druckübertragungskammer E vorgesehen, Der zwischen der Außenfläche 61 der Hülse 23

die mit der Gaskammer sowie mit der Spülflüssigkeit und der Innenfläche 63 des Rohrkörpers A gebildete

in Verbindung steht (die durch das Gerät nach unten Ringraum dient als Gaskammer C, Am unteren Ende

der Hülse 23 ist ein Radialflansch 64 angeformt, axial Stirnseite des Stopfens 121 und der Wand der Gegendurch den mehrere öffnungen 65 kufen, welche die bohrung 117 eingepreßt. Ausnehmungen 123 dienen Kammer C mit der Flüssigkeit enthaltenden Druck- zum Ansetzen eines Werkzeuges zum Ein- und Ausübertragungskammer E verbinden. schrauben des Stopfens.

Das eine Vermischung des Gases mit der Flüssig- 5 Zum Füllen der Gaskammer C wird der Stopfen keit verhindernde Trennelement F besteht hier aus 121 entfernt und ein nicht dargestelltes Anpassungseiner abgedichteten faltbaren Blase, vorzugsweise aus stück auf das Gewinde 113 des frei liegenden Besynthetischem Gummi. In die Blase ist ein Gasfüll- reiches des Ventilgehäuses 71 aufgeschraubt. Norventil D eingeklebt. Entsprechend F i g. 2 ist die ring- malerweise befindet sich auf dem zugänglichen Geförmige Blase unten schmaler als oben, damit die io windeabschnitt des Ventilgehäuses 71 ein Dichtring Flüssigkeit, sobald der Druck denjenigen des Gases 125, der gegen die Mutter 111 gedrückt wird und übersteigt, die Blase umströmen und zusammen- sicherstellt, daß das Gas von dem Anpassungsstück drücken kann. durch das Ventil strömt. Es ist zweckmäßig, ein In die Blase sind entsprechend Fig. 2 eine oder inertes Gas wie Argon oder Stickstoff zu verwenden, mehrere Metallplatten 67 eingeformt oder angeklebt, 15 um chemische Reaktionen mit irgendeinem der Bauum den radial verlaufenden Bereich 69 am unteren teile des Ventils D oder mit dem Trennelement F Ende zu verstärken und zu verhindern, daß sich das auszuschließen und um der Gefahr von Feuer oder biegsame Material durch eine der öffnungen 65 hin- Explosionen unten im Bohrloch entgegenzuwirken, durchdrückt. Wenn Gas aus der Gaskammer C entfernt werden Einzelheiten einer bevorzugten Ausführungsform 20 soll, braucht der Ventilstößel 89 nur mechanisch eindes Gasfüllventils D in der biegsamen Blase sind in gedrückt zu werden.

F i g. 8 und 8-A gezeigt. Ein Ventilgehäuse 71 ist in Das vorbeschriebene Ventil D hat sich zur Verdas biegsame, z. B. aus Gummi bestehende Material Wendung bei dem erfindungsgemäßen Stoßdämpfer-73 eingeklebt, wobei ein von dem Ventilgehäuse und Lastabstützungsgerät als vorteilhaft erwiesen radial ausgehender Flansch 75 eine größere Bindungs- 25 und ist in seiner Wirkung mit einem bei Fahrzeugoberfläche zur Verfügung stellt. In dem Flansch 75 luftreifen üblichen Ventil zu vergleichen. Die Erfinsind mehrere Ringrillen 77 vorgesehen, mit denen die dung ist nicht auf die Verwendung einer bestimmten Oberfläche weiter vergrößert und die Bindung ver- Ventilausführung beschränkt, bessert wird. Axial durch das Ventilgehäuse 71 er- Die oberste Fläche der Druckübertragungskamstreckt sich eine Bohrung79 mit einer abgeschrägten 30 mer£ nach Fig. 1 bis 5 ist durch die radial verlau-Schulter 81, an der ein Ankerteil 83 mit einer Öffnung fende -Unterseite 127 (F i g. 2) des Flansches 64 der 85 anliegt. Der Ankerteil 83 umgibt einen verdickten Hülse 23 bestimmt. Die Seitenwände dieser Kammer Abschnitt 87 eines Ventilstößels 89, der in seinem bestehen aus einer Zylinderfläche 129 im oberen Abmittleren Bereich einen Radialflansch 91 trägt. An schnitt des Kolbenteils B und der zylindrischen Indem Ankerteil 83 und an dem Radialflansch 91 liegen 35 nenfläche63 des Rohrkörpers A. Am unteren Ende die Enden einer unter Vorspannung stehenden der Kammer £ befindet sich eine Dichteinrichtung Druckfeder 93 an und drücken den Ventilstößel 131. Wenn die Druckübertragungskammer £ mit radial nach außen. einer Flüssigkeit gefüllt ist, gelangt bei Aufwärts-Eine den Ventilstößel 89 umgebende Ventilhülse bewegungen des Kolbenteils B Flüssigkeit durch die 95 besteht aus einem inneren Abschnitt 97 und einem 40 Öffnungen 65 des Flansches 64 in die Gaskammer C. äußeren Abschnitt 101, die über einen konischen Das Trennelement F verhindert die Mischung von Mittelabschnitt 103 miteinander verbunden sind, der Gas und Flüssigkeit und vereinfacht das Problem der an einer konischen Dichtung 105 anliegt und diese Abdichtung des in der Druckübertragungskammer E gegen einen entsprechend konisch ausgearbeiteten enthaltenen Strömungsmittels. Bereich des Ventilgehäuses 71 drückt. Die Baxiteile 45 In der Praxis hat sich für die Öffnungen 65 ein des Ventils wirken in der Weise zusammen, daß der Durchmesser von 9,5 mm als ausreichend erwiesen, Gasdurchtritt durch das Ventil nach außen verhin- wenn z. B. dreißig dieser Öffnungen durch den dert wird. Der Gasdruck innerhalb der Kammer C Flansch 64 gebohrt sind. Die Abschrägung 132 an der und die Druckfeder 93 halten eine Dichtscheibe 99 Unterseite jeder Bohrung verläuft in einem Winkel an dem Ende des inneren Abschnittes 97 der Ventil- 50 von 60°, so daß ein Maximaldurchmesser von hülse 95 anliegend. 15,8 mm entsteht. Die für die Druckübertragungs-Gemäß Fig. 8-A dient der nach außen weisende kammerE verwendete Flüssigkeit war bei einem Abschnitt der Ventilhülse 95 zur Aufnahme z. B; praktischen Ausführungsbeispiel ein Hochdruckeines Steckschlüssels, durch dessen Drehung eine getriebeöl mit einem Zähigkeitswert zwischen 2500 Axialverstellung der Ventilhülse erfolgt. Die Ventil- 55 und 3500 Saybolt-Universal-Sekunden (Sekunden bei hülse ist mit dem Ventilgehäuse 71 über ein Gewinde 100° F = 37,7° C).

lösbar verschraubt. Das Ventilgehäuse selbst ist Zum Einfüllen des Öls ist in dem Rohrkörper A in einer Öffnung 109 innerhalb des Zylinderteils A eine Öffnung 133 eingeformt, deren an der Außenmittels einer Schraubmutter 111 gehaltert, die auf ein wand liegender Bereich ein Innengewinde 137 trägt, Gewinde 113 des Ventilgehäuses 71 aufgeschraubt ist. 60 in das ein Druckstopf en 135 (Fig. 9) eingeschraubt Eine Unterlegscheibe 115 bildet eine radiale Anlage- ist. Der Stopfen enthält an seiner Außenseite eine fläche für einen Dichtring 116. In der Außenwand Ausnehmung 139 zur Aufnahme eines Steckschlüsdes Zylinderteils A befindet sich eine zylindrische sels. Im oberen Bereich der Druckübertragungskammit Innengewinde versehene Gegenbohrung 117 zur mer E ist in gleicher Weise wie bei der in F i g. 9 geAufnahme eines Schraubstopfens 121, jedoch einen 65 zeigten Anordnung eine mit einem Stopfen vereinfachen Zugang ermöglicht, wenn die Gaskammer C schließbare Belüftungsöffnung 140 (F i g. 2) vorgeentleert oder mit Gas gefüllt werden muß. Zur wei- sehen, so daß bei der Einführung des Öls die Luft teren Sicherung ist ein Dichtring 122 zwischen der aus dem Gerät entweichen kann. Es ist zweckmäßig,

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die biegsame Blase F mit einem Gasdruck von etwa gebildet ist. Das obere Ende des Kernes 165 ist in 3,5 kg/cm² zu beaufschlagen, damit beim Öleinfüllen einer Ausnehmung 169 (F i g. 2) im Mittelbereich im Innern des Gerätes weniger Luft vorhanden ist. des Kolbenteils B aufgenommen, wobei eine Dich-

Nach F i g. 2 enthält die Dichteinrichtung 131 einen tung 171 verhindert, daß die Spülflüssigkeit aus dem Metallkern 141, der einen zylindrischen Abschnitt 5 axialen Durchgang des Gerätes in die Kammer G 143 des Kolbenteils B umgibt. Auf dem Kolbenteil gelangt. Die Unterseite der Vorratskammer G ist ist eine Schulter 145 angeformt, die den Metallkern mindestens teilweise durch eine radial verlaufende 141 nach unten abstützt. Innerhalb der nach oben Schulter 173 am unteren Ende des Kernes 165 geweisenden Schulterfläche 145 ist ein Dichtring 147 bildet. In einer Innenringnut im unteren Bereich des eingelegt. io Kolbenteils B befindet sich eine Dichtung 175, die an

Um die Aufwärtsbewegung der Dichteinrichtung der Umfangsfläche der Schulter 173 anliegt, um die 131 zu verhindern, ist in einer Umfangsnut der Zylin- Vorratskammer G und den axialen Durchgang des derfläche ein Sprengring 149 eingesetzt. Auf einem Gerätes gegeneinander abzudichten. An der nach sich an die Schulter 145 axial nach unten anschlie- unten weisenden Fläche der radial verlaufenden ßenden Außengewinde 153 des Kolbenteils B ist ein 15 Schulter 173 sind über den Umfang verteilt mehrere Haltering 151 aufgeschraubt. Wenn die Dichtein- Gewindebohrungen 177 zur Einführung eines Werkrichtung 131 auf dem Kolbenteil B zusammenzubauen zeuges vorgesehen, um das Herausnehmen des z. B. ist, wird der Kolbenteil B in den unteren Abschnitt mit einem Sprengring gehalterten Kerns 165 zu ver-157 des Rohrkörpers eingeführt und der Haltering einfachen.

151 in die in F i g. 2 gezeigten Lage eingeschraubt, so An der Außenwand des Kolbenteils B ist entspreworauf man den Metallkern 141 der Dichtung über chend Fig. 3 eine Einfüllöffnung 179 vorgesehen, die Zylinderfläche 143 des Kolbenteils streift, nach- die eine Verbindung zwischen der Vorratskammer G dem zuvor der Dichtring 147 in die Nut 145 einge- und der außen um das Gerät strömenden Spülflüssiglegt worden ist; der Metallkern wird so weit nach keit herstellt. Die Einzelheiten dieser Öffnung 179 unten gedrückt, bis der oben abschließende Spreng- «5 sind in Fig. 11 gezeigt. Ein TrennelementF', das ring 149 in die zugeordnete Umfangsnut paßt. Die in diesem Fall eine aus synthetischem Gummi beoberen und unteren Abschnitte 155,157 (F i g. 2) des stehende flexible und dichte Blase ist, wird zunächst Rohrkörpers sind an der Stelle 159 miteinander ver- in die Kammer G eingesetzt; seine Aufgabe besteht schraubt. Da die Umfangsfläche 169 des Halteringes darin, die in der Kammer enthaltene Druckübertra-151 radial weiter außen liegt als die Innenfläche 163 3° gungsflüssigkeit von der Spülflüssigkeit getrennt zu des unteren Abschnittes 157 des Rohrkörpers, ist hier halten.

die nach unten gerichtete Bewegung des Kolben- Die Füllöffnung 179 nach Fig. 11 wird durch

teils B begrenzt. einen Körper 181 gebildet, der in den Gummi des

Das soweit beschriebene Gerät ist zwar in der Lage, Trennelementes F' eingeformt oder eingeklebt ist. Stoßbelastungen zu dämpfen und statische Belastun- 35 Der Körper besitzt eine Durchgangsbohrung 183, die gen abzustützen, besitzt jedoch in dieser Ausführung an die Außenseite des Kolbenteils B führt, so daß noch erhebliche Nachteile. Ein Nachteil würde in die dort befindliche Spülflüssigkeit in die Vorratsdem auftretenden Hubverlust liegen, wenn das Ge- kammer G eindringen oder aus dieser ausströmen rät in die Erdbohrung abgelassen wird, und zwar auf kann. Um die Bindung zwischen Metall und Gummi Grund der Kompression des Gases in der Gaskam- 40 zu erleichtern, ist am Körper 181 ein Radialflansch mer C bei zunehmendem hydrostatischen Druck in 185 angeformt, der an seinen Seitenflächen mehrere der Erdbohrung, falls nicht der Anfangsgasdruck Ringrillen 187 enthält. Der nach außen weisende dem hydrostatischen Druck in der Einsatztiefe des Abschnitt 189 des Körpers 181 trägt Außengewinde Gerätes gleicht. Dabei könnte nur eine geringe öl- und nimmt eine Mutter 191 mit einer Unterlegscheibe menge an der Dichteinrichtung 131 vorbeigelangen, 45 193 auf. Zwischen der Unterlegscheibe 193 und dem bevor das Gerät unwirksam wird. Selbst wenn die Umfang des Körpers 181 ist an der Stelle 197 ein Dichteinrichtung 131 nicht leckt, kann der Hub des Dichtring 195 eingepreßt, der an einem abgeschräg-Gerätes bei sehr tiefen Bohrlöchern vollständig ver- ten Teil der öffnung im Kolbenteil B anliegt und das lorengehen, bevor die Einsatztiefe erreicht wird. Um Umströmen des Körpers 181 mit Spülfiüssigkeit verdiesen Hubverlust zu vermeiden, ist es zwar möglich, 50 hindert. Der Kolbenteil B enthält eine Gegenbohrung von der Oberseite der Erdbohrung aus Gas mit einem 199, in der Mutter 191 und Dichtring 193 tief genug ausreichenden Druck zuzuführen; doch ergeben sich aufgenommen sind, um nicht über die zylindrische daraus Gefahren und ein abträglicher Aufwand bei Außenfläche des Kolbenteils vorzuragen, der Beherrschung der notwendigen extrem hohen Die das Gerät umgebende Spülflüssigkeit kann auf

Gasdrücke am Bohrlocheingang. 55 diese Weise über die Öffnung 179 in die Vorrats-

Aus diesem Grund wird erfindungsgemäß das Gas kammer G eindringen, so daß der im Ringraum zwiohne Hubverlust automatisch komprimiert, wenn das sehen der Bohrlochwandung und dem Kolbenteil Gerät in die Erdbohrung abgelassen wird. Damit ent- herrschende Druck der Spülflüssigkeit auch auf das fällt die Notwendigkeit der Beherrschung hoher Gas- innerhalb der Kammer G eingeschlossene Strömungsdrücke an der Oberseite der Erdbohrung. Es besteht 60 medium wirkt.

demnach ein wesentlich niedriger Anfangsgasdruck Die Vorratskammer G ist entsprechend Fig. 2

in der Gaskammer C, so daß leichteres Arbeiten und über einen Kanal 201 mit der Druckübertragungserhöhte Sicherheit gewährleistet sind. Bei dem Gerät kammer E verbunden, über den die Drücke ausgenach F i g. 1 bis 5 ist in dem unteren Abschnitt des glichen und auf die Gaskammer C übertragen wer-Kolbenteils B eine Vorratskammer G vorgesehen, die 65 den. Das Strömungsmittel soll in diesem Fall die durch die zylindrische Außenfläche 164 eines Kern- Möglichkeit erhalten, nur von der Spülflüssigkeit rohres 165 im Innern des Kolbenteils B und durch enthaltenden Kammer G in die Druckübertragungseine zylindrische Innenfläche 167 im Kolbenteil B kammer E, jedoch nicht in umgekehrter Richtung zu

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strömen. Zu diesem Zweck ist innerhalb des Kanals Bereich des Kolbenteils B sind mehrere Umfangs- 201 ein Rückschlagventil 203 eingebaut, dessen be- dichtringe 235 (F i g. 3) angeordnet, die an der zylinvorzugte Ausführungsform in F i g. 10 dargestellt ist. drischen Innenfläche 237 am unteren Ende des Rohr-Das Rückschlagventil besteht aus einem Ventil- körpers A anliegen. Diese Dichtungen verhindern ein gehäuse 204, auf dessen zylindrischer Außenseite ein 5 Ausströmen von Flüssigkeit aus der Kammer G an Gewinde sowie ein Radialflansch 207 in Form einer der Keilwellenverbindung 233 vorbei nach außen.
Mutter vorgesehen sind, so daß sich das Ventil- Fig. 5-A zeigt eine Druckentlastungseinrichtung gehäuse in eine Gewindebohrung 209 (Fig. 2) des 238, mit der das Gas in der Gaskammer C bei dem Kolbenteils B einschrauben läßt. Das Gehäuse 204 Herausziehen des Gerätes aus dem Bohrloch ententhält eine Durchgangsöffnung 211, in der ein io spannt wird. Die Einrichtung besteht aus einer oder Ventilkörper 212 sitzt. Der Ventilkörper 212 besitzt mehreren längs der Innenfläche 63 des Rohreinen konisch verlaufenden Außenabschnitt 213, der körpers A axial verlaufenden Nuten 239. Die Nuten an einer entsprechend geformten Kegelfläche 215 des befinden sich dann außen neben der Dichteinrichtung Gehäuses 204 anliegt. In einer Ringnut des konischen 131, wenn der Kolbenteil B seine unterste Stellung Abschnittes 213 sitzt ein Dichtring 217, der eine zu- 15 einnimmt, und sind etwas länger ausgeführt als die zätzliche Abdichtung der sich gegenüberstehenden Axialabmessung der Dichteinrichtung.
Ventilsitzflächen gewährleistet. An einer Schulter 215

im Ventilgehäuse liegt ein Ende einer Druckfeder Arbeitsweise des Gerätes entsprechend der Aus- 221 an, deren entgegengesetztes Ende sich an einem führungsform nach Fi g. 1 bis 5
verdickten Aufsatz 223 des Ventilkörpers abstützt 20 Das Gerät wird mit der an seinem oberen Ende be- und somit die Dichtung 217 an die Sitzfläche 215 des findlichen Schraubzapfenverbindung 11 nach F i g. 1 Gehäuses 204 andrückt. Der in der Druckübertra- an einer Bohrstange befestigt, nachdem der Kolbengungskammer E herrschende Druck wirkt darüber teil B und die anderen Bauteile des Gerätes zusamhinaus auf die Außenfläche 225 des Ventilkörpers mengesetzt sind. Über das Ventil D wird ein gas- 212 und verstärkt dadurch den Dichtdruck an der 35 förmiges Medium unter Druck eingeführt, bis die Sitzfläche 215. Der verdickte Aufsatz 223 kann auf Gaskammer C den erforderlichen Druck aufweist, den Ventilkörper212 aufgeschoben und zusammen Anschließend wird eine Flüssigkeit, z.B. eine unter mit der Druckfeder dort gehaltert sein. Wenn der Berücksichtigung der Verträglichkeit mit den Bau-Druck innerhalb des Kanals 201 die Kraft der Feder teilen des Gerätes ausgewählte Schmierflüssigkeit, 221 überwindet, tritt eine Strömung aus der Kam- ₃₀ über die Öffnung 133 (Fig. 3) zum Füllen der Kammer G in die Druckübertragungskammer E auf. Da mern E und G in das Gerät eingefüllt. In dem konidie Stärke der Druckfeder 221 gering bemessen ist, sehen Gewindeabschnitt 13 an der Unterseite des wird jeder merkliche Druckanstieg der in der Kam- Gerätes (Fig. 3) wird vor dem Ablassen des Gerätes mer G befindlichen Spülflüssigkeit auch auf die in j_n das Bohrloch eine Bohrkrone befestigt,
der Druckübertragungskammer E befindliche Flüs- ₃₅ Beim Ablassen in das Bohrloch steigt der hydrosigkeit übertragen. Eine auf der Außenfläche 206 des statische Druck in der Umgebung des Gerätes all-Ventilgehäuses 204 aufgesetzte Dichtung 222 sorgt mählich an. Sobald dieser Druck denjenigen der Gasfür die äußere Abdichtung des Rückschlagventils. kammer C übersteigt, tritt Spülflüssigkeit in die Kam-

Wie aus F i g. 2 ferner hervorgeht, erstreckt sich mer G ein und sorgt für einen Druckausgleich der radial durch den Kolbenteil B ein Kanal 229 bis zu 40 im Gerät befindlichen Strömungsmedien mit dem einem zwischen Kolbenteil B und Rohrkörper A ge- hydrostatischen Druck. Wenn das Gerät axial zubildeten Ringraum 231. Dieser Kanal befindet sich sammengedrückt wird, verhindern das Rückschlagunmittelbar unter der Dichteeinrichtung 131 und ventil 203 und die Dichteinrichtungen 131, 19 das steht mit dem Kanal 201 zwischen Kammer G und Austreten der Strömungsmedien aus der Drucküber-Kammeri? in Verbindung. Auf diese Weise gelangt 45 tragungskammer E und der Gaskammer C, so daß an der Dichteinrichtung 131 vorbeileckende Flüssig- diese Strömungsmedien die axial wirkende Belastung keit in die Kanäle 229 und 201, so daß dadurch abstützen können.

selbsttätig alle Leckmengen in der Kammer G auf- Beim Hochziehen des Bohrstranges im Bohrloch

bewahrt bzw. gespeichert werden. Wenn das Gerät bewirkt die Abnahme des hydrostatischen Druckes

angehoben wird, bewegt sich der Kolbenteil auf 50 bei geringen Tiefen auch die Verringerung des Druk-

Grund seines Eigengewichtes und des Gewichtes der kes innerhalb der Kammer G, so daß auch die

an ihm hängenden Bohrstrangteile nach unten, so Drücke in der Druckübertragungskammer E und der

daß der in der Druckkammer E herrschende Druck Gaskammer C auf Grund des Vorhandenseins der

unter denjenigen in der Vorratskammer G absinkt. Entlastungseinrichtung 238 abnehmen. Der Druck in

Dieser Vorgang führt zu einer Rückströmung von 55 der Druckübertragungskammer E wird sich stets auf

Flüssigkeit aus der Kammer G über das Rückschlag- dem gleichen Wert wie der hydrostatische Druck in

ventil 203 in die Druckübertragungskammer E, bis der Höhe des Gerätes befinden. Kommt das Gerät

der Kolbenteil B seine unterste Lage erreicht, womit an die Erdoberfläche, so ist der Gasdruck in der

das Öl wieder eingefüllt wird, das an der Dicht- Kammer C etwa der gleiche wie zu der Zeit, bevor

einrichtung 131 vorbeikommen konnte. Damit ist ein 60 das Gerät in die Bohrung eingeführt worden ist. Der

Hubverlust des Kolbenteils auf Grund von Leck- Gasdruck stellt sich somit wieder auf einen gefahr-

verlusten vermieden. losen Wert ein. Zur Erläuterung sei angenommen,

Entsprechend F i g. 5 ist am unteren Ende des daß der Druck in der Gaskammer C 70,3 kg/cm² be-

Kolbenteils B und des Rohrkörpers A eine Keil- trägt, solange sich das Gerät an der Erdoberfläche

wellenverbindung 233 vorgesehen, so daß bei Dre- 65 befindet.

hung des Bohrstranges der Rohrkörper A den KoI- Beim Ablassen des Gerätes in das Bohrloch wird

benteil B mitnimmt, jedoch gleichzeitig eine relative der in dem Ringraum zwischen Bohrlochwandung

Axialbewegung des Kolbenteils B zuläßt. Im unteren und Gerät herrschende Druck auf die Vorrats-

kammer G, auf die Druckübertragungskammer E sowie auf die Gaskammer C übertragen. Wenn der Druck in der Druckübertragungskammer E denjenigen der Gaskammer C etwas übersteigt, so strömt über die Öffnungen 65 Flüssigkeit in die eine mit Gas gefüllte Blase enthaltende Gaskammer C. Gleichzeitig strömt Spülflüssigkeit in die Vorratskammer G und bringt den in der Gaskammer C herrschenden Druck auf den gleichen Wert, wie er in der Druckübertragungskammer E und in der Vorratskammer G herrscht, da letzterer dem hydrostatischen Druck im Bohrloch neben dem Gerät entspricht.

Flüssigkeit strömt so lange durch die Öffnungen 65 in die Gaskammer C, als der hydrostatische Druck beim Ablassen in das Bohrloch ansteigt, bis schließlieh die Bohrlochsohle erreicht ist. Wird die Bohrkrone mit dem Gewicht des Bohrstranges belastet, gelangt in der Druckübertragungskammer E eingeschlossene Flüssigkeit auf Grund der Aufwärtsbewegung des Kolbenteils B in die Gaskammer C. Der vom Bohrlochboden auf die Bohrkrone ausgeübten Kraft wirkt eine Kraft entgegen, die dem Unterschied zwischen dem Druck der Kammer E und dem Druck der Spülflüssigkeit in dem Bohrloch mal nach oben weisender wirksamer (Ring-)Querschnittsfläche des Kolbenteils B entspricht.

Als Beispiel sei angenommen, daß der Druck der Spülflüssigkeit im Bohrloch 281 kg/cm² und der Druck in der Druckübertragungskammer £ 351kg/ cm² beträgt. Wenn der wirksame Querschnitt der Ringflächen des Kolbenteils B etwa 258 cm² beträgt, so ist das Gerät zur Abstützung einer statischen Last von 18 100 kg in der Lage.

Sobald die nicht dargestellte Spülpumpe an der Oberseite der Erdbohrung eingeschaltet ist, wird ein weiterer Anteil der statischen Last aufgenommen, und zwar auf Grund des Druckunterschiedes an der Bohrkrone, der auf die durch die zylindrische Oberfläche oder Bohrung 21 definierte nach oben weisende Fläche wirkt. Wenn an der Bohrkrone ein Druckabfall von 70,3 kg/cm² auftritt und die Fläche der Bohrung 21 beispielsweise etwa 77,5 cm² beträgt, so entsteht eine zusätzliche statische Last tragende Kapazität von 5440 kg.

Es kann erwartet werden, daß unter den üblichen Betriebsbedingungen der Druck innerhalb der Druckübertragungskammer E etwa 105,5 kg/cm² größer als der in der Höhe des Gerätes herrschende hydrostatische Druck ist. Der Druckabfall an der Bohrkrone beträgt etwa 70,3 kg/cm², so daß der Druckunterschied an der Dichtung 19 am oberen Ende des Kolbenteils B bei 35,5 kg/cm² liegen wird, womit die Leckgefahr an der Dichteinrichtung 131 in Richtung aus oder in die Druckübertragungskammer E auf ein Minimum beschränkt ist. Da der Druck in der Kammer G und in der Spülflüssigkeit außerhalb des Gerätes etwa gleich ist, besteht wenig Wahrscheinlichkeit für ein Durchsickern an den Dichtringen 235 in F i g. 3 im unteren Bereich des Kolbenteils B. Dieses Merkmal trägt dazu bei, Flüssigkeitsverluste aus dem Gerät so klein wie möglich zu halten und die Abdichtung zu vereinfachen.

Die Dichteinrichtung 131 (F i g. 2) ist die einzige Dichtung, welche unter einem hohen Druckunterschied stehende Strömungsmedien voneinander trennt. Sämtliche aus der Druckübertragungskammer E stammenden Leckverluste an dieser Dichtung werden jedoch über die Kanäle 229 und 201 zurückgeführt. Falls zu irgendeinem Zeitpunkt die statische Belastung von der Bohrkrone entfernt wird, so strömt auf Grund des sich ergebenden Druckunterschiedes Flüssigkeit durch das Rückschlagventil 203 und bringt die Flüssigkeit wieder in die Druckübertragungskammer E. Die Dichteinrichtung 131 ist in einem Bereich angeordnet, wo sich saubere Schmierflüssigkeit befindet, so daß eine lange Lebensdauer der Dichtung gewährleistet ist.

Es ist als ein hervorstehendes Merkmal der Erfindung anzusehen, daß durch die Verwendung von Gas eine äußerst niedrige Federkonstante erreicht wird, was zu einem besonderen Vorteil mit Bezug auf die Stoßdämpfung anzusehen ist. Durch die Verwendung einer mit Flüssigkeit gefüllten Druckübertragungskammer in Kombination mit einer Gaskammer wird das Abdichtproblem in hohem Maße vereinfacht, da Flüssigkeiten eine relativ hohe Viskosität besitzen. Die Verbindung zwischen der Flüssigkeit in der Druckübertragungskammer E, des Gases in der Gaskammer C und der Druck der Spülflüssigkeit im Bohrloch über die Vorratskammer G führt zu einer kontinuierlichen Kompression des Gases mit zunehmender Bohrlochtiefe in der Weise, daß das Stoßdämpfergerät keinen Hubverlust erleidet. Dadurch läßt sich das Gerät wesentlich kürzer ausführen, als es der Fall wäre, wenn die Kompression des Gases mit einem Hubverlust einhergehen würde. Die selbsttätige Wiederauffüllung der Flüssigkeitsmenge, die aus der Druckübertragungskammer über die Dichtung möglicherweise entwichen ist, verhindert ebenfalls einen Hubverlust und führt zu einer vorteilhaften Anwendung des Gerätes. Durch Anwendung des beweglichen biegsamen Trennelementes F wird eine Vermischung von Gas und Flüssigkeit vermieden und darüber hinaus das Abdichtproblem vereinfacht, da es jetzt nur noch darauf ankommt, gegenüber Flüssigkeit wirksame Dichtungen vorzusehen. Das Ausgleichen der im Gerät herrschenden Drücke mit den Drücken der Spülflüssigkeit innerhalb und außerhalb des Gerätes verringert den Druckunterschied an den verschiedenen Dichtungen, so daß sich auch auf Grund dieses Merkmals das Problem der Abdichtungen vereinfacht. Schließlich verhindert die vorgesehene Entspannungseinrichtung, daß in dem Gerät extrem hohe Gasdrücke verbleiben, wenn es aus dem Bohrloch herausgezogen wird. Auf Grund dieses Merkmals kann das erfindungsgemäße Gerät in nacheinander durchgeführten Erdbohrungen verschiedener Tiefen verwendet werden, ohne daß eine Entspannung des Gases von Hand durchgeführt werden muß.

Gerät entsprechend der Ausführungsform nach
F i g. 6 und 7

Eine abgeänderte Ausführungsform des Gerätes zur Stoßdämpfung und zur Aufnahme statischer Lasten ist in F i g. 6 und 7 dargestellt. Das Gerät besteht aus einem Rohrkörper A, einem Kolbenteil B, einer Gaskammer C, einem Ventil D und einer mit Flüssigkeit gefüllten Druckübertragungskammer E, jedoch fehlt die beim Gerät nach F i g. 1 bis 5 vorgesehene Vorratskammer 6. An Stelle dessen übernimmt hier die Druckübertragungskammer E gleichzeitig die Funktion der zuvor beschriebenen Vorratskammer G.

Entsprechend F i g. 6 ist in die obere Axialbohrung 241 des Rohrkörpers A eine Hülse 243 eingeführt,

die mit einer an ihrem oberen Ende angeformten Schulter 245 auf einer entsprechend geformten radial einwärts weisenden Schulter 247 der Bohrung 241 aufliegt. Die Hülse 243 ist an ihrem unteren Ende mit einem Außengewinde in ein Anpassungsstück 249 eingeschraubt, das zusammen mit der zylindrischen Innenfläche 251 des Rohrkörpers A die Gaskammer C bildet. Das Anpassungsstück 249 trägt an seinem unteren Ende einen Radialflansch 253, an dem ein Trennelement F der im Zusammenhang mit Fig. 1 bis 5 beschriebenen Art anliegt. Eine oder mehrere Durchgangsbohrungen 255 in dem Radialflansch 253 verbinden die Gaskammer C mit der Druckübertragungskammer E. Auf das obere Ende des Kolbenteils B ist ein Abschlußring 257 aufgeschraubt, der mit dem Körper 259 des Kolbenteils eine Ringnut zur Aufnahme eines Dichtringes 261 bildet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein länglicher Lagerteil 263 unterhalb des Dichtringes 261 in einer entsprechenden Ausnehmung angeordnet.

Der untere Bereich 265 des Kolbenteils B ist entsprechend Fig.7 im Durchmesser vergrößert. Auf einer radial verlaufenden Oberfläche 267 liegt ein Dichtring 269 auf, der durch einen konisch gestalteten Ring 271 und einen Sprengring 273 gehaltert ist. Der Dichtring 269 wird auf diese Weise gegen die zylindrische Innenfläche 251 des Rohrkörpers A gedrückt. Auch in dem verdickten Bereich 265 des Kolbenteils ist in einer Ausnehmung der zylindrischen Außenfläche 277 ein Lagerteil 275 vorgesehen.

Am unteren Ende des Rohrkörpers A ist auf ein Gewinde 281 eine Überwurfmuffe 279 aufgeschraubt. Diese Muffe umgibt mehrere Ringsegmente 283, in denen Vertiefungen 284 zur Aufnahme von Keilprofilen eingeformt sind. Auf der Außenseite des Kolbenteils B befinden sich die entsprechenden herausgearbeiteten Keilprofile 287. Gemäß Fig. 7-A sind mehrere Ringsegmente 283 vorgesehen und an einer Drehbewegung bezüglich der Muffe 279 mittels Keilen 285 gehaltert, welche in entsprechenden Keilnuten 288 der Muffe 279 und Ringsegmenten 283 aufgenommen sind. Die auf dem Kolbenteil B nach außen weisenden Keilprofile 287 enden in Axialrichtung an den Stellen 290 und 292 (F i g. 7), so daß sich der Kolbenteil B axial bezüglich der abnehmbaren Gegenprofile 283 in den zwischen den Stellen 290, 292 gegebenen Grenzen bewegen kann. Die Muffe 279, die Keilwellenprofile und die Keile 285 wirken demnach zusammen, um den Kolbenteil B in dem Rohrkörper A zu halten und um gleichzeitig die Weglänge für die Axialbewegung des Kolbenteils B festzulegen. Bei Drehung des Bohrstranges und des daran befestigten Rohrkörpers A wird auf Grund der Keilwellenverbindung der Kolbenteil B mitgenommen.

Das Ventil D zur Einführung von unter Druck stehendem Gas in die Gaskammer C entspricht der in Fig. 1, 8 und 8-A gezeigten Ausführungsform.

Die Durchflußeinrichtung 289 besteht aus einem Rückschlagventil (F i g. 7) und ist in einer Gewindebohrung 291 in der Wandung 293 des Kolbenteils B befestigt. Die Aufgabe der Durchflußeinrichtung besteht darin, unter Druck stehende Spülflüssigkeit in die Druckübertragungskammer E einzuführen. Die Durchflußeinrichtung 289 besteht aus einem Gehäuse 295 und einem darin aufgenommenen Ventilkörper 297. Auf dem Ventilkörper sitzt ein Dichtring 299, der durch eine Druckfeder 301 gegen einen ringförmigen Vorsprung 303 des Gehäuses 295 angedrückt ist. Eine Kappe 305 hält den Ventilkörper 297 im Gehäuse, in dem sie die Druckfeder unter eine durch Einstellung verstellbare Vorspannung setzt. Mehrere Öffnungen 307 in der Kappe 305 dienen zum Durchfluß der Bohr- oder Spülflüssigkeit. Die Kraft der Druckfeder 301 und der Druck der

ίο in der Druckübertragungskammer E enthaltenen Flüssigkeit drücken den Dichtring 299 gegen den ringförmigen Vorsprung 303 des Gehäuses und sorgen für die Abdichtung. Sollte der Druck der durch die Axialbohrung des Gerätes strömenden Flüssigkeit den Druck in der Druckübertragungskammer E in einem bestimmten Ausmaß überschreiten, so öffnet der Ventilkörper 297, und die Flüssigkeit strömt in die Druckübertragungskammer E. Wie beim Gerät nach F i g. 1 bis 5 wird demnach auch hier das Gas in der Gaskammer C automatisch komprimiert, wenn das Gerät in ein Bohrloch abgelassen wird.

Es ist zweckmäßig, wenn das Rückschlagventil 289 bei einem Druckunterschied öffnet, der etwas geringer ist als der Druckabfall an der Bohrkrone,

as damit das Gerät auch bei geringen Axialbelastungen arbeitet. Das Rückschlagventil 289 kann auch mit dem Ringraum zwischen Bohrlochwandung und Außenwand des Gerätes an Stelle mit der Axialbohrung des Gerätes in Verbindung stehen (voraus-

gesetzt, daß der öffnungsdruck relativ niedrig liegt), so daß dann in jedem Fall eine einwandfreie Betriebsweise auch bei niedrigen Axialbelastungen gegeben ist. Das Gerät nach F i g. 6 und 7 kann in gleicher Weise mit einer Entspannungseinrichtung 237 entsprechend Fig. 5-A ausgestattet sein, wenn das Rückschlagventil in der Außenwand des Rohrkörpers A untergebracht ist.

Obwohl einfacher im Aufbau, kommen dem so weit beschriebenen Gerät die meisten der Vorteile des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 bis 5 zu. Es besteht jedoch der Nachteil, daß in der Spülflüssigkeit enthaltener Abrieb mit der Keilwellenverbindung in Berührung gelangt. Unter der Annahme, daß die Dichtungen keine Leckflüssigkeit durchlassen und daß eine selbsttätige Entspannungseinrichtung fehlt, so bleiben der Druck in der Druckübertragungskammer E und der Gasdruck in der Gaskammer C auf dem an der Bohrlochsohle vorhandenen Druckwert, wenn das Gerät an die Erdoberfläche geholt wird. Damit wäre das Bedienungspersonal beim Abschrauben des Gerätes einer Gefahr ausgesetzt. Aus diesem Grund ist der Ventilkörper 297 der Durchströmungseinrichtung 289 mit einem Vorsprung 309 versehen, der durch die Wand 293 des Kolbenteils B in die Axialbohrung hineinragt. Nach dem Heraufziehen des Gerätes aus dem Bohrloch an die Erdoberfläche wird ein längliches Werkzeug von unten durch die Schraubkastenöffnung 13 (Fig. 7) in die Axialbohrung eingeführt und mit ihm der Vorsprung 309 des Ventilkörpers eingedrückt, um den Druck der Druckübertragungskammer E und der Gaskammer C abzulassen. Dieser Vorgang ist für das Bedienungspersonal ungefährlich, da sich die Entspannung des hohen Druckes innerhalb der Axialbohrung des Gerätes vollzieht.

Einer der wesentlichen Unterschiede der beiden vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung besteht darin, daß das Gerät nach Fig. 1 bis 5

drei Kammern aufweist, von denen die mittlere eine Schmierflüssigkeit bzw. ein öl enthält, was zu den vorbeschriebenen Vorteilen führt. Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 und 7 fehlt die mittlere Kammer, und an Stelle deren wird die in einer Druck-Übertragungskammer eindringende Flüssigkeit verwendet, um auf die Gaskammer einzuwirken. Bei beiden Ausführungsbeispielen befindet sich die Gaskammer C im Rohrkörper A; sie könnte jedoch genau wie die Kammer G auch im Kolbenteil B enthalten sein. Die Gaskammer C und die Vorratskammer G können entweder beide im Kolbenteil, beide im Rohrkörper oder einzeln in beiden Bauteilen enthalten sein.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die gezeigten Ausführungsformen des Rückschlagventils, der Einfüllöffnung oder der anderen Ventile.

Fig. 12 zeigt als Beispiel ein Rückschlagventil 311, das das Ventil 203 nach F i g. 2 ersetzt und gleichzeitig eine besondere Ausführung der Dicht- *> einrichtung 131 nach F i g. 2 bildet. In diesem Fall können Kolbenteil B und Rohrkörper A die gleichen wie im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 bis 3 sein. Der Haltering 151 läßt an seinem Umfang einen Abstand 313 frei, der mit dem Abstand 231 (Ring- »5 raum) zwischen dem Kolbenteil und dem Rohrkörper in Verbindung steht. Das obere Ende des Ringraumes 313 geht in einen weiteren Ringraum 315 über, der sich unmittelbar unterhalb der Ringlippe 317 eines nachgiebigen Dichtringes befindet. Übersteigt der Druck innerhalb des Ringraumes 315 denjenigen der Druckübertragungskammer E, so wird die Ringlippe nach innen gebogen, und es strömt Flüssigkeit aus der Kammer G in die Kammer E. Übersteigt der Druck der Kammer E denjenigen der KammerG, so legt sich die Ringlippe 317 nach außen an die zylindrische Innenfläche 63 des Rohrkörpers A. Da die Dichteinrichtung 311 gleichzeitig als Rückschlagventil arbeitet, erübrigt sich ein besonderes Rückschlagventil 209 entsprechend F i g. 2.

Die Lage der verschiedenen möglichen Rückschlagventile kann verändert werden. Das Rückschlagventil 289 in F i g. 7 kann an Stelle mit der axialen Durchgangsbohrung innerhalb des Gerätes mit dem äußeren Ringraum zwischen Bohrlochwandung und Gerät in Verbindung stehen. Auch die Einfüllöffnung 179 nach F i g. 3 kann mit der axialen Durchgangsöffnung an Stelle mit dem äußeren Ringraum im Bohrloch in Verbindung stehen. Darüber hinaus ist die Erfindung nicht beschränkt auf die in der vorangehenden Beschreibung erwähnten Abmessungen und Materialangaben.

Eine automatische Gaskomprimierung läßt sich bei Anwendung eines Ventils318 nach Fig. 13 erreichen. Dieses Ventil läßt im Gegensatz zu einem Rückschlagventil das Strömungsmittel nach beiden Richtungen durch. Es besteht aus einer Öffnung 320 im Rohrkörper A, über die Spülflüssigkeit freien Durchgang in die Druckübertragungskammer E beim Absenken des Gerätes in das Bohrloch erhält. Wenn die Bohrlochsohle erreicht und die Bohrkrone belastet ist, bewegt sich der Kolbenteil B nach oben, wobei ein Dichtring 269 die öffnung 320 möglicherweise verschließt. Da die Flüssigkeit die Druckübertragungskammer nicht verlassen kann, wird eine Stoßdämpfung und die Abstützung einer statischen Last bei weiterer Kompression des Gases erreicht.

Wird die Bohrkrone von der Bohrlochsohle abgehoben, so kehrt (unter der Annahme, daß die Dichtung 269 schließt) der Kolbenteil B unter dem Einfluß des komprimierten Gases und der Schwerkraft in seine Ausgangslage zurück, wobei sich die Dichtung 269 unterhalb der öffnung 320 befindet. Auf diese Weise entspannt sich das Gas in der Gaskammer C auf den Wert, unter dem es vor dem Einführen in das Bohrloch an der Erdoberfläche stand.

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zur Stoßdämpfung und Abstützung statischer Lasten eines Bohrstranges, bestehend aus einer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bohrstranggliedern befestigbaren Kolben-Zylinder-Anordnung, in der ein axiale Relativbewegungen von Kolben- und Zylinderteil dämpfender elastischer Körper sowie eine axiale Durchgangsöffnung für die Bohrspülung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Körper aus einem in einer im Kolbenoder Zylinderteil (B bzw. A) angeordneten Kammer (C) befindlichen Gasvolumen besteht, das durch ein bewegliches Trennelement (F) gegen eine von Kolben- und Zylinderteil gemeinsam gebildete, mit Flüssigkeit gefüllte Druckübertragungskammer (E) abgedichtet ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Trennelement (F) in der Gas enthaltenden Kammer (C) aus einer biegsamen und undurchlässigen Blase und einem darin abgedichtet eingeformten Ventil (D) besteht, das zum Anschließen der Blase an eine äußere Gasdruckquelle durch die Gerätewandung nach außen geführt ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas enthaltende Kammer (C) aus einem Ringraum im Zylinderteil (A) besteht und über Drosselöffnungen (65, 255) mit der Flüssigkeit enthaltenden Druckübertragungskammer (E) verbunden ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine im Kolbenoder Zylinderteil vorgesehene, über eine öffnung (179) mit der Spülflüssigkeit in Verbindung stehende Flüssigkeitsvorratskammer (G) teilweise mit der gleichen wie in der Druckübertragungskammer (E) enthaltenen Flüssigkeit, vorzugsweise Schmierflüssigkeit, gefüllt und über ein zur Druckübertragungskammer (E) hin öffnendes Rückschlagventil (203, 311) mit dieser verbunden ist.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsvorratskammer (G) ein bewegliches Trennelement (F') enthält, das die verschiedenen Strömungsmittel an einer Vermischung hindert.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Trennelement (F') eine biegsame und undurchlässige Blase mit einem abgedichtet eingeformten öffnungs- und Befestigungsrohr (181) ist und mit der Spülflüssigkeit in Verbindung steht.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gerätewandung in die Druckübertragungskammer (E) führende, verschließbare Einfüllöffnungen (133, 140) aufweist.

909 503/Π52

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Druckübertragungskammer (E) und der das Gerät durchströmenden bzw. umgebenden Spülfiüssigkeit ein Rückschlagventil (289) angeordnet ist, das eine Strömung nur in Richtung der Druckübertragungskammer zuläßt.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entlastung der

Druckübertragungskammer (E) beim Anheben des Bohrstranges in demjenigen Bereich der Innenwandung des Zylinderteils (A) axial verlaufende mit der Flüssigkeitsvorratskammer (G) bzw. mit der Spülflüssigkeit in Verbindung stehende Überströmnuten (239) angeordnet sind, in dem der Kolbenteil (B) bei ausgefahrener Hubendlage mittels einer an ihm befestigten Dichtung (131) anliegt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen