DE1911704B2

DE1911704B2 - LIQUID POWERED IMPACT DRILLING TOOL

Info

Publication number: DE1911704B2
Application number: DE19691911704
Authority: DE
Inventors: Lawrence Bernard; Vincent Renic Price; Tulas OkIa. Wilder (V.StA.). E21b 21-00
Original assignee: Amoco Production Co., Tulsa, OkIa. (V.St.A.)
Priority date: 1968-06-21
Filing date: 1969-03-04
Publication date: 1972-07-20
Also published as: US3491838A; FR2011355A1; DE1911704A1; GB1246388A

Description

Ringsitzes (101) ist. Flüssigkeitssäule im Bohrloch ausgeübte Druck eineRing seat (101) is. Pressure exerted by a column of liquid in the borehole

Regelung des Ausflusses der FormationsflüssigkeitRegulation of the outflow of the formation fluid

. ίο ermöglicht. Die bisher bei Druckgas oder Druckluft. ίο enables. Previously with compressed gas or compressed air

verwendeten Motoren arbeiten aber nicht einwandfrei, wenn das verwendete Antriebsmittel eine FlüssigkeitThe motors used do not work properly if the drive means used is a liquid

Die Erfindung bezieht sich auf ein flüssigkeits- ist. In der erwähnten USA.-Patentschrift 3 327 790 betriebenes Schlagbohrwerkzeug, mit dem eine Folge sind Motoren beschrieben, die besonders für Bohrvon Schlagen auf einen in einem Bohrschacht befind- 15 arbeiten unter Verwendung von Flüssigkeit gut geliehen Tiefbohrer ausgeführt werden kann und das eignet sind.The invention relates to a liquid is. U.S. Patent 3,327,790, cited above operated percussion drill, with which a sequence are described motors, especially for Bohrvon Impact on a well-borrowed work using fluid in a well Deep drilling can be performed and that are suitable.

eine Ventilvorrichtung, ein Gehäuse und einen inner- Selbst wenn jedoch die zur Erdoberfläche zurück-a valve device, a housing and an inner

halb des Gehäuses gleitenden, mit einer Axialbohrung kehrende Bohrflüssigkeit Rüttelsiebe durchströmt undhalf of the housing sliding, with an axial bore sweeping drilling fluid flows through vibrating screens and

versehenen Hammer aufweist, der dicht in das Ge- durch Absetzgruben hindurchgeleitet wird, ist esequipped hammer, which is passed tightly into the ge through sedimentation pits, it is

häuse paßt und zwischen einer oberen Stellung und 20 unmöglich, einen Materialstrom zu erhalten, der durchhousing fits and between an upper position and 20 impossible to get a flow of material through

einer unteren Stellung bewegbar ist und einen die das Bohrgestänge hindurchgeleitet werden kann unda lower position is movable and one which the drill pipe can be passed through and

Bohrung umgebenden, nahe dem unteren Ende ge- der keine Schleif- oder Abriebstoffe enthält. BeiSurrounding the bore, near the lower end, which does not contain any abrasives or abrasives. at

legenen Sitz hat; das Schlagbohrwerkzeug besitzt flüssigkeitsbetätigten Bohrmotoren ist es aber sehrhas a lying seat; the hammer drill has liquid-operated drill motors but it is very

weiterhin einen mit einer Axialbohrung versehenen wichtig, daß die Ventilarbeit ohne übermäßig großenFurthermore one with an axial bore is important that the valve work without being unduly large

Amboß, der am oberen Ende seiner Bohrung einen as Abrieb und Verschleiß erfolgt und daß der Stoß, mitAnvil, which at the upper end of its bore has as abrasion and wear and that the impact, with

Ringsitz aufweist, der ferner innerhalb des Gehäuses dem die Ventile gegen den Ventilsitz gedruckt werden,Has ring seat, which is also within the housing where the valves are pressed against the valve seat,

gleitbar gelagert ist und dicht in das Gehäuse paßt nicht zu einem öfter erfolgenden Versagen der Ventileis slidably mounted and tightly fits within the housing does not result in frequent valve failures

sowie nahe dem ersten Ende des Hammers angeordnet führt.and located near the first end of the hammer.

ist; die Bewegung des Hammers zwischen der von dem Mit der Erfindung soll ein Versagen der in der Amboß weggelegenen oberen Stellung und der am 30 Ventilvorrichtung zusammenarbeitenden Bestandteil Amboß anliegenden unteren Stellung erfolgt durch vermieden und auch ein übermäßig großer Verschleiß die Ventilwirkung der Ventilvorrichtung, welche einen der Einzelteile der Ventilvorrichtung verringert werden. Flüssigkeitsstrom, der in der Axialbohrung fließt, Die Lösung dieses Problems besteht bei in einem steuert. flüssigkeitsbetriebenen Schlagbohrwerkzeug mit einem Ventilvorrichtungen dieser Art erfordern die Ver- 35 Gehäuse, einem mit einer Axialbohrung versehenen wendung von Bestandteilen aus Ventilsitzen und Hammer, der im Bereich seiner unteren Stirnfläche Ventilflächen, die zusammenwirken, um den absatz- einen Ventilsitz aufweist, mit einem gleichfalls mit weisen Durchfluß des Flüssigkeitsstromes zu ermög- einer Axialbohrung versehenen Amboß, der am liehen, der den Hammer anhebt, so daß der Hammer oberen Ende dieser Bohrung einen Ringsitz aufweist, dann gegen den Amboß nach unten getrieben werden 4° und im Gehäuse gleitbar gelagert ist, sowie mit einer kann, der seinerseits wieder dem Bohrer einen Schlag Ventilvorrichtung zur Steuerung des Hammers, welche erteilt. ein vom Gehäuse getragenes, innerhalb des Hammers Es ist bekannt, bei einem Schlagwerkzeug Ventil- angebrachtes Ventilführüngsrohr und einen Ventilvorrichtungen anzuordnen, die die Bohrer in Axial- kolben aufweist, erfindungsgemäß darin, daß der richtung in Auf- und Abbewegung setzen und gleich- 45 Ventilkolben sich auf dem oberen Ende eines Ventilzeitig dem Bohrer eine Drehung geben. Eine solche schaftes befindet, der nahe seinem unteren Ende eine Verwendung von Ventilvorrichtungen in Schlagbohr- nach außen ragende Schulter sowie oberhalb dieser werkzeugen ist in der USA.-Patentschrift 3 327 790 Schulter auf seinem unteren Ende einen dicht an- und in der deutschen Offenlegungsschnft 1 806 385.9 liegenden, gleitbar gelagerten Ventilkopfring besitzt, beschrieben. 50 dessen Ober- und Unterseite ein Ringventil milis; the movement of the hammer between that of the. With the invention, a failure of the in the Anvil away upper position and the cooperating component on the valve assembly Anvil abutting lower position is avoided and also an excessive wear the valve action of the valve device, which one of the individual parts of the valve device are reduced. Fluid flow flowing in the axial bore, the solution to this problem is in one controls. Liquid-operated percussion drilling tools with a valve device of this type require the 35 housing, one provided with an axial bore application of components from valve seats and hammer in the area of its lower face Valve surfaces that cooperate around the paragraph has a valve seat, with one likewise with indicate flow of the liquid stream to enable an axial bore provided anvil, the borrowed who lifts the hammer so that the hammer has an annular seat at the top of this hole, then driven down against the anvil 4 ° and is slidably mounted in the housing, as well as with a can, in turn, give the drill a blow valve device to control the hammer, which granted. a valve guide tube carried by the housing and inside the hammer. It is known to have a valve guide tube and a valve device attached to a percussion tool to arrange, which has the drill in axial piston, according to the invention in that the up and down movement and at the same time give the drill a turn on the upper end of a valve. Such a shaft is located near its lower end Use of valve devices in percussion drilling outwardly protruding shoulder and above this tools is in the USA.-Patent 3 327 790 shoulder on its lower end a tightly and in the German Offenlegungsschnft 1 806 385.9 has a slidably mounted valve head ring, described. 50 the top and bottom of which is a ring valve mil

Es sind bereits zahlreiche Schlagbohrmotoren zum Ringsitzen bilden.There are already numerous impact drill motors for ring seating form.

Bohren von Bohrlöchern vorgeschlagen worden. Es kann ein auf dem Amboß befindlicher, im Ab-Drilling of wells has been suggested. There can be a standing on the anvil, in the

Verwendet wurde Hochdruckgas, z. B. Druckluft oder stand unterhalb des unteren Ringsitzes gelegene!High pressure gas was used, e.g. B. Compressed air or was located below the lower ring seat!

Naturgas. Dabei ist der Motor am unteren Ende des Anschlag vorhanden sein, der einen kleineren DurchNatural gas. The motor is to be present at the lower end of the stop, which has a smaller diameter

Bohrgestänges angebracht und trägt einen Bohrer. 55 messer hat als der Ringsitz und eine zwischen derrDrill rod attached and carrying a drill bit. 55 knives than the ring seat and one between the

Der Gasstrom, der durch das Bohrgestänge, die Ringsitz und dem Anschlag befindliche axiale BohrungThe gas flow, the axial bore located through the drill pipe, the ring seat and the stop

Motoren und den Bohrer hindurch umläuft, drückt" deren Achse exzentrisch zur Achse des Ambosse:Motors and the drill revolves through, "presses their axis eccentrically to the axis of the anvil:

den Bohrer mit Schlägen gegen die Erdformation und liegt, wobei der Ringsitz konzentrisch zum hohlerthe drill with blows against the earth formation and lies with the ring seat concentric to the hollow

bewirkt auf· diese Weise einen Großteil der Bohr- Hauptabschnitt des Ambosses verläuft. >causes in this way a large part of the main drilling section of the anvil. >

wirkung. Der Bohrstrang wird ständig gedreht, um 60 Der Ringsitz des Hammers grenzt zweckmäßig aieffect. The drill string is continuously rotated by 60. The ring seat of the hammer is conveniently adjacent to ai

eine zusätzliche Bohrwirkung zu erzielen und Ab- eine oberhalb dieses Sitzes gelegene kurze innento achieve an additional drilling effect and Ab- a short inside located above this seat

weichungen in der Richtung des Bohrloches zu Bohrung an, deren Durchmesser etwas kleiner ist alsoftening in the direction of the borehole to bore whose diameter is slightly smaller al

mindern. Das Druckgas strömt aus dem Motor über der Durchmesser des Sitzes, wobei die innere Bohrun]reduce. The pressurized gas flows out of the motor across the diameter of the seat, with the inner bore

Schlitze aus und strömt in dem Zwischenraum ebenfalls exzentrisch in bezug auf die Bohrung deSlots from and flows in the gap also eccentrically with respect to the bore de

zwischen den Borlochwänden und dem Bohrstrang 65 Hammers verläuft.runs between the borehole walls and the drill string 65 hammer.

nach oben, wobei Bohrschlamm zur Erdoberfläche Die untere Fläche des Hammers kann Nuten entupwards, taking drilling mud to the surface of the earth. The lower surface of the hammer can be grooved

gefördert wird. · halten, die in nichtradialer Richtung von der Außenis promoted. · Keep moving in a non-radial direction from the outside

Die Verwendung von Druckgas hat sich bei vielen wand nach innen in einem Drehsinn verlaufen.The use of pressurized gas has turned inwards in a direction of rotation for many.

Zweckmäßig ist das Gehäuse mit dem Bohrstrang befindliche erste Bohrung vorhanden, die tangentiaThe housing with the drill string is expediently provided with a first bore, the tangentia

verbindbar, hat in seinem oberen Ende eine Bohrung zum oberen Ende des Bogens verläuft, der durch eintconnectable, has a bore in its upper end to the upper end of the arch which unites through

und weist einen oberen Abschnitt auf, dessen lichter lotrechte Ebene entsteht, die durch den Ventilsitzand has an upper portion, the clear perpendicular plane of which arises through the valve seat

Durchmesser kleiner ist als der lichte Durchmesser hindurchgelegt ist, wobei eine oberhalb des untererDiameter is smaller than the clear diameter is put through, with one above the lower

des unteren Abschnittes, wobei der hohle Amboß im 5 Abschnittes des Ringsitzes gelegene zweite Bohrungof the lower section, the hollow anvil located in the 5 section of the ring seat second bore

unteren Abschnitt des Gehäuses angeordnet ist; und und eine Hauptbohrung vorhanden sind, wobei dielocated lower portion of the housing; and and a main bore are present, the

das obere Ende des Ambosses eine gestufte zylindrische erste Bohrung und die Hauptbohrung je einen Mittel-the upper end of the anvil has a stepped cylindrical first bore and the main bore has a central

Ausnehmung mit einem ersten Sitz im ersten Ab- punkt auf der Mittelachese des Ambosses haben, dieHave a recess with a first seat in the first point on the central axis of the anvil, which

schnitt dieser gestuften Ausnehmung und mit einem zweite Bohrung exzentrisch zur ersten Bohrung ver-cut this stepped recess and with a second hole eccentric to the first hole

zweiten Sitz im zweiten Abschnitt dieser gestuften io läuft und die zweite Bohrung einen Durchmesseisecond seat in the second section of this stepped io runs and the second hole has a diameter

Ausnehmung aufweist, wobei der Amboß Kanäle hat, aufweist, der nicht größer als der kleinste Durch-Has recess, wherein the anvil has channels, which is not larger than the smallest diameter

die sich von seiner oberen Fläche zu seinem hohlen messer des Ringsitzes ist.which is from its upper surface to its hollow knife of the ring seat.

Innenraum erstrecken und der Hammer gestuft ist, Der Hauptvorteil der Erfindung liegt in der Ver-Extend interior space and the hammer is stepped, the main advantage of the invention lies in the

und einen oberen Ansatz hat, dessen Durchmesser Wendung von Ventilteilen, die keine starre Verbindungand has an upper approach, the diameter of which is twisting of valve parts that do not have a rigid connection

kleiner ist als der untere Abschnitt des Hammers und 15 mit dem Ventilschaft haben und leicht auswechselbaris smaller than the lower section of the hammer and has 15 with the valve stem and is easily replaceable

der in dem Gehäuse oberhalb dieses Ambosses an- sind.which are in the housing above this anvil.

geordnet ist, wobei die Außenseite des gestuften Ab- In den Zeichnungen zeigenis ordered, with the outside of the stepped from- In the drawings show

schnittes des Hammers mit dem Gehäuse eine Ring- F i g. 1A und 1B den unteren bzw. oberen Ab-cut of the hammer with the housing a ring F i g. 1A and 1B the lower and upper

kammer zwischen dem Hammer und dem Gehäuse schnitt des teilweise geschnittenen Werkzeuges, beichamber between the hammer and the housing cut the partially cut tool

bildet, die in Fließverbindung mit der Außenseite 20 welchem der ringartige Ventilkopf im ringartigenforms, which is in fluid communication with the outside 20 which the ring-like valve head in the ring-like

des Gehäuses steht, und wobei der Hammer über eine Ventilsitz des Ambosses liegt;of the housing, and wherein the hammer is over a valve seat of the anvil;

Deckenfläche seines unteren Abschnittes in Strömungs- F i g. 2 bis 6 zeigen verschiedene Stufen beim Ar-Ceiling area of its lower section in flow F i g. 2 to 6 show different stages in working

mittelverbindung mit der Kammer steht und eine beiten des Werkzeuges;medium connection with the chamber and a working of the tool;

obere Fläche seines oberen Abschnittes in Fließ- F i g. 7 zeigt einen Querschnitt des Amboßventilverbindung mit dem Fließdurchlaß des Gehäuses und 25 sitzes und der zugehörenden Ausbohrungen;
einer unteren Fläche steht. F i g. 8 zeigt in Kreisen die exzentrische Lage desupper surface of its upper portion in flow FIG. Figure 7 shows a cross-section of the anvil valve connection with the flow passage of the housing and seat and associated bores;
a lower surface. F i g. 8 shows the eccentric position of the in circles

In der Wand des Ventilführungsrohres können Amboßventilsitzes und die Lage einer im AmboßIn the wall of the valve guide tube can anvil valve seat and the position of one in the anvil

unmittelbar oberhalb der Schulter Schlitze vorhanden unmittelbar unterhalb des Sitzes vorhandenen Boh-immediately above the shoulder there are slots immediately below the seat

sein, wobei zwischen dem Ventilführungsrohr und dem rung;be, between the valve guide tube and the tion;

Hammer ein Ringraum gebildet ist und Schlitze als 30 F i g. 9 zeigt einen Teilschnitt des AmboßventilsHammer an annulus is formed and slots as 30 F i g. Figure 9 shows a partial section of the anvil valve

Verbindung zwischen dem Durchlaß und dem Ring- und des Amboßventilsitzes;Communication between the passage and the ring and anvil valve seats;

raum zwischen dem Ventilführungsrohr und dem F i g. 10 zeigt einen der F i g. 9 entsprechendenspace between the valve guide tube and the F i g. 10 shows one of the FIGS. 9 corresponding

Hammer bestehen; der Ventilkolben einen Längs- Teilschnitt mit einem Verschleißmuster;Hammer consist; the valve piston has a longitudinal partial section with a wear pattern;

durchlaß und einen oberen verbreiterten Ventilkopf F i g. 11 zeigt einen Teilschnitt des Hammers undpassage and an upper widened valve head F i g. 11 shows a partial section of the hammer and

hat, der oberhalb der ringförmigen Innenschulter 35 des Hammersitzes;has, which is above the annular inner shoulder 35 of the hammer seat;

und innerhalb des Ventilführungsrohres dicht passend F i g. 12 zeigt einen der F i g. 11 ähnlichen Teilangeordnet ist, und der Ventilkopfring auf dem schnitt mit einem Verschleißmuster;
Ventilschaft oberhalb der Schulter gleitbar angeordnet F i g. 13 zeigt einen Teilschnitt des ringförmigen ist. Ventilkopfes, des Ventilschaftes und des Amboß-and fits tightly inside the valve guide tube F i g. 12 shows one of the FIGS. 11 similar part is arranged, and the valve head ring on the cut with a wear pattern;
Valve stem slidably disposed above the shoulder F i g. 13 shows a partial section of the annular. Valve head, valve stem and anvil

Es kann eine Hülse innerhalb des unteren Endes 40 Ventilsitzes, undThere may be a sleeve within the lower end 40 of the valve seat, and

des Hammers vorhanden sein und ein Ringsitz auf F i g. 14 zeigt eine Ansicht der in der Bodenflächeof the hammer and a ring seat on F i g. 14 shows a view of the in the floor area

der unteren Innenseite der Hülse, ferner eine in dem des Hammers vorhandenen Nuten,the lower inside of the sleeve, furthermore a groove in that of the hammer,

oberen Ende des Ventilführungsrohres gelegene Drossel Ein bekannter Schlagbohrmotor enthält für ge-throttle located at the upper end of the valve guide tube A known hammer drill motor contains

und eine von dem Ventilführungsrohr getragene wohnlich zwei sich bewegende Grundteile, nämlichand a homely supported by the valve guide tube, namely, two moving bases

Anschlagvorrichtung. 45 einen kolbenartigen Hammer und ein Ventil oderStop device. 45 a piston-like hammer and valve or

Der Ventilsitz kann im Axialschnitt einen Kreis- mehrere Ventile, die die strömende Flüssigkeit inThe valve seat can in axial section a circle several valves that the flowing liquid in

bogen bilden, dessen oberes Ende tangential zu einer Kanäle leiten, so daß sich der Hammer auf und abform arc, the upper end of which lead tangentially to a channel, so that the hammer up and down

ersten Bohrung und dessen unteres Ende tangential bewegt. Die Erfindung betrifft zwar im wesentlichenfirst hole and its lower end moved tangentially. The invention relates essentially to

zu einer zweiten Bohrung verläuft, wobei eine Haupt- die verbesserte Ventilvorrichtung und deren Aufbau,runs to a second bore, with a main the improved valve device and its structure,

bohrung vorgesehen ist, deren Mittelpunkt, wie der so doch werden Verbesserungen für beide Hauptteilebore is provided, the center of which, like the one, will be improvements for both main parts

Mittelpunkt der ersten Bohrung, auf der Mittelachse vorgeschlagen, da diese beiden Teile zusammen-Center of the first hole, suggested on the central axis, since these two parts together

des Ambosses liegt und deren zweite Bohrung ex- arbeiten, um die gewünschte Ventilarbeit zu erzeugen,of the anvil and ex- work its second bore to produce the desired valve work,

zentrisch zur ersten Bohrung angeordnet ist, und daß Eine kurze Erläuterung des gesamten Motors undis arranged centrally to the first hole, and that a brief explanation of the entire engine and

die zweite Bohrung einen Durchmesser hat, der nicht insbesondere der Zusammenarbeit der Ventilvor-the second bore has a diameter that does not particularly allow the cooperation of the valve

größer ist als der kleinste Durchmesser des Ringsitzes. 55 richtung mit anderen Bauteilen wird daher das Ver-is larger than the smallest diameter of the ring seat. 55 direction with other components is therefore the

Eine innere Ringschulter kann innerhalb des oberen ständnis der Arbeitsweise erleichtern. Zusätzlich zumAn inner ring shoulder can facilitate the working method within the upper range. In addition to

Endes der Bohrung des Ambosses und unterhalb des kolbenartigen Hammer und zur VentilvorrichtungEnd of the bore of the anvil and below the piston-like hammer and to the valve device

Ventilkopfringes liegen. hat der Motor ein Gehäuse, das die Betriebs- oderValve head ring. the motor has a housing that supports the operating or

Die Berührungsfläche zwischen dem Ventilkopfring Arbeitsflüssigkeit aufnimmt, und einen Amboß, derThe interface between the valve head ring receives working fluid, and an anvil, which

und dem Amboßsitz schließen im allgemeinen einen 60 unterhalb des Hammers im Gehäuse gleitet, jedochand the anvil seat generally include a 60 slide below the hammer in the housing, however

Winkel von etwa 10° mit der Mittellinie des Ambosses nur eine begrenzte Axialbewegung ausführen kann,An angle of about 10 ° with the center line of the anvil can only perform a limited axial movement,

ein. Das Gehäuse überträgt den Abwärtsdruck von dema. The housing transmits the downward pressure from the

Zweckmäßig ist eine Hilfsbohrung kurzer Länge Bohrgestänge über den Amboß auf den Bohrer,It is advisable to use an auxiliary drilling of short length drill rods over the anvil onto the drill,

vorhanden, die sich unmittelbar oberhalb und nahe Der Amboß ist so angeordnet, daß seine oberepresent, which is immediately above and near the anvil is arranged so that its upper

dem Hammerringsitz befindet und die exzentrisch in 65 Fläche von einer unteren Fläche des Hammers beithe hammer ring seat and the eccentric in 65 surface from a lower surface of the hammer

bezug auf die Hauptbohrung des Hammers angeordnet dessen Aufundabbewegung Stöße aufnimmt. Dasarranged with respect to the main bore of the hammer whose up and down movement absorbs shocks. That

ist. untere Ende des Ambosses ist mit dem Bohrer ver-is. the lower end of the anvil is connected to the drill

Vorzugsweise ist eine im oberen Ende des Ambosses bunden. Der Amboß hat Nuten und Vorsprünge,Preferably one is tied in the top of the anvil. The anvil has grooves and protrusions

(ο(ο

die mit ähnlichen Nuten und Vorsprüngen, die sich bewegung zwischen dem Hammer und dem Gehäuse,those with similar grooves and projections that move between the hammer and the housing,

im unteren innenseitigen Teil des Gehäuses befinden, den Dichtungen, den Ventilen und den Ventilsitzen,are located in the lower inside part of the housing, the seals, the valves and the valve seats,

zusammenarbeiten, so daß das auf das Gehäuse von wodurch die Verwendungsdauer dieser Teile wesentlichwork together so that the on the housing by thereby reducing the useful life of these parts significantly

dem Bohrstrang zur Einwirkung gebrachte Dreh- erhöht wird, da jede kanalartige Erosion ausgeschaltetthe drill string brought to action is increased, since any channel-like erosion is eliminated

moment den Bohrer dreht, während die Schlagarbeit 5 wird,moment the drill rotates while the impact work becomes 5,

ununterbrochen vor sich geht. Im unteren Teil des Gehäuses 10 führt der Amboß 28goes on continuously. The anvil 28 leads in the lower part of the housing 10

Der Antriebsmotor ist am untersten Abschnitt eines eine begrenzte Axialbewegung aus. Am unteren Ende aus Rohren bestehenden Bohrstranges befestigt, der trägt der Amboß 28 eine Einrichtung, mit der das von der Erdoberfläche ausgeht und durch den hin- Drehmoment von dem Gehäuse 10 auf einen Bohrdurch eine Hochdruckflüssigkeit nach unten geleitet io meißel (nicht dargestellt) übertragen wird, der am wird. Die Flüssigkeit betätigt beim Durchfließen des unteren Ende des Ambosses 28 in herkömmlicher Motors diesen Motor und fließt aus einem in dem Weise, z. B. mittels Gewinde 30 befestigt ist. Es Bohrer befindlichen Schlitz ab. Die Bohrflüssigkeit können verschiedene Änderungen in der Dreherleidet bei ihrem Durchfluß durch das Bohrwerkzeug momentsübertragung vorgenommen werden. In F ig. IA und den Bohrer einen beträchtlichen Druckabfall. 15 ist eine Ausführung dargestellt, in der der untere Der Druck der Flüssigkeit in den zwischen dem Werk- Teil des Gehäuses mehrere lotrechte Rippen 32 aufzeug und dem Bohrloch vorhandenen Ringraum ist weist und zwischen je zwei Rippen Nuten oder Keilfür gewöhnlich 7 bis 42 kg/cm² kleiner als der Druck nuten vorhanden sind. Diese Rippen 32 greifen in der Flüssigkeit im Bohrstrang. Dieser Druckunter- entsprechende Keilnuten ein, die im Außenumfang schied wird zum Aufundabbewegen des Hammers 20 des unteren Abschnittes vom Amboß 28 eingefräst verwendet. sind. Der untere Abschnitt 28/4 von Amboß 28 istThe drive motor has limited axial movement at its lowest section. Attached to the lower end of tubular drill string which carries anvil 28 means means for transmitting the outward torque from housing 10 to a drill bit (not shown) down through high pressure fluid who will be on. The liquid, as it flows through the lower end of the anvil 28 in a conventional motor, actuates this motor and flows out of a manner, e.g. B. is attached by means of thread 30. There drill located slot. The drilling fluid can make various changes in the torque transmission of the lathe as it flows through the drilling tool. In Fig. IA and the drill a significant pressure drop. Figure 15 shows an embodiment in which the lower pressure of the fluid in the annulus between the working part of the housing and the borehole is grooves or wedges usually 7 to 42 kg / cm ² smaller than the pressure grooves are available. These ribs 32 grip the fluid in the drill string. This pressure under- corresponding keyways, which differed in the outer circumference, is used to move the hammer 20 of the lower portion of the anvil 28 up and down. are. The lower portion 28/4 of anvil 28 is

Die in der Mitte gelegene Ventilvorrichtung schwingt auf ungefähr den gleichen Durchmesser verbreitet,The valve device located in the middle swings to approximately the same diameter widely,

zwischen einer oberen Stellung und einer unteren wie der Durchmesser des Gehäuses 10 beträgt. Diebetween an upper position and a lower position as the diameter of the housing 10 is. the

Stellung, wodurch hydraulischer Druck abwechselnd obere Fläche 102 des Amboßabschnittes 28/4 nimmtPosition whereby hydraulic pressure alternately takes upper surface 102 of anvil portion 28/4

auf die obere Seite und die untere Seite des gleitbaren 25 das untere Ende von Gehäuse 10 auf, so daß einon the upper side and the lower side of the slidable 25 the lower end of the housing 10 , so that a

Hammers zur Einwirkung gebracht wird, so daß sich Teil des Bohrstranggewichtes auf den BohrmeißelHammer is brought into action so that part of the drill string weight on the drill bit

der Hammer in Axialrichtung, d. h. lotrecht, bewegt. übertragen wird und auf diese Weise die Bohrleistungthe hammer in the axial direction, d. H. perpendicular, moved. is transmitted and in this way the drilling power

Nach jedem Aufwärtshub wird der Hammer nach verbessert. Die Keilnuten 28 im Amboß 28 und imAfter every upstroke, the hammer is improved. The keyways 28 in the anvil 28 and in the

unten bewegt, um einen Schlag auf den Amboß Gehäuse 10 sind langer als die zugehörenden Rippen,moved down to a blow on the anvil casing 10 are longer than the associated ribs,

auszuführen, so daß der Amboß seinerseits eine Reihe 30 so daß bis zur Berührung des Bohrmeißels mit demperform, so that the anvil in turn a row 30 so that up to the contact of the drill bit with the

von Schlagen auf den in Berührung mit der Erd- Boden ein lotrechter Abstand vorhanden ist und derfrom hitting on the contact with the ground a perpendicular distance is present and the

formation stehenden Bohrer ausführt. Die neue Amboß28 sich zwischen der in F ig. IA dargestelltenformation standing drill. The new anvil28 is located between the one shown in Fig. IA shown

Vorrichtung verringert insbesondere den Verschleiß Stellung und einer unteren Stellung bewegen kann,Device in particular reduces the wear position and can move to a lower position,

der einzelnen Bauteile bei dieser Bewegung. in der zueinander gehörende Nuten und Rippen inof the individual components during this movement. in the associated grooves and ribs in

Die F i g. 1A und 1B zeigen ein rohrförmiges 35 Endflächenberührung stehen. Herkömmliche EinGehäuse 10, das durch ein Zwischenstück 50 am richtungen (nicht dargestellt) begrenzen diese lotrechte unteren Ende eines herkömmlichen Bohrstranges Abwärtsbewegung, deren Länge etwa 2,5 bis 7,5 cm (nicht dargestellt) befestigt ist. Das Gehäuse 10 hat beträgt. Wenn Flüssigkeit durch das Werkzeug hineinen oberen Abschnitt 12, dessen lichter Durch- durch in Umlauf gesetzt wird und der Amboß voll messer kleiner ist als der lichte Durchmesser des 40 vorgeschoben worden ist, ist der Hammer außer unteren Abschnittes 14. Unterhalb, aber nahe der Betrieb.The F i g. 1A and 1B show a tubular 35 end face contact stand. Conventional single housing 10, by means of an intermediate piece 50 on the directions (not shown) limit this perpendicular Downward movement of the lower end of a conventional drill string, the length of which is approximately 2.5 to 7.5 cm (not shown) is attached. The housing 10 has amounts. If liquids enter through the tool upper section 12, the clear passage of which is circulated and the anvil full knife is smaller than the clear diameter of the 40 has been advanced, the hammer is except lower section 14. Below, but near the farm.

Verbindungsstelle zwischen dem oberen Abschnitt 12 Der Amboß 28 hat eine Mittelbohrung 34. DieJunction between the upper section 12 The anvil 28 has a central bore 34. The

und dem unteren Abschnitt 14 sind in der Gehäuse- Deckenfläche 36 des Ambosses 28 legt sich an dieand the lower section 14 are in the housing ceiling surface 36 of the anvil 28 lies against the

wand radiale Schlitze 18 vorhanden. Bodenfläche des Hammers 20. In der Deckenfläche 36wall radial slots 18 available. The bottom surface of the hammer 20. In the ceiling surface 36

Ein hohler, gestufter, zylindrischer Hammer 20 45 befinden sich mehrere Nuten 40, Der Amboß 28 kann sich in seiner Längsrichtung im Gehäuse 10 hat außerdem mehrere Kanäle 42, die von der Fläche bewegen. Der obere Außendurchmesser des Hammers 36 zur Bohrung 34 verlaufen. Die Nuten 40 stehen 20 paßt dicht in den oberen Gehäuseabschnitt 12, mit den Kanälen 42 in Strömungsverbindung. Diese und der untere Außendurchmesser des Hammers 20 verschiedenen Nuten und Kanäle, und zwar einzeln paßt dicht in den unteren Gehäuseabschnitt 14. Dich- 50 oder gemeinsam, ermöglichen ein schnelles Abfließen tungen 22 und 24 sind zwischen Hammer und Ge- der zwischen dem Hammer und dem Amboß vorhäuse im oberen bzw. im unteren Gehäuseabschnitt handenen Flüssigkeit, so daß keine Stoßdämpfung vorhanden. Das Werkzeug enthält in seinem oberen zwischen Hammer und Amboß erfolgt.
Ende eine Bohrung 26, die in unmittelbarer und freier Von dem mit Gewinde am Zwischenstück 50 beVerbindung mit dem Bohrstrang steht. Das Werkzeug 55 festigten Gehäuse 10 wird ein Ventilführungsrohr 46 ist so ausgeführt, daß im wesentlichen keine Sickerung getragen, dessen oberes Ende ein Kugelgelenk 48 der Flüssigkeit aus der Bohrung 26 in den Schlitz 18 trägt, das in Kugelgelenksockeln 47 gelagert ist, die erfolgt. in eine Ausnehmung 51 des Zwischenstückes 50 ein-A hollow, stepped, cylindrical hammer 20, 45 has a plurality of grooves 40. The anvil 28 can extend longitudinally in the housing 10 and also has a plurality of channels 42 which move from the surface. The upper outer diameter of the hammer 36 extends to the bore 34. The grooves 40 are 20 fits tightly in the upper housing portion 12, with the channels 42 in flow communication. This and the lower outer diameter of the hammer 20 different grooves and channels, one for one, and fits tightly into the lower housing portion 14 dense 50 or together, allow rapid drainage obligations 22 and 24 are between the hammer and overall between the hammer and the Anvil pre-housing in the upper or in the lower housing section liquid present, so that no shock absorption is present. The tool contains in its upper part between the hammer and anvil.
The end of a bore 26 which is in direct and free connection with the drill string with the thread on the intermediate piece 50. The tool 55 fixed housing 10 , a valve guide tube 46 is designed so that essentially no seepage is borne, the upper end of which carries a ball joint 48 of the liquid from the bore 26 into the slot 18, which is mounted in ball joint sockets 47, which takes place. into a recess 51 of the intermediate piece 50

Die untere Fläche 38 des Hammers 20 (F i g. 14) gesetzt sind. Ein Abstandsstück 49 und eine Feder 51 hat mehrere Nuten 39, die Flüssigkeit von der Außen- 60 halten das Kugelgelenk und den Sockel in ihrer kante der Fläche 38 zur Mitte des Werkzeuges leiten, Stellung im Gehäuse 10. Nahe dem unteren Ende des sobald der Hammer sich zur Ausführung eines Schlages Ventilführungsrohres 46 sind innerhalb des Hammers dem Amboß 28 nähert. Die Nuten 39 stehen in einem 20 gelegene stegartige Führungen 53 vorhanden, die Winkel zu Radiallinien, die von der Mittelachse des das Ventilführungsrohr 46 genau in der Bohrung des Hammers ausgehen, so daß die aus den Nuten aus- 65 Hammers 20 einmitten, jedoch einen leichten Durchströmende Flüssigkeit dem Hammer eine Dreh- fluß der Flüssigkeit durch den zwischen dem Ventilbewegung erteilt. Die Bewegung des um seine Achse führungsrohr 46 und der Innenwand des Hammers 20 sich drehenden Hammers erzeugt eine Relativ- vorhandenen Ringraum ermöglichen.The lower surface 38 of the hammer 20 (Fig. 14) are set. A spacer 49 and a spring 51 has several grooves 39 which direct the fluid from the outer 60 holding the ball joint and the socket in its edge of the surface 38 towards the center of the tool, position in the housing 10. Near the lower end of the once the hammer valve guide tube 46 are approaching the anvil 28 within the hammer to execute a blow. The grooves 39 are present in a web-like guides 53 located 20 , the angles to radial lines which start from the central axis of the valve guide tube 46 exactly in the bore of the hammer, so that the hammer 20 that comes out of the grooves is centered, but a slight one Fluid flowing through the hammer is given a rotary flow of fluid through the movement of the valve between the two. The movement of the guide tube 46 and the inner wall of the hammer 20 rotating about its axis creates a relatively existing annular space.

9 109 10

Mittels des Zwischenstückes 50 erfolgt der An- Ringraum zwischen dem Ventilführungsrohr 46 und Schluß des Gehäuses 10 an den Bohrstrang. Das zum dem Hammer 20 ist, mit einer später noch beschrie-Regeln der Bewegung der Ventilvorrichtung ver- benen Ausnahme, die dann vorhanden ist, wenn die wendete Ventilführungsrohr 46 ist ein dünnwandiges Schlitze 62 in Verbindung mit dem Innenraum 45 Rohr gleichförmigen Durchmessers, das im Gehäuse 10 5 stehen. Mit anderen Worten: Die neue Anordnung konzentrisch angeordnet ist. Das obere Ende des erzeugt einen reduzierten Druck, der nach unten gegen Ventilführungsrohres 46 steht in unmittelbarer Strö- die waagerechte Komponente Av ρ des Ventilkolbens56 mungsverbindung mit dem Kanal 26 durch mehrere wirkt. Die Drossel 66 muß in einem so großen AbSchlitze 52, die so breit sind, daß ein sehr geringer stand oberhalb des Kolbens 56 stehen, daß keine Druckabfall zwischen dem im Kanal 26 vorhandenen io merkbare Düsenstrahlwirkung auf den Ventilkolben 56 Flüssigkeitsdruck und dem im Ringraum 55 be- ausgeübt wird.By means of the intermediate piece 50, the annular space between the valve guide tube 46 and the end of the housing 10 is connected to the drill string. This is for the hammer 20, with an exception, which will be described later on the movement of the valve device, which is then present when the turned valve guide tube 46 is a thin-walled slot 62 in connection with the interior 45 tube of uniform diameter, which is in the Housing 10 5 stand. In other words: the new arrangement is arranged concentrically. The upper end of the generates a reduced pressure which is in direct flow downward against the valve guide tube 46- the horizontal component Av ρ of the valve piston 56 acts as a connection with the channel 26 through several. The throttle 66 must be in such a large AbSlitze 52, which are so wide that a very small stand above the piston 56, that no pressure drop between the io noticeable jet effect in the channel 26 on the valve piston 56 and the fluid pressure in the annular space 55 - is exercised.

stehenden Flüssigkeitsdruck vorhanden ist, der von Die Aufwärtsbewegung der Ventilvorrichtung 54, dem Ringraum zwischen der Außenseite des Ventil- 56, 58 wird durch einen stoßdämpferartigen Anschlag führungsrohres 46 und der Innenwand des Hammers20 unterbrochen. Das obere Ende des Ventilkolbens 56 gebildet wird. 15 hat eine Ausnehmung 56 C. Der Innenraum des Ventil-Arn unteren Ende des Ventilführungsrohres 46 be- führungsrohres 46 oberhalb des Kolbens 56 hat eine findet sich eine Hauptventilvorrichtung mit einem nach unten weisende ringförmige Ausnehmung 37. die Ventilschaft 54, einem Ventilkolben 56 und einem eine solche Größe hat, daß sie das obere Ende des lockeren oder losen Ventil kopf ring 58, der eine obere Ventilkopfes 56 aufnimmt. Das Einschließen von Ventilfläche 58 A und eine untere Ventilfläche 58 B hat. 20 Flüssigkeit in die Ausnehmung 37, das erfolgt, Der Ventilkolben 56 liegt dicht innerhalb des unteren wenn das obere Ende des Ventilkopfes 56 die untere Endes von Ventilführungsrohr 46. Der Ventilkopf- Fläche 46A des Ventilführungsrohres 46 erreicht, und ring 58 paßt gleitend auf das untere Ende des Ventil- das geregelte Aussickern der Flüssigkeit durch den schaftes 54 und wird am Abfallen vom Schaft 54 durch zwischen der Fläche 46 A und den Kolben 56 voreine Schulter 59 gehalten, die ein verbreiterter 25 handenen Ringraum hindurch erzielt eine sehr kräftige Abschnitt des unteren Endes von Ventilschaft 54 ist. Stoßdämpferwirkung, die die Aufwärtsbewegung der Beim Zusammensetzen des Ventils wird der Ventil- Ventilvorrichtung unterbricht.The upward movement of the valve device 54, the annular space between the outside of the valve 56, 58 is interrupted by a shock absorber-like stop guide tube 46 and the inner wall of the hammer 20. The upper end of the valve piston 56 is formed. 15 has a recess 56 C. The interior of the valve arn lower end of the valve guide tube 46 has a guide tube 46 above the piston 56 has a main valve device with a downwardly pointing annular recess 37. the valve stem 54, a valve piston 56 and a is of such a size that it has the upper end of the loose or loose valve head ring 58, which an upper valve head 56 receives. The inclusion of valve area 58 A and a lower valve area 58 B has. 20 fluid into recess 37, which occurs. The valve piston 56 lies tightly inward of the lower when the upper end of the valve head 56 reaches the lower end of the valve guide tube 46. The valve head surface 46A of the valve guide tube 46 and ring 58 slides onto the lower one End of the valve - the controlled seepage of the liquid through the shaft 54 and is kept from falling off the shaft 54 by a shoulder 59 between the surface 46 A and the piston 56, which achieves a widened annular space through a very strong section of the lower end of valve stem 54 is. Shock absorber effect, which interrupts the upward movement of the valve-valve device when assembling the valve.

kopf ring 58 über das obere Ende des Ventilschaftes 54 Sowohl die obere Fläche 5SA sowie die untere nach unten gezogen, worauf das Aufsetzen des Fläche 58 B des Ventilkopf ringes 58 arbeiten als Ventil. Hammerventils 88 und des Endringes 60 erfolgt. Der 30 Der Sitz für die untere Seite des Ventil kopf ringes 58 Ventilkolben 56 wird dann am oberen Ende des ist eine zylindrische Ausnehmung 76, die in Wirklich-Ventilschaftes 46 befestigt, beispielsweise mittels Silber- keit eine Verengung der Amboßbohrung 34 ist und lot. Die Schmelztemperatur des Silberlotes und die die sich im oberen Ende des Ambosses 28 befindet. Die Warmbehandlungstemperatur des Kolbens werden so nach oben weisende Fläche 78/1 des Ventilsitzes 78 gewählt, daß das Befestigen und Härten des Kolbens 35 ist so geformt, daß sie der unteren Fläche 58/1 des in einer einzigen Arbeitsstufe ausgeführt werden Ventilkopf ringes 58 entspricht. Eine zweite Fläche 785 kann. liegt in der Anlaßstufe am unteren Sitz 59 B der Der Ventilkopfring 58 hat ein unteres Innenprofil, Schulter 59 des Ventilschaftes 54 an, um die Abwärtsdas dem Außenabschnitt 59,4 der verbreiterten Schul- bewegung des Ventilschaftes 74 zu unterbrechen. Zur ter 59 des Ventilschaftes 54 entspricht. Beim üblichen 40 Schaffung einwandfreier Differentialfiächen ist der Arbeiten wird der Ventilkopfring 58 in seiner Stellung größte Durchmesser oder Sitzdurchmesser des Ventildurch den Differentialdruck gehalten, der am Ventil- kopfringes 58 größer als der Durchmesser des Kolkopfring vorhanden ist, wie dies später noch näher bens 56. Der Sitz 78 kann unmittelbar in die Ausbeschrieben wird. Die Vorteile dieser Ausführung nehmung 76 ohne Verwendung einer Stoßdämpfgegenüber einer Ausführung, bei der der Ventilkopf- 45 einrichtung eingesetzt werden, da der Ventilkopfring fest am Ventilschaft sitzt, werden ebenfalls später ring 58 hydraulisch in seiner Stellung gehalten wird, beschrieben. Die besondere Profilierung des Ventilkopfringes und Der Ventilschaft 54 gleitet dicht im Endring 60 des der Sitze wird nachstehend im einzelnen in Verbindung Ventilführungsrohres 46. Unmittelbar oberhalb des mit den F i g. 2 bis 12 beschrieben.
Endringes 60 sind in der Wand des Ventilführungs- so Der Ventilkopfring 58 unterbricht bei seinem Anrohres46 mehrere Schlitze 62 vorhanden. Der Ventil- legen an den Amboßsitz 78/4 einen Flüssigkeitsstrom schaft54 ist so lang, daß bei der in Fig. IA dar- aus dem Ringraum55 und dem anschließenden gestellten Stellung der sich bewegenden Teile des Ringraum 87 zur Bohrung 34 des Ambosses 28. Der Werkzeuges eine Kammer 64 innerhalb des Ventil- Ringraum 55 ist der Raum zwischen der Außenwand führungsrohres 46 und unterhalb des Ventilkolbens 56 55 des Ventilführungsrohres 46 und der Innenwand des vorhanden ist. Befindet sich der Ventilkolben 56 ober- Hammers 20. Die Betriebsflüssigkeit fließt frei aus halb der Schlitze 62, dann herrscht in der Kammer 64 dem Bohrrohr nach unten über die Schlitze 52 in den im wesentlichen der gleiche Druck wie der Druck P₃ Ringraum 55. head ring 58 over the upper end of the valve stem 54 Both the upper surface 5SA and the lower one pulled down, whereupon the placement of the surface 58 B of the valve head ring 58 work as a valve. Hammer valve 88 and the end ring 60 takes place. The 30 The seat for the lower side of the valve head ring 58 valve piston 56 is then at the upper end of the is a cylindrical recess 76 which is fixed in the valve stem 46, for example by means of silver, a narrowing of the anvil bore 34 and plumb. The melting temperature of the silver solder and that in the upper end of the anvil 28. The heat treatment temperature of the piston are selected so upward facing surface 78/1 of the valve seat 78 that the fastening and hardening of the piston 35 is shaped so that it corresponds to the lower surface 58/1 of the valve head ring 58 to be carried out in a single work step. A second surface 785 can. is in the stage of starting to the lower seat 59 B of the valve head ring 58 has, around the Abwärtsdas the outer portion of the widened 59.4 school movement to interrupt the valve stem 54 on the valve stem 74 a lower internal profile shoulder 59th To ter 59 of the valve stem 54 corresponds. The usual 40 creation of perfect differential surfaces is the work, the valve head ring 58 is held in its position of largest diameter or seat diameter of the valve by the differential pressure, which is present on the valve head ring 58 greater than the diameter of the piston head ring, as will be discussed later in more detail 56 Seat 78 can be described directly in the description. The advantages of this embodiment, taking 76 without the use of a shock absorber, compared to an embodiment in which the valve head device is used, since the valve head ring is firmly seated on the valve stem, ring 58 is also hydraulically held in position later. The special profiling of the valve head ring and the valve stem 54 slides tightly in the end ring 60 of the seats is described in detail below in connection with the valve guide tube 46. 2 to 12.
The end ring 60 is in the wall of the valve guide. The valve head ring 58 interrupts several slots 62 when it is attached. The valve position on the anvil seat 78/4 is so long that the moving parts of the annular chamber 87 relative to the bore 34 of the anvil 28 of the tool in the position shown in FIG a chamber 64 within the valve annulus 55 is the space between the outer wall guide tube 46 and below the valve piston 56 55 of the valve guide tube 46 and the inner wall of the is present. If the valve piston 56 is above hammer 20, the operating fluid flows freely out of half of the slots 62, then there is essentially the same pressure as the pressure P _{3 of the} annular space 55 in the chamber 64 of the drill pipe down through the slots 52.

im Ringraum 55 zwischen Ventilführungsrohr 46 und Der Ventilkopfring 58 besitzt eine sorgfältig beim Hammer 20. Dieser Druck wirkt gegen eine 60 arbeitete obere Fläche SSA, die mit einer Hammer-Fläche A vp, die die horizontale Komponente der ventilhülse in folgender Weise arbeitet. Nahe dem Fläche der unteren Seite des Ventilkolbens 56 ist, der Bodenende des gestuften Hammers 20 ist die Bohrung mit der Kammer 64 in Verbindung steht. Innerhalb des Hammers verengt, und eine ringförmige Hammerdes Ventilführungsrohres 46 befindet sich oberhalb ventilhülse 88 ist eingesetzt, die eine Hammerventildes Ventilkolbens 56 eine Drossel 66, die so arbeitet, 65 tasche bildet. Ein Ringsitz 90 in der Hülse 88 arbeitet daß der Druck Pi innerhalb des Innenraumes 45 von mit der oberen Fläche 58/4 des Ventükopfringes 58 Ventilführungsrohr 46 zwischen Kolben 56 und Drossel zusammen. Die Bohrung 91 der Hülse 88 liegt exzen-66 stets wesentlich kleiner als der Druck P₃ in dem trisch zur Bohrung des Hammers 20.in the annular space 55 between valve guide tube 46 and the valve head ring 58 has a carefully applied hammer 20. This pressure acts against a 60 worked upper surface SSA, which works with a hammer surface A vp, which the horizontal component of the valve sleeve works in the following way. Near the surface of the lower side of the valve piston 56, the bottom end of the stepped hammer 20 is the bore with the chamber 64 in communication. Constricted within the hammer, and an annular hammer of the valve guide tube 46 is inserted above the valve sleeve 88, which pocket a hammer valve of the valve piston 56 forms a throttle 66 which works 65. An annular seat 90 in the sleeve 88 works so that the pressure Pi within the interior 45 of the valve guide tube 46 between the piston 56 and the throttle with the upper surface 58/4 of the valve head ring 58 together. The bore 91 of the sleeve 88 is always substantially smaller than the pressure P ₃ in the eccentric position in relation to the bore of the hammer 20.

U 12U 12

Ein Hilfsventil wird von einem Ringventil 82 ge- sich auf den Sitz 86 aufsetzt, der sich auf der Außenbildet, das auf der Innenseite des Hammers 20 ober- seite des Ventilführungsrohres 46 befindet, ist
halb der Hülse 88 vorhanden ist. Das Ventil 82 istAn auxiliary valve is placed on the seat 86 by a ring valve 82 which is formed on the outside, which is on the inside of the hammer 20 above the valve guide tube 46
half of the sleeve 88 is present. The valve 82 is

vorzugsweise mit einer Hartstoffauflage belegt. Der P₃(AvH — Avs) + P₁(AvP — Avs), O)
untere, etwas keilförmige Abschnitt 86 eines End- 5preferably covered with a hard material layer. The P ₃ (AvH - Avs) + P ₁ (AvP - Avs), O)
lower, somewhat wedge-shaped section 86 of an end 5

ringes 60 von Ventilführungsrohr 46 besteht Vorzugs- und die Aufwärtskraft ist
weise aus Hartmetall, z. B. einem aufgespritztenring 60 of valve guide tube 46 is preferential and the upward force is
wise made of hard metal, e.g. B. a sprayed

Wolframkarbid, und ist ebenso wie die Innenwand P₃(AvP — Avs) + P₁ (A_vη — Avs). (4)Tungsten carbide, and, like the inner wall, is P ₃ (AvP - Avs) + P ₁ (A _v η - Avs). (4)

des Hartbelages 84 des Ringventils 82 sorgfältig be- Hierin ist
arbeitet, so daß bei der Aufwärtsbewegung des ioof the hard coating 84 of the ring valve 82 is carefully placed therein
works, so that when the io

Hammers 20 das Ringventil 82 mit dem unteren Ab- Avh die Querschnittsfläche des Ventilkopfringes 58,Hammer 20 the ring valve 82 with the lower Ab- Avh the cross-sectional area of the valve head ring 58,

schnitt 86 des Endringes 60 zusammenwirkt, um im Avs die Querschnittsfläche des Ventilschaftes undcut 86 of the end ring 60 cooperates to in Avs the cross-sectional area of the valve stem and

wesentlichen den gesamten Flüssigkeitsstrom aus dem Avp die Querschnittsfläche des Ventilkolbens 56.essentially the entire liquid flow out of the Avp the cross-sectional area of the valve piston 56.

Ringraum 55 nach unten zu unterbrechen. Es fließt P₃ ist der höhere Druck innerhalb der Kammer 64 jedoch bei der Aufwärtsbewegung der Ventilvor- 15Interrupt annular space 55 downwards. The flow is P ₃ , which is the higher pressure within the chamber 64, however, during the upward movement of the valve forward 15

richtung 54, 56, 58 noch Flüssigkeit aus dem Ring- und in dem Ringraum 55.direction 54, 56, 58 still liquid from the annular space and in the annular space 55.

raum 55 zu der unterhalb des Kolbens 56 in dem P₁' ist der verringerte Druck der Flüssigkeit inner-space 55 to the one below the piston 56 in the P ₁ 'is the reduced pressure of the liquid inside

Ventilführungsrohr 46 vorhandenen Kammer 64. halb der Bohrung 34. Zu diesem Zeitpunkt bestehtValve guide tube 46 existing chamber 64. half of the bore 34. At this point there is

Zum Anlassen des Werkzeuges muß der bei Punkt ein geringer Fluß zwischen der Bohrung 34 und derTo start the tool at the point a small flow between the bore 34 and the

117 vorhandene Durchmesser an der Schulter 59 des 20 Außenseite des Werkzeuges, abgesehen von der117 existing diameter at the shoulder 59 of the 20 outside of the tool, apart from the

Ventilschaftes 54 größer sein als der bei Punkt 119 Strömungsmittelmenge, die über die Drossel 66Valve stem 54 must be greater than the amount of fluid at point 119, which through the throttle 66

vorhandene Durchmesser des Amboßsitzes. strömt. Für die Erläuterung kann angenommenexisting diameter of the anvil seat. flows. For the explanation can be assumed

In der Zeichnung ist das Bohrwerkzeug in einer werden, daß P₁' annähernd dem Druck P₂ der Flüssiglotrechten Stellung dargestellt. Das Werkzeug kann keit in dem außerhalb des Werkzeuges gelegenen aber in jeder beliebigen Lage — waagerecht, lotrecht 25 Bohrlochring ist und annähernd dem Druck P₁ inner- oder mit der Oberseite nach unten gelegen — ver- halb der Bohrung 45 entspricht,
wendet werden, da die Ventilarbeit nicht von dem Die Nutzkraft zu dieser Zeit nach unten auf das Eigengewicht der Ventileinzelteile abhängt. Bei Beginn Ventil ist
eines Arbeitszyklus haben die Teile die in den F i g. 1AIn the drawing, the drilling tool is shown in such a way that P ₁ 'is approximately the pressure P _{2 of} the liquid perpendicular position. The tool can speed in the outside of the tool but in any position - horizontal, perpendicular 25 the drill hole ring and approximately the pressure P ₁ inside or upside down - corresponds to about the bore 45,
The useful force at this time down to the weight of the individual valve parts does not depend on the valve work. At the beginning valve is
of a work cycle have the parts shown in FIGS. 1A

und IB dargestellten Relativstellungen. Der Ventil- 30 (P₃ — Pi) Avh — (P₃ — Pi) Avp, (S)
kopfring 58 liegt auf dem Amboßventilsitz 78 auf.and IB relative positions shown. The valve - 30 (P ₃ - Pi) Avh - (P ₃ - Pi) Avp, (S)
head ring 58 rests on anvil valve seat 78.

Ferner liegt der Hammer 20 auf dem Amboß 28 auf. wobei Avh durch Konstruktion größer ist als Avp. In Fig. IA stehen Hammer und Amboß jedoch in Der Ventilkopfring58 bleibt weiterhin geschlossen, einem geringen Abstand voneinander, um die Teile d. h., auf dem Amboß 28 aufgesetzt, bis sich der leichter zu identifizieren. Eine Darstellung der auf 35 Hammer 20 auf die in F i g. 2 dargestellte Stellung die Ventilvorrichtung und den Hammer durch Flüssig- hebt und sich das Ringventil 82 schließt, d. h., über keitsdruck zur Einwirkung gebrachten Kräfte ist für den unteren Abschnitt 86 des Ventilführungsrohres 46 jede Stellung in den F i g. 2 bis 6 und den F i g. 1A gleitet. Sobald dies geschieht, ist die Kammer 87 und 1B dargestellt. Die F i g. 2 bis 6 zeigen in erster unterhalb des Endteiles 86 und außerhalb des Ventil-Linie die Relativstellungen der verschiedenen Teile 40 schaftes 54 von dem Hauptstrom der Bohrflüssigkeit bei verschiedenen Stufen eines Arbeitszyklus, jedoch abgeschlossen. Sobald sich der Ring 84 nahe dem haben diese Teile nicht ihre richtige Größe. Der unteren Ende 86 des Ventilführungsrohres 46 beHammer 20 nimmt die in Fig. IA dargestellte findet, wird der Flüssigkeitsstrom in der Kammer87 Stellung ein, da die Nutzkraft oder der Druck auf den gedrosselt. Diese Verringerung des Flüssigkeitsstromes Hammer nach oben gerichtet ist. Dies ergibt sich aus 45 wird von einer wesentlichen Abnahme des Druckes einer Betrachtung der hydraulischen Drücke. Die unterhalb des Hammers 20 begleitet, um so mehr, Abwärtskraft des Hammers 20 ist als sich auch das Volumen der Kammer 89 zwischenFurthermore, the hammer 20 rests on the anvil 28. where Avh is greater than Avp by construction. In Fig. 1A, however, the hammer and anvil are in position. The valve head ring 58 remains closed, a short distance from one another, around the parts, ie, placed on the anvil 28 until it is easier to identify. A representation of the hammer on 35 hammer 20 on the in F i g. 2, the valve device and the hammer are lifted by liquid and the ring valve 82 closes, that is, any position in FIGS. 2 to 6 and FIGS. 1A slides. Once this occurs, chamber 87 and 1B are shown. The F i g. 2 to 6 show, first below the end part 86 and outside the valve line, the relative positions of the various parts 40 of the shaft 54 of the main flow of drilling fluid at various stages of a working cycle, but completed. Once the ring 84 is close to it, these parts are not their correct size. The lower end 86 of the valve guide tube 46 of the hammer 20 assumes the position shown in FIG. This reduction in the hammer liquid flow is directed upwards. This can be seen from a substantial decrease in pressure when considering hydraulic pressures. The accompanied below the hammer 20, the more so is the downward force of the hammer 20 as is the volume of the chamber 89 between

Hammer 20 und Amboß 28 vergrößert. Sobald sichHammer 20 and anvil 28 enlarged. As soon as

P*A_b + P₃A₁. (1) der Druck in der Kammer 89 genügend gesenkt hat, P * A _b + P ₃ A ₁ . (1) the pressure in chamber 89 has decreased sufficiently,

50 wird die Ventilvorrichtung nach oben gedrückt. Die50 the valve device is pushed upwards. the

A_s ist die obere waagerechte Komponente der Nutzkraft auf die Ventilvorrichtung ist dann
Fläche des Hammers, die in Berührung mit der A _s is the upper horizontal component of the useful force on the valve device is then
Surface of the hammer that is in contact with the

Flüssigkeit steht, die einen Druck P₂ hat. Dies ist der (-Ps — Λ) Avρ + (Pi — (P_t — P₃') Avh· (6)
Druck auf die Flüssigkeit in dem außerhalb des Werkzeuges gelegenen Bohrlochring. Α_Ί ist die waagerechte SS Hier bezeichnet das Pluszeichen eine aufwärts Komponente der oberen Fläche des gestuften Ham- gerichtete Kraft und das Minuszeichen eine abwärts mers, die in Verbindung mit dem Hauptstrom der gerichtete Kraft.Liquid is standing, which has a pressure P ₂ . This is the (-Ps - Λ) Avρ + (Pi - (P _t - P ₃ ') Avh (6)
Pressure on the liquid in the borehole ring located outside the tool. Α _Ί is the horizontal SS. Here the plus sign denotes an upward component of the upper surface of the stepped ham- directed force and the minus sign a downward mers, which is in connection with the main flow of the directed force.

Bohrflüssigkeit im Ringraum 55 bei einem Druck P_s P₈' ist annähernd P₂, da das Volumen der KammerDrilling fluid in the annular space 55 at a pressure P _s P ₈ 'is approximately P ₂ , since the volume of the chamber

steht. Die Aufwärtskraft des Hammers 20 ist 87 und der Kammer 89 zwischen dem oberen Ring-stands. The upward force of hammer 20 is 87 and the chamber 89 between the upper ring

60 ventil 84 und der Amboßfläche sich schneller ver-60 valve 84 and the anvil surface

PaA₀. (2) größert als die Flüssigkeit an dem Ringventil »vorbeisickern« kann. Die nach oben gerichtete Nutzkraft PaA ₀ . (2) greater than the liquid can "trickle past" the ring valve. The upward utility

A₀ ist die waagerechte Komponente des Druckes auf das Ventil ist A ₀ is the horizontal component of the pressure on the valve

auf die untere Fläche des Hammers. Da A₀ gleich A₆ rp _ /j ) ^_vp 4. (p _ ρ) Avw (7)on the lower surface of the hammer. Since A _{0 is} equal to A ₆ rp _ / j) ^ _vp 4. (p _ ρ) Avw (7)

plus A₇ ist, besteht infolge des Differentialdruckes 65 ^{8 ι;} \ 1 υ b- plus A ₇ is due to the differential pressure 65 ^{8 ι;} \ 1 υ b-

eine Aufwärtskraft auf den Hammer 20. Da dieser Wert positiv ist, ferner P₈ viel größer istan upward force on hammer 20. Further, since this value is positive, P _{8 is} much larger

Die Kraft auf die Ventilvorrichtung bei der Auf- als P₁ sowie Avh nur etwas größer ist als Avp, wirdThe force on the valve device when opening as P ₁ and Avh is only slightly greater than Avp

wärtsbewegung des Hammers, ehe das Ringventil 82 die Ventilvorrichtung nach oben geschleudert.movement of the hammer before the ring valve 82 flung the valve assembly upward.

24492449

13 1413 14

Die der F i g. 2 ähnliche F i g, 3 zeigt den Ventil- beim Schließen der Ventilvorrichtung, Mit anderen kopfring 58 halbwegs zwischen Amboß und Hammer- Worten: Nach einer geringen Abwärtsbewegung nimmt sitz. Der Ring 58 bewegt sich weiterhin nach oben, der Hammer mittels des Ventilsitzes 90 die Ventilbiser auf die in F i g. 4 dargestellte Stillsetzvorrichtung vorrichtung mit nach unten. Die Relativstellung der trifft. Die Kammer 47 liegt in bezug auf den Kolben 56 5 Teile ist in F i g, 5 dargestellt. Die nach oben gerichtete so, daß die Ventilvorrichtung stillgesetzt wird, ehe Kraft auf die Ventilvorrichtung ist größer als die nach sich der Ventilkopfring 58 an den Ringsitz 90 anlegt. unten gerichtete Kraft, und zwar wegen der Dichtung Würde die Ventilvorrichtung durch den Ringsitz 90 zwischen der Ventilkopfringfläche SiA und dem Ventil« stillgesetzt werden, dann würde bei der nach oben sitz 90. Die Nutzkraft auf die Ventilvorrichtung infolge erfolgenden Bewegung des Hammers und der Ventil- io des Flüssigkeitsdruckes ist
vorrichtung die Kammer 87 im Volumen verringert,Those of the F i g. Fig. 2, similar to Fig. 3, shows the valve when the valve device is closed, with a different head ring 58 halfway between anvil and hammer- words: After a slight downward movement, you sit down. The ring 58 continues to move upwards, and the hammer, by means of the valve seat 90, moves the valve bits to the position shown in FIG. 4 shown stopping device with downward. The relative position that hits. The chamber 47 is located in relation to the piston 56 5 parts are shown in FIG. The upward direction in such a way that the valve device is stopped before the force on the valve device is greater than that which the valve head ring 58 applies to the ring seat 90 afterwards. the valve device to be stopped by the ring seat 90 between the valve head annular face SiA and the valve "downward force, because of the seal would then would in the upward seat 90. The net force on the valve device due to successful motion of the hammer and the valve io of the fluid pressure
device reduces the volume of the chamber 87,

und der Druck der in der Kammer eingeschlossenen Ca — Λ) ^avp + Λ Λγη — P₃ ahs· (9)and the pressure of the Ca enclosed in the chamber - Λ) ^a vp + Λ Λγη - P ₃ ahs (9)

Flüssigkeit würde schnell steigen. Hierdurch würdeFluid would rise quickly. This would

die Flüssigkeit mit Kraft aus der Kammer 87 zwischen Das Positiv-Zeichen bedeutet eine nach oben dem Ringsitz 90 und dem Ventilkopfring 58 hindurch- 15 gerichtete Kraft, und das Negativ-Zeichen bedeutet gepreßt, so daß ein einwandfreies Schließen des Ventil- ein 3 nach unten gerichtete Kraft,
kopfringes 58 auf den Sitz 90 verhindert und eine Aus ist die Fläche des Ventilkopfringes 58, die mit sehr starke Erosion erfolgen würde. Beim Schließen Flüssigkeit vom Druck P₃ in Berührung liegt. Durch des Ringventils 82 kann das Volumen der Kammer 87 Entwurf ist Avh größer als A_Vp, die größer ist als Ahsnicht schrumpfen, nachdem der Ventilkopfring 58 ao Die Nutzkraft auf die Ventilvorrichtung ist daher stillgesetzt worden ist. Die Ausnehmung 56 C ist so nach oben gerichtet. Der lichte Durchmesser des angeordnet, daß der Ventilkopfring 58 in einer Stellung Ventilführungsrohres 46 ist größer gewählt als der unmittelbar unterhalb des Ventilsitzes 90 stillgesetzt kleinste Durchmesser des Ringsitzes 90. Beim Aufist, wenn sich der Hammer in seiner oberen Stellung schlag des Hammers auf den Amboß wird der Hammer befindet. Die Ausnehmung 47 ist ebenfalls so an- 25 stillgesetzt. Das Trägheitsmoment der Ventilvorgeordnet, daß das Ringventil 82 noch geschlossen richtung hebt die Ventilvorrichtung von Ringsitz 90 ist, d. h., am Endteil 86 anliegt, wenn der Ringsitz 90 ab, und die Ventilvorrichtung bewegt sich zu ihrem sich an der Ventilkopffläche 5SA bei der nach unten Sitz 78^ im Amboß hin, wie in F i g. 1A dargestellt erfolgenden Schlagbewegung des Hammers 20 anlegt. ist. Jetzt wirkt auf das Ventil nicht länger eine nach Die Stillsetzung des Hammers wird bewirkt durch das 30 oben gerichtete Nutzkraft. Die Ventiltasche 85, die Hineingleiten des Endteiles 86 in das Ringventil 82. dicht in den Ventilring 58 paßt, dient hierbei einem Bei der Abwärtsbewegung des Hammers vergrößert nützlichen Zweck: Die Tasche 85 ermöglicht die sich die Kammer 87, so daß der Druck in der Kammer Aufrechthaltung eines Druckgefälles quer über den sinkt. Der Ventilkopfring 58 setzt sich daher auf den Ventilkopfring 58, so daß der Ring 58 sich weiterhin Sitz 90 auf. Die Ventilfläche 58A muß sich auf den 35 nach unten zum Sitz 78 bewegt.
Sitz 90 aufsetzen, ehe sich die Fläche 84 des Ring- Zuerst wird das gesamte Werkzeug nahe dem Boden ventils 82 so weit nach unten bewegt, daß Punkt 117 des Bohrloches angeordnet. Beim Hindurchpumpen auf dem Ventilführungsrohr 46 freigegeben worden ist. von Hochdruckschlamm nimmt die Ventilvorrichtungthe liquid with force from the chamber 87 between the positive symbol means a force directed upwards through the ring seat 90 and the valve head ring 58, and the negative symbol means pressed, so that a proper closing of the valve a 3 downwards directed force,
head ring 58 prevents the seat 90 and an off is the area of the valve head ring 58, which would occur with very strong erosion. When closing, liquid from pressure P _{3 is} in contact. By means of the ring valve 82, the volume of the chamber 87, design is Avh greater than A _V p, which is greater than Ahs, can not shrink after the valve head ring 58 ao. The useful force on the valve device has therefore been stopped. The recess 56 C is directed upwards. The clear diameter of the valve head ring 58 arranged in a position valve guide tube 46 is selected to be larger than the smallest diameter of the ring seat 90 stopped immediately below the valve seat 90. When Aufist, when the hammer is in its upper position, the hammer will hit the anvil the hammer is located. The recess 47 is also stopped in this way. The moment of inertia of the valve upstream, that the ring valve 82 is still closed, lifts the valve device from the ring seat 90, i.e. rests on the end part 86 when the ring seat 90 is off, and the valve device moves towards its on the valve head surface 5SA at the downward seat 78 ^ in the anvil, as in Fig. 1A applies the percussive movement of the hammer 20 taking place. is. The stopping of the hammer is brought about by the useful force directed upwards. The valve pocket 85, the sliding of the end part 86 into the ring valve 82. fits tightly into the valve ring 58, serves a useful purpose when the hammer moves downwards: the pocket 85 allows the chamber 87 to expand, so that the pressure in the chamber Maintaining a pressure gradient across the sinks. The valve head ring 58 therefore sits on the valve head ring 58 so that the ring 58 continues to seat 90 on. The valve surface 58 A must move down on the 35 to the seat 78.
Seat 90 put on before the surface 84 of the ring- First, the entire tool near the bottom valve 82 is moved so far down that point 117 of the borehole is located. When pumping through on the valve guide tube 46 has been released. of high pressure sludge takes the valve device

Nachstehend wird eine kurze Beschreibung der die in F i g. 6 dargestellte Stellung, in der der loseThe following is a brief description of the systems shown in FIG. 6 position shown in which the loose

auf die Ventilvorrichtungen wirkenden Kraft (ohne 40 Ventilkopfring 58 im Sitz 78 liegt und in der dieon the valve devices acting force (without 40 valve head ring 58 in the seat 78 and in which the

die Kraft, die durch das Gewicht der Ventilvorrichtung Ventilfläche 59.S der Schulter 59 des unteren Endesthe force exerted by the weight of the valve device valve surface 59.S of the shoulder 59 of the lower end

bedingt ist) gegeben, wenn die Teile die in F i g. 4 von Ventilschaft 54 am Anschlag 785 anliegt. Inis conditional) is given if the parts in F i g. 4 of valve stem 54 rests against stop 785. In

dargestellte Stellung einnehmen, in der der Kolben 56 dieser Stellung liegt der Ventilköpfring 58 nicht aufAssume the position shown, in which the piston 56 in this position, the valve head ring 58 is not on

an einer Stillsetzvorrichtung, z. B. einem Stoß- der nach oben weisenden Fläche der Schulter 59 auf.on a shutdown device, e.g. B. an abutment of the upwardly facing surface of the shoulder 59.

dämpfer anliegt, das Ringventil 82 noch geschlossen 45 Der Ventilkolben 56 liegt unterhalb der Schlitze 62The damper is applied, the ring valve 82 is still closed 45 The valve piston 56 lies below the slots 62

ist und der Ventilkopfring 58 nicht irgendwo aufliegt. im Ventilführungsrohr 46. Der Hammer 20 befindetand the valve head ring 58 does not rest anywhere. in the valve guide tube 46. The hammer 20 is located

Die Nutzkraft auf die Ventilvorrichtung ist sich in einer oberen Stellung, so daß das Ringventil 82The useful force on the valve device is in an upper position, so that the ring valve 82

am Endteil 86 des Ventilführungsrohres 46 anliegt.rests on the end part 86 of the valve guide tube 46.

(P₃ — Pu ^VP + (P₃'— Pi) Avh- (8) Der Hauptanteil des Schlammes fließt nach unten (P ₃ - Pu ^ VP + (P ₃ '- Pi) Avh- (8) Most of the sludge flows downwards

50 über den Ringraum 55, Schlitze 62, über und um den50 over the annulus 55, slots 62, over and around the

Die Pluskraft ist aufwärts, die Minuskraft ist ab- Kolben 56, durch den hohlen Ventilschaft 54, denThe positive force is up, the negative force is down- piston 56, through the hollow valve stem 54, the

wärts gerichtet. P_t ist der Druck in der Kammer 47. Amboßdurchlaß 34 und durch den Bohrer hindurchdirected outwards. P _t is the pressure in chamber 47, anvil passage 34 and through the drill

Nähert sich P₃' dem Wert P₁, dann ist die Nutzkraft in den Ringraum des Bohrloches. Ein kleiner AnteilIf P ₃ ' approaches the value P ₁ , then the useful force is in the annular space of the borehole. A small fraction

gleich (P₃- Pi)AvP- Diese Kraft ist negativ, da P_t des Schlammes im Ringraum 55 fließt zwischen 82equal to (P ₃ - Pi) AvP- This force is negative because P _{t of} the sludge in the annulus 55 flows between 82

viel größer ist als P₃, bis das Moment der Ventil- 55 und 86 in die Klammern 87 und 89 und von dort inis much greater than P ₃ until the moment of valve 55 and 86 into brackets 87 and 89 and from there into

vorrichtung dadurch aufgenommen wird, daß Flüssig- die zu der Bohrung 34 führenden Kanäle 42. Dasdevice is received by the fact that the liquid to the bore 34 channels 42. The

keit aus der Kammer 47 über den Ringraum zwischen Werkzeug wird dann auf den Boden des BohrlochesSpeed from the chamber 47 via the annular space between the tool is then to the bottom of the borehole

46A und 56C hindurch verlagert wird. aufgesetzt, wodurch die Amboßschulter 28/4 nach46 A and 56 C is shifted through. put on, whereby the anvil shoulder 28/4 after

Bei abgeschaltetem Flüssigkeitsstrom und bei ge- oben bewegt und an das untere Ende des Gehäuses 10When the liquid flow is switched off and when it is moved up and to the lower end of the housing 10

schlossenem Ventilkopfring 58 übertrifft die nach 60 angelegt wird. Der Amboßsitzanschlag 785, der gegenclosed valve head ring 58 exceeds that applied after 60. The anvil seat stop 785, which is against

unten gerichtete Nutzkraft schnell die nach oben die Schulter 59 stößt, schiebt den Ventilschaft 54 unddownward force quickly pushing the shoulder 59 upward pushes the valve stem 54 and

gerichtete Kraft, und der Hammer wird kräftig nach den daran angebrachten Kolben 56 an den Schlitzen 62directional force, and the hammer is forceful following the pistons 56 attached to it at the slots 62

unten gedrückt. Meist erfolgt der Abwärtshub der des Ventilführungsrohres 46 vorbei nach oben. Derpressed down. Usually the downward stroke of the valve guide tube 46 takes place over the top. Of the

Ventilvorrichtung und die Hammerbewegung gleich- Schlammstrom wird jetzt gedrosselt und muß überValve device and hammer movement at the same time - sludge flow is now throttled and must be over

zeitig. Mit Beginn der Abwärtsbewegung des Hammers 65 den zwischen dem Ringventil 82 und dem Endteil 86in time. With the start of the downward movement of the hammer 65 between the ring valve 82 and the end part 86

vergrößert sich die Kammer 87, und es fließt keine vorhandenen Ringraum fließen, wodurch ein schnellerThe chamber 87 enlarges, and there is no existing annulus flowing, which results in a faster flow

Flüssigkeit zwischen dem auf dem Hammer 20 vor- Druckanstieg im Ringraum 55 und über die Schlitze 62Fluid between the pressure rise in the annular space 55 and via the slots 62 before the hammer 20

handenen Sitz 90 und der oberen Ventilfläche 58/4 zur Unterseite von Kolben 56 erfolgt. Infolge derexisting seat 90 and the upper valve surface 58/4 to the underside of piston 56 takes place. As a result of

Sickening liber die Kanäle 42 ist der Druck in der Kammer 87 sehr viel kleir-sr. Die nach unten wirkende hydraulische KraftSickening over the channels 42, the pressure in the chamber 87 is very much smaller. The downward one hydraulic power

auf den Ventilkopfring ist kleiner als die nach oben wirkende hydraulische Krafton the valve head ring is smaller than the hydraulic force acting upwards

(P₃ - P₁) Αγρ(P ₃ - P ₁ ) Αγρ

auf den Ventilkolben, so daß sich die Ventilvorrichtung nach oben verschiebt und die in F i g, 4 dargestellte Stellung erreicht. Dann erfolgt die übliche Aufundabbewegung des Hammers 20.on the valve piston, so that the valve device moves upwards and that shown in FIG Position reached. The usual up and down movement of the hammer 20 then takes place.

Zum leichteren Verständnis der verbesserten Ventilvorrichtung sind in den F i g. 7, 8 und 9 die Profilierung des Ventilsitzes im Amboß und die Relativstellung des Ventilsitzes zum Ventilkopfring in größerer Einzelheit dargestellt. F i g. 7 zeigt die Bohrung 100 und den Amboß 28. Die Bohrung 100 befindet sich unmittelbar oberhalb des Sitzanschlages 785 und unterhalb des Amboßsitzes 101, der tangential in einen lotrechten Abschnitt 102 übergeht.To facilitate understanding of the improved valve device, FIGS. 7, 8 and 9 the profiling of the valve seat in the anvil and the position of the valve seat relative to the valve head ring in greater detail shown. F i g. 7 shows the bore 100 and anvil 28. The bore 100 is immediately above the seat stop 785 and below the anvil seat 101, the tangential into a perpendicular section 102 passes.

F i g. 8 zeigt die Kreise 104 und 106, die der Bohrung 100 bzw. dem Sitz 101 und seinem lotrechten Abschnitt 102 entsprechen. Die Kreise 104 und 106 stehen exzentrisch zueinander, d. h., der Kreis 104 hat einen Mittelpunkt 104' und der Kreis 106 hat einen Mittelpunkt 106'. Die Wichtigkeit dieser Ausführung wird nachstehend beschrieben.F i g. 8 shows circles 104 and 106 that of the bore 100 or the seat 101 and its vertical section 102 correspond. The circles 104 and 106 are eccentric to one another, d. i.e., circle 104 has a center point 104 'and circle 106 has one Center point 106 '. The importance of this implementation is described below.

F i g. 9 zeigt, daß der Ventilkopfring 58 eine untere Ventilfläche 585 hat, die im Schnitt der F i g. 9 von einem Kreis mit einem Radius R und einem Mittelpunkt 110 geformt wird. Der Ventilkopfring 58 hat eine aufrechte Fläche 103, die konzentrisch mit der lotrechten Fläche des Amboßsitzes verläuft. Der Amboßsitz nimmt den Ventilsitz 585 auf. Der Sitzabschnitt 101 hat einen Radius R mit dem gleichen Mittelpunkt 110 (d. h., wenn das Ventil aufliegt), so daß der Amboßsitz leicht das Ventil aufnehmen kann. Der Abstand zwischen dem Abschnitt 103 des Ventilkopfringes 58 und dem Abschnitt 102 des Amboßsitzes beträgt etwa 0,5 bis 1,00 mm. Das eigentliche Auflager erfolgt am Punkt F zwischen dem gekrümmten Abschnitt 58 Λ des Ventilkopf ringes und dem gekrümmten Abschnitt 785 des Amboßsitzes. Bei einem ungebrauchten Ventil schließt eine Linie, die tangential am Berührungspunkt zwischen der Fläche 58/4 und dem Sitz 78 Λ liegt, einen Winkel von etwa 10° mit der Mittellinie des Ventils ein. Ein derartiger Winkel ergibt eine Seitenkraft, die gleich der vertikalen Komponente der Kraft multipliziert mit dem Kosinus 10 oder mit einem Faktor ist, dessen Wert etwas größer als 5 ist. Die Kurvenflächen sind so entworfen, daß der auftretende natürliche Verschleiß ein solches Profil beibehält, daß die Dichtung stets an der Stelle erfolgt, die dem großen Durchmesser des Ambosses entspricht.F i g. 9 shows that the valve head ring 58 has a lower valve surface 585 which, in the section of FIG. 9 is shaped by a circle with a radius R and a center 110. The valve head ring 58 has an upright surface 103 which is concentric with the perpendicular surface of the anvil seat. The anvil seat receives the valve seat 585. The seat portion 101 has a radius R with the same center point 110 (ie, when the valve is seated) so that the anvil seat can easily receive the valve. The distance between the section 103 of the valve head ring 58 and the section 102 of the anvil seat is approximately 0.5 to 1.00 mm. The actual support takes place at point F between the curved section 58 Λ of the valve head ring and the curved section 785 of the anvil seat. When the valve is not in use, a line tangential to the point of contact between surface 58/4 and seat 78 Λ forms an angle of approximately 10 ° with the center line of the valve. Such an angle gives a side force equal to the vertical component of the force multiplied by the cosine 10 or a factor slightly greater than 5 in value. The cam surfaces are designed so that the natural wear that occurs maintains a profile such that the seal always takes place at the point that corresponds to the large diameter of the anvil.

In der Bohrflüssigkeit sind stets eine große Zahl fester Teilchen vorhanden, die einen Verschleiß des Ventils und des Sitzes verursachen. Erfindungsgemäß erzeugt bei bekannten Ventilen der Verschleiß eine Tasche, in der beim Abwärtsdrücken des Ventilkopfringes 58 eine Flüssigkeitsmenge aufgefangen wird, die das einwandfreie Aufsetzen des Ventilringes verhindert. Auch der Ventilsitz und das Ventil verschleißen. Tn einieen Fällen dichtet das Ventil dann an der Stelle, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Kolbens. Das Ventil versagt dann wegen der ungenauen Differentialflächen. Infolgedessen muß das Ventil und müssen die Dichtungen ausgewechselt S werden. Diese Nachteile werden bei dem neuen Ventil behoben,A large number of solid particles are always present in the drilling fluid, which can cause wear to the Cause valve and seat. According to the invention, in known valves, the wear produces a Pocket in which a quantity of liquid is collected when the valve head ring 58 is pressed down, which prevents the valve ring from fitting properly. The valve seat and valve also wear out. In some cases the valve then seals at the point whose diameter is smaller than the diameter of the piston. The valve then fails because of inaccurate differential surfaces. As a result, the valve and seals must be replaced S will be. These disadvantages are eliminated with the new valve,

Eine Prüfung der F i g. 9, die die Profile des Ventilkopfringes und des Amboßventilsitzes zeigt, ergibt, daß die Dichtung nicht am Punkt G, sondern amAn examination of the F i g. 9, which shows the profiles of the valve head ring and the anvil valve seat, gives that the seal is not at point G, but at

ίο Punkt F erfolgt. Bei der neuen Profilierung ist dies stets der Fall, selbst nach Auftreten eines Verschleißes. Beim Schließen des Ventils tritt am Punkt F eine sehr geringe Richtungsänderung der Flüssigkeit auf. Da die Strömungsrichtung der Flüssigkeit am Punkt/'ίο Point F takes place. This is always the case with the new profiling, even after wear has occurred. When the valve closes, there is a very slight change in direction of the liquid at point F. Since the direction of flow of the liquid at point / '

t5 nicht geändert wird, ist an dieser Stelle die Materialerosion sehr klein. Die Schleuderkraft der Flüssigkeit bei ihrer Bewegung vom Punkt F zum Punkt G vor dem Schließen des Ventils verursacht einige Erosion an der unteren Fläche 585 des Ventilkopf ringes 58t5 is not changed, the material erosion is very small at this point. The centrifugal force of the liquid as it moves from point F to point G prior to closing the valve causes some erosion on the lower surface 585 of the valve head ring 58

ao oder längs der Fläche 101 nahe Punkt G. Da die Fläche bei Punkt G schneller erodiert als die Oberfläche am Punkt F, erfolgt eine Dichtung stets am Punkt F und nicht am Punkt G. Zum einwandfreien Arbeiten muß daher der Durchmesser des Kreises, der durch die Berührung am Punkt F geformt wird, größer sein als der Durchmesser des Kolbens 56.ao or along the surface 101 near point G. Since the surface at point G erodes faster than the surface at point F, a seal is always made at point F and not at point G. To work properly, therefore, the diameter of the circle through the contact formed at point F can be larger than the diameter of the piston 56.

Sind die zylindrischen Bohrungen 100 und 102 (F i g. 10) konzentrisch, dann ist das sich entwickelnde Verschleißmuster ähnlich dem Yerschleißmuster, das durch die vollausgezogene Linie auf dem Ventilkopfring bei Punkt G' dargestellt ist, so daß Flüssigkeit, die oberhalb des Punktes G' eingeschlossen wird, das Schließen des Ventilkopf ringes 58 im Amboßsitz ISA verhindern würde. Die Dichtungsfläche würde auch auf einen Kreis begrenzt, der vom Punkt G' bestimmt wird und der kleiner ist als die Fläche des Kolbens 56, so daß in diesem Falle der Ventilkopfring nicht auf dem Amboßsitz zurückgehalten wird. Das Werkzeug würde in diesem Falle nicht arbeiten.If cylindrical bores 100 and 102 (Fig. 10) are concentric, then the developing wear pattern will be similar to the wear pattern shown by the solid line on the valve head ring at point G 'so that fluid flowing above point G. 'Is included, the closing of the valve head ring 58 in the anvil seat ISA would prevent. The sealing area would also be limited to a circle defined by point G 'which is smaller than the area of piston 56 so that in this case the valve head ring is not retained on the anvil seat. The tool would not work in this case.

Damit nun durch einen ungleichen Verschleiß des Ventilkopfringes auf dem Amboßsitz keine Flüssigkeit zwischen dem Ventil und dem Ventilsitz eingeschlossen wird, wird der Kreis 104 exzentrisch in bezug auf den Kreis 106 (F i g. 8) ausgeführt, d. h., die Bohrung 100 ist exzentrisch »n bezug auf das Werkzeug, und die Bohrung, die den aufrechten Abschnitt 101 des Amboßventilsitzes bestimmt, ist konzentrisch mit der Bohrung des Ambosses. Wie F i g. 7 zeigt, ist A = A', B = 5', C-C, r -— r'. Das Verschleißmuster von Ventilkopfring 58, das entstehen würde, wenn die Flächen 100 und 102 exzentrisch wären, ist durch die gestrichelte Linie 115 in Fig. 10 nahe O' dargestellt. Hingewiesen sei auch darauf, daß die Ventilvorrichtung 54, 56, 58, 59 usw. sich in bezug auf das Werkzeug dreht. Dieses Merkmal ist besonders wichtig, hinsichtlich der exzentrischen Bohrung 100, um den Verschleiß zu vermeiden, der zu einer Stoßdämpferwirkung führt. Das Ventil würde dabei am richtigen Schließen im Amboßsitz gehindert, wie dies durch die vollausgezogenen Linien an den Punkten G' in F i g. IC und Z) in F i g. 12 dargestellt ist.So that no fluid is trapped between the valve and the valve seat due to uneven wear of the valve head ring on the anvil seat, the circle 104 is made eccentric with respect to the circle 106 (FIG. 8), ie the bore 100 is eccentric » n relative to the tool, and the bore defining the upright portion 101 of the anvil valve seat is concentric with the bore of the anvil. Like F i g. 7 shows, A = A ', B = 5', CC, r - r '. The wear pattern of valve head ring 58 that would result if surfaces 100 and 102 were eccentric is shown by dashed line 115 in FIG. 10 near O '. It should also be noted that the valve assembly 54, 56, 58, 59, etc. rotates with respect to the tool. This feature is particularly important with regard to the eccentric bore 100 in order to avoid the wear which leads to a shock absorber effect. The valve would be prevented from closing properly in the anvil seat, as indicated by the solid lines at points G 'in FIG. IC and Z) in FIG. 12 is shown.

Der im Hammer befindliche Sitz ist in ähnliche! Weise — jedoch umgekehrt — ausgebildet wie dei Sitz im Amboß (F i g. 11). In diesem Falle ist ei erforderlich, daß die Dichtfläche zwischen derr Ventilkopfnng 58 und dem Hammerventilsitz aui einen Kreis mit einem Durchmesser R beschränkt ist Die Dichtfläche ist kleiner als die Dichtfläche de:The seat in the hammer is similar! Way - but vice versa - designed as the seat in the anvil (Fig. 11). In this case it is necessary that the sealing surface between the valve head 58 and the hammer valve seat is limited to a circle with a diameter R. The sealing surface is smaller than the sealing surface de:

Kolbens, so daß eine aufwärts gerichtete Nutzkraft vorhanden ist, die den Ventilkopfring dicht im Hammer hält. Die Erosion ist am Punkt D gering, weil die Flüssigkeit, die am Punkt D von oben her vorbeiströmt, tangential zur Kurve am Punkt D fließt, während sie dann bei ihrer Bewegung nach unten vom Punkt D nach Punkt E zwangläufig in einem Bogen geleitet wird. Die Bohrung 91 des Hammerventilsitzes 88 ist exzentrisch zur Außenfläche des Hammers. Die Erosion an der oberen Fläche 58/4 des Ventilkopfringes 58 wird daher über eine große Fläche verteilt, die sich gegenüber dem Punkt D auf dem Hammerventilsitz befindet. Dies verringert den Verschleiß, verglichen mit dem Verschleiß, der an den unter dem Punkt D liegenden Flächen auftritt. Die Exzentrizität der inneren Bohrung 91 des Hammerventilsitzes 88 verhütet die Bildung eines Verschleißmusters, wie es in F i g, 12 dargestellt ist, bei welchem der Ventilkopfring zu einem zylindrischen Abschnitt verschleißen kann, wie er am Punkt D gezeichnet ist. Hierdurch würde ein einwandfreies Einlegen des Ventils in den Hammerventilsitz wegen Auftretens einer Stoßdämpferwirkung verhütet. Die Exzentrizität ergibt einen sichereren Abstand zwischen dem Hammerventilsitz und dem Ventilkopfring, wie dies die gestrichelte Linie D' zeigt.Piston so that there is an upward useful force holding the valve head ring tightly in the hammer. The erosion is low at point D because the liquid that flows past point D from above flows tangentially to the curve at point D , while it is then inevitably guided in an arc as it moves downwards from point D to point E. The bore 91 of the hammer valve seat 88 is eccentric to the outer surface of the hammer. The erosion on the upper surface 58/4 of the valve head ring 58 is therefore distributed over a large area which is located opposite point D on the hammer valve seat. This reduces the wear compared to the wear that occurs on the surfaces below point D. The eccentricity of the internal bore 91 of the hammer valve seat 88 prevents the formation of a wear pattern, as shown in ig F, 12, wherein the valve head ring can wear out to a cylindrical portion as it is drawn at point D. This would prevent the valve from being properly inserted into the hammer valve seat due to the occurrence of a shock absorber effect. The eccentricity results in a safer distance between the hammer valve seat and the valve head ring, as shown by the dashed line D ' .

Es wurde bereits erwähnt, daß der Ventilkopfring 58 seine Stellung auf der Schulter 59 des Ventilschaftes 54 auf Grund des Differentialdruckes beibehält. Dies wird nachstehend an Hand der F i g. 13 erläutert. Der Ventilkopfring 58 wird mit der oberen Fläche 59/1 der Schulter 59 durch den Differentialdruck in Berührung gehalten, der ständig vorhanden ist Auf den Ventilkopfring 58 wirkt eine nach unten «richtete Kraft, die gleich ist dem Unterschied m denIt has already been mentioned that the valve head ring 58 has its position on the shoulder 59 of the valve stem 54 maintains due to the differential pressure. This is explained below with reference to FIGS. 13th explained. The valve head ring 58 is connected to the upper surface 59/1 of the shoulder 59 by the differential pressure kept in contact, which is always present. On the valve head ring 58 acts a downward «Directed force that is equal to the difference

Drucken zwischen den Kammern 87 und 34 und d.e auf den Flächenunterschied zwischen den Flächen Λ™ und Ars wirkt. Ferner wird dieser Differentialdruck Schert durch den Unterschied in dem Umgebung»- druck im Bohrloch und dem Druck der Bohrflüssigkeit,Printing between chambers 87 and 34 and de acts on the area difference between areas Λ ™ and Ars. Furthermore, this differential pressure is determined by the difference in the ambient pressure in the borehole and the pressure of the drilling fluid,

ίο der auf den Flächenunterschied zwischen A_SE {Qwtsclnittsfläche der Schulter 59) und A vs wirkt.Die Se Bewegungsgrenze des Ventilkopfnnges 58 is der Amboßventilsitz 78 oder die Fläche 59Λ der Schulter 59, wenn der Ventilschaft 54 eine andereίο which acts on the area difference between A _SE {Qwt sectional area of the shoulder 59) and A vs. The limit of movement of the valve head neck 58 is the anvil valve seat 78 or the area 59Λ of the shoulder 59, if the valve stem 54 is a different one

Stellung einnimmt als die in Fig. 13 dargestellte SteUunS Die aus Ventilschaft 54 und Kolben 46 bestehende' schwere Masse wird hydraulisch stillgesetzt nachdem der Ventilkopfring 58 auf dem Amboßsitz 78 zur Ruhe gekommen ist. Die Beanspruchung infolgeOccupies position than that shown in FIG SteUunS The valve stem 54 and piston 46 consisting of Heavy mass is hydraulically shut down after the valve head ring 58 rests on the anvil seat 78 has come to rest. The stress as a result

ao des Schlages wird daher vielfach verringert, da nur die verhältnismäßig kleine Masse des Ventilkopfes 58 mechanisch stillgesetzt wird. Die mechanisch stillgesetzte Masse der Ventilvorrichtung wird vermindert ^UIDie^enneue 'Form des lockeren Ventilkopfringes 58 ermöglicht für den Ventilkopf und die Ventilsitze die Verwendung von vielen verschleißfesten Legierungen, deren Benutzung bisher begrenzt war durch die Schwierigkeit der Befestigung derartiger Legierungenao of the blow is therefore reduced many times, since only the relatively small mass of the valve head 58 is mechanically shut down. The mechanically shut set mass of the valve device ^UI reduces the ^en new 'form of the loose valve head ring 58 allows the valve head and the valve seats, the use of many wear-resistant alloys, whose use has been limited such by the difficulty of mounting alloys

auf dem Ventilschaft, ζ. Β. durch das Befestigen mittels Lot usw.on the valve stem, ζ. Β. by fixing with solder etc.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent opposition:

1. Liquid-operated base drilling tool with a housing, a hammer provided with an axial bore, which in the area of its lower End face has a valve seat, with one likewise provided with an axial bore Anvil which has an annular seat at the upper end of this bore and which is slidably mounted in the housing is, as well as with a valve device for control of the hammer, which is a valve guide tube carried by the housing and mounted inside the hammer and a valve piston, characterized in that the valve piston (56) is on the upper end of a valve stem (54) near his lower end an outwardly protruding shoulder (59) and above this shoulder (59) on his lower end has a tightly fitting, slidably mounted valve head ring (58), the upper part of which and underside form a ring valve with ring seats (58 a; 78 ″).

2. Device according to claim 1, characterized by a on the anvil (28) located at a distance below the lower ring seat (78 A) located stop {18 B), which has a smaller diameter than the ring seat (18A); through an axial bore (100) located between the ring seat (78Λ) and the stop (785), the axis of which is eccentric to the axis of the anvil (28), the ring seat being concentric to the hollow main section of the anvil (28).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the ring seat of the hammer (20) adjoins a short inner bore located above this seat, the diameter of which is slightly smaller than the diameter of the seat, and that the inner bore is also eccentric with respect to the bore of the hammer.

4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that the lower surface of the hammer (20) contains grooves (39) in the non-radial direction from the outer wall inwards

run in a sense of rotation. .

5. Device according to claims 1 to 4, which is attached to the lower end of a drill string, characterized in that the housing (10) is connectable to the drill string, has a bore (26) in its upper end and an upper portion ( 12), the clear ' diameter of which is smaller than the clear diameter of the lower section (14); that the hollow anvil (28) is disposed in the lower portion (14) of the housing (10); that the upper end of the anvil (28) has a stepped cylindrical recess with a first seat in the first section of this stepped recess and with a second seat in the second section of this stepped recess; in that the anvil (28) has channels (42) extending from its upper surface to its hollow interior (34); that the hammer (20) is stepped and has an upper shoulder, the diameter of which is smaller than the lower portion of the hammer and which is arranged in the housing (10) above this anvil (28); that the outside of the stepped portion of the hammer (20) with the housing (10) forms an annular chamber (55) between the hammer (20) and the housing (10) which is in fluid communication with the outside of the housing (10); that the hammer (20) is in fluid communication with the chamber (55) via a ceiling surface (36) of its lower portion and that an upper surface of its upper portion is in fluid communication with the flow passage of the housing and a lower surface.

6. Device according to claims 1 to 5, characterized in that in the wall of the The valve guide tube (46) is provided with slots (62) immediately above the shoulder (59); that an annular space (55) is formed between the valve guide tube (46) and the hammer (20); that Slots (52) as a connection between the passage (26) and the annular space (55) between the Valve guide tube (46) and the hammer (20) consist; that the valve piston (56) has a longitudinal passage and has an upper enlarged valve head positioned above the annular inner shoulder and is arranged within the valve guide tube (46) tightly fitting, and that the Valve head ring (58) is slidably disposed on valve stem (54) above shoulder (59).

7. Apparatus according to claim 6, characterized by a sleeve (88) within the lower end of the hammer (20), by an annular seat (90) on the lower inside of the sleeve (88); ^- ch a throttle (66) located in the upper end of the valve guide tube (46) and by a stop device carried by the valve guide tube (46).

8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the valve seat (90) forms an arc of a circle in axial section, the upper end of which in a first bore (91) and the other end tangentially in a second bore (91 A ) pass, this second bore (91 A) has its center on the central axis of the hammer (20) and the first bore (91) is eccentric to the second bore and has a diameter no greater than the smallest diameter of the annular seat (90) is.

■ 9. The device according to claim 8, characterized by an inner annular shoulder (101,102), the inside the upper end of the bore of the anvil (28) is located and below the valve head ring (58) lies.

10. Device according to claims 1 to 9, characterized in that the contact surface between the valve head ring (58) and the anvil seat (Ί8Α) encloses an angle of about 10 ° with the center line of the anvil (28).

11. The device according to claim 1 or 8, characterized by an auxiliary bore (91) of short length, which is located immediately above and near the hammer ring seat (88) and which is arranged eccentrically with respect to the main bore (20 A) of the hammer (20) .

12. The device according to claim 11, characterized by one in the upper end of the anvil (28) located first bore (102) which is tangential to the upper end of the arc that passes through a vertical plane is created which is laid through the valve seat (78); by one above the lower portion (119) of the ring seat (78.B) located second bore (100); and through

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'■ a main bore (34), the first bore having been found to be advantageous, but there are

(102) iind the main bore (34) j <? a medium-numerous drilling conditions in which pressurized gas is used as

point on the central axis (28 ') of the anvil (28) propellant cannot be used. Often it is

have, the second hole (100) eccentric to the necessary liquids, e.g. water or oil containing

first bore (102) and the second S to use fluids to transfer formation fluid

Bore (100) has a diameter that can accommodate and drill mantle to the earth

not larger than the smallest diameter of the surface to be conveyed. It is known that the