DE19527990C1 - Bohrstange für ein Spülbohrgestänge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrstange für ein Spülbohr­ gestänge, insbesondere zum Entspannungsbohren, gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zum Herstellen von Bohrungen, insbesondere Entspannungs­ bohrungen, in untertägigen Betriebspunkten ist es be­ kannt, Bohrgestänge zu verwenden, die sich aus einer Bohrkrone, mehreren miteinander kuppel- und entkuppelba­ ren Bohrstangen, (DE 28 56 126 C2) sowie dem Antrieb zusammensetzen. Die über den größten Teil ihrer Länge aus Rohrabschnitten be­ stehenden und umfangsseitig ggf. mit Wendeln versehenen Bohrstangen sind jeweils an einem Ende mit einem Steck­ zapfen und am anderen Ende mit einer Muffe ausgerüstet. Während der Steckzapfen zumeist mit einer umfangsseitigen Kehlnaht an eine Stirnseite des Rohrabschnitts ange­ schweißt ist, erfolgt die Verbindung der Muffe mit dem Rohrabschnitt in der Regel durch Reibschweißen.

Der Steckzapfen setzt sich aus einem axiale Längskanten und von den Längskanten begrenzte Mitnahmeflächen aufwei­ senden äußeren Mehrkantabschnitt und zwei endseitig des Mehrkantabschnitts befindlichen zylindrischen Dichtberei­ chen zur Führung der Bohrstange und als Träger der Spül­ wasserdichtung zusammen. Der Dichtbereich am freien Ende des Steckzapfens trägt in einer umfangsseitigen Nute einen Dichtring. Desweiteren ist der Mehrkantabschnitt von einer gestuften Bohrung quer durchsetzt, in welcher ein Schnappstift unter dem Einfluß einer elastischen Rückstellkraft, wie z. B. einer Schraubendruckfeder radial verschiebbar gelagert ist.

Die Anzahl der Längskanten und der Mitnahmeflächen hängt vom Durchmesser der Bohrstange ab. In der Regel gelangen Mehrkantabschnitte mit vier bis acht Längskanten und einer entsprechenden Anzahl Mitnahmeflächen zur Anwen­ dung.

Die Muffe am anderen Ende der Bohrstange besitzt einen inneren Mehrkantabschnitt, der konturengenau an den äuße­ ren Mehrkantabschnitt des Steckzapfens angepaßt ist. Das heißt, die Anzahl der Längsnuten und der von den Längsnu­ ten begrenzten Mitnahmeflächen entspricht der Anzahl der Längskanten und der von diesen begrenzten Mitnahmeflächen am Steckzapfen.

Beiderseits des inneren Mehrkantabschnitts weist die Muffe je einen zylindrischen Dichtbereich auf, die mit den entsprechenden Dichtbereichen am Steckzapfen zusam­ menwirken.

Im Abstand von der Stirnseite der Muffe ist eine querge­ richtete Schnappstiftbohrung in dem Bereich des Mehr­ kantabschnitts vorgesehen, in welchem bei zusammenge­ steckten Steckzapfen und Muffe der Schnappstift zu liegen kommt.

Desweiteren besitzt die Muffe am freien Ende in der ge­ meinsamen Längsebene von Schnappstiftloch und Längsachse eine Einführschräge für den Schnappstift.

Durch die symmetrische Ausbildung der Querschnitte des Steckzapfens und der Muffe konnte es bislang, insbeson­ dere beim automatischen Kuppeln von zwei Bohrstangen, vorkommen, daß die den Mehrkantabschnitt am Steckzapfen benachbart zur Stirnseite begrenzende Fase unter hohem Druck mit der der Stirnseite der Muffe benachbarten Fase am Ende des dortigen inneren Mehrkantabschnitts zur reib­ schlüssigen Anlage gelangte, ohne daß alsbald der Steck­ zapfen der anzukuppelnden Bohrstange in die Muffe der letzten im Bohrloch befindlichen Bohrstange eingefügt wurde. Dieser anhaltend hohe Druck von aufeinander rei­ benden metallischen Flächen kann hohe Temperaturen erzeu­ gen. Hiermit ist eine außerordentlich große Gefahr für das Entflammen von Bohrklein und/oder das Entzünden von Grubengas verbunden.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Bohrstange zu schaffen, bei der auch beim automatischen Kuppeln mit einer weiteren Bohr­ stange selbst bei hohem Andruck eine problemlose Kupplung von Steckzapfen und Muffe stattfinden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Demgemäß besitzen die zusammenzufügenden Mehrkantab­ schnitte von Steckzapfen und Muffe jetzt einen unsymme­ trischen Querschnitt. Es ist unabhängig von der Anzahl der Längskanten bzw. Längsnuten immer eine Längskante so­ wie eine Längsnut mehr als eine ebene Mitnahmefläche vor­ handen. Durch die von zwei Längskanten bzw. zwei Längsnu­ ten begrenzten, einmal konvex und einmal konkav gekrümm­ ten Oberflächen des Mehrkantabschnitts am Steckzapfen und des Mehrkantabschnitts in der Muffe kann, insbesondere beim automatischen Kuppeln von zwei Bohrstangen, mit Si­ cherheit gewährleistet werden, daß nach nicht ganz einer Relativumdrehung der anzukuppelnden Bohrstange zu der im Bohrloch befindlichen und ggf. mit weiteren Bohrstangen bereits gekuppelten Bohrstange der Steckzapfen der anzu­ kuppelnden Bohrstange sicher in die Muffe der im Bohrloch befindlichen Bohrstange gleitet und der Schnappstift in die Bohrung der dem konkav geformten Mehrkantabschnitt gegenüberliegenden Seite der Muffe einrastet. Auf diese Weise wird zweifelsfrei vermieden, daß sich über eine längere Zeit metallische Abschnitte unter hohem Druck aneinander reiben können und dadurch Temperaturen erzeugt werden, die leicht Bohrklein entflammen und/oder Grubengas entzünden können.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, daß das Kuppeln zweier Bohrstangen nunmehr wesentlich schneller erfolgen und damit eine Entspannungsbohrung in kürzerer Zeit hergestellt werden kann.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grundge­ dankens sind zur Sicherstellung einer einwandfreien zug- und druckfesten Kupplung von zwei Bohrstangen die Merk­ male des Anspruchs 2 vorgesehen.

Es hat sich im praktischen Einsatz gezeigt, daß insbeson­ dere beim automatischen Kuppeln zweier Bohrstangen der Schnappstift an einem Steckzapfen nicht immer in die ent­ sprechende Schnappstiftbohrung in der Muffe eingedrungen ist. Es konnte dann zwar beim weiteren Bohrvorgang das Bohrloch vertieft werden, weil die Drehmomentübertragung aufgrund der zumindest zum Teil in Kontakt befindlichen Mehrkantabschnitte sichergestellt war, indessen war es nicht möglich, nach dem Abbohren eines Bohrlochs und beim Zurückziehen des Bohrgestänges dann diejenigen Bohrstan­ gen ebenfalls aus dem Bohrloch zu entfernen, die sich im Bohrlochtiefsten hinter dem nicht ordnungsgemäß gekuppel­ ten Bereich befinden. In der Regel war dies mit dem kom­ pletten Verlust dieses Bohrgestängeabschnitts verbunden.

Auch wurde festgestellt, daß bereits in die Schnappstift­ bohrungen eingerastete Schnappstifte im Bohrloch so weit gegen die Rückstellkraft der auf sie lastenden Federn zu­ rückgedrückt wurden, daß beim Zurückziehen des Bohrge­ stänges aus dem Bohrloch, verbunden mit einer Rotation der Bohrstangen, die Kupplung zwischen den Bohrstangen aufgehoben wurde und dann der hinter diesem Kupplungsab­ schnitt liegende Bohrgestängestrang meistens ebenfalls im Bohrloch verbleiben mußte. Ursache für dieses Zurück­ drücken der Schnappstifte kann der Gasdruck im Bohrloch und/oder Bohrklein sein, das durch den nachschiebenden Druck des Gebirges auf den Schnappstift einwirkt.

Die zusätzliche Krampensicherung gemäß der Erfindung stellt nunmehr die einwandfreie Kupplung zweier Bohrstan­ gen sicher. Die Nuten im Steckzapfen sowie die Bohrungen in der Muffe sind gezielt so einander zugeordnet, daß die U-förmige Krampe erst dann durch die Bohrungen und die Nuten getrieben werden kann, wenn die zwei aneinander zu kuppelnden Bohrstangen in axialer Richtung ihre endgül­ tige Kuppelstellung erreicht haben. Dies bedeutet, daß auch bei einem durch Gas oder Bohrklein im Bohrloch ver­ lagerten Schnappstift das Zurückziehen des kompletten Bohrgestänges sichergestellt bleibt, weil die Krampe die einwandfreie Kupplung aufrechterhält. Die Krampe, die Bohrungen und die Nuten sind so ausgebildet, daß sie beim Ziehen eines Bohrgestänges die erforderlichen axialen Kräfte einwandfrei übertragen. Sie übernehmen jedoch keine Übertragung des Drehmoments beim Bohren.

Im Prinzip können die Nuten und die Bohrungen in jedem Längenbereich der Mehrkantabschnitte von Steckzapfen und Muffe angeordnet werden. Eine besonders vorteilhafte Aus­ führungsform wird jedoch in den Merkmalen des Anspruchs 3 erblickt.

Die spezielle Lage der Nuten und Bohrungen entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 4 trägt zur Fertigungser­ leichterung bei.

Aufgrund der Merkmale des Anspruchs 5 wird die Lagesiche­ rung der Krampe in den Bohrungen und in den Nuten noch mehr verbessert.

Dieser vorteilhaften Eigenschaft dienen auch die Merkmale des Anspruchs 6 bzw. des Anspruchs 7.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeich­ nungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläu­ tert. Es zeigen

Fig. 1 in der Seitenansicht, teilweise im axialen Längsschnitt, eine Bohrstange für ein Spül­ bohrgestänge,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung, teilweise im axialen Längsschnitt, einen Steckzapfen der Bohrstange,

Fig. 3 einen vertikalen Querschnitt durch die Dar­ stellung der Fig. 2 entlang der Linie III- III,

Fig. 4 einen vertikalen Querschnitt durch die Dar­ stellung der Fig. 2 entlang der Linie IV-IV,

Fig. 5 in vergrößerter Darstellung im vertikalen Längs schnitt eine Muffe der Bohrstange der Fig. 1,

Fig. 6 einen vertikalen Querschnitt durch die Dar­ stellung der Fig. 5 entlang der Linie VI-VI,

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Teil der Muffe der Fig. 5 und

Fig. 8 in der Seitenansicht eine Krampe.

Mit 1 ist in der Fig. 1 eine Bohrstange als Bestandteil eines ansonsten nicht näher dargestellten Spülbohrgestän­ ges zum untertägigen Entspannungsbohren bezeichnet.

Die Bohrstange 1 weist einen aus einem Rohr bestehenden und von einer Wendel 2 umgebenen mittleren Längenab­ schnitt 3 auf.

An das eine Ende dieses Längenabschnitts 3 ist ein aus den Fig. 2 bis 4 näher erkennbarer Steckzapfen 4 mit­ tels einer Kehlnaht 5 geschweißt. Der eine axiale Mehr­ stufenbohrung 6 aufweisende Steckzapfen 4 besitzt neben einem Anschlagflansch 7 einen zylindrischen Stutzen 8, der in den im Durchmesser erweiterten Endabschnitt 9 der Längsbohrung 10 im Längenabschnitt 3 eingesetzt ist.

Auf der dem Stutzen 8 abgewandten Seite des Anschlagflan­ sches 7 ist ein zylindrischer Dichtbereich 11 vorgesehen, der zugleich einen Führungsabschnitt bildet. Dieser Dichtbereich 11 weist, wie auch die Fig. 3 zu erkennen gibt, in symmetrischer Anordnung zwei zueinander parallel verlaufende tangentiale Nuten 12 auf. Die Nuten 12 besit­ zen einen rechteckigen Querschnitt.

Auf den zylindrischen Dichtbereich 11 folgt ein Mehr­ kantabschnitt 13 (siehe auch Fig. 4), der sechs sich axial erstreckende abgerundete Längskanten 14, fünf ebene Mitnahmeflächen 15 und eine konvex gekrümmte Oberfläche 16 aufweist. Der Radius R der konvex gekrümmten Oberflä­ che 16 entspricht dem Radius R1 des die Längskanten 14 umschließenden Kreises 17.

Das freie Ende des Steckzapfens 4 wird von einem zylin­ drischen Dichtbereich 18 mit in einer Nute 19 eingebette­ tem Dichtring 20 gebildet. Der Durchmesser dieses Dicht­ bereichs 18 ist kleiner als der des Dichtbereichs 11 am anderen Ende des Mehrkantabschnitts 13. Zwischen der Stirnseite 41 des Steckzapfens 4 und dem Dichtbereich 18 verläugt eine Fase 42.

Der Mehrkantabschnitt 13 wird von einer mehrstufigen Querbohrung 21 durchsetzt, deren Längsachse 22 sich parallel zu den Nuten 12 erstreckt. In dieser Querbohrung 21 ist ein Schnappstift 23 axial verlagerbar angeordnet und unter den Einfluß einer aus einer Schraubendruckfeder 24 bestehenden elastischen Rückstellkraft gestellt. Die Schraubendruckfeder 24 stützt sich einerseits an einem mit dem Schnappstift 23 verbundenen Teller 25 und ande­ rerseits an einer Scheibe 26 ab, die in der Querbohrung 21 fixiert ist.

Die am anderen Ende der Bohrstange 1 vorgesehene Muffe 27 ist mittels Reibschweißung an den mittleren Längenab­ schnitt 3 angesetzt. Sie ist umfangsseitig im wesentli­ chen zylindrisch gestaltet.

Wie die Fig. 1 und 5 bis 7 erkennen lassen, besitzt die Muffe 27 einen vom Querschnitt her an den Querschnitt des Mehrkantabschnitts 13 des Steckzapfens 4 angepaßten inneren Mehrkantabschnitt 28. Das heißt, dieser Mehr­ kantabschnitt 28 weist sechs Längsnuten 29, fünf Mitnah­ meflächen 30 und eine konkav gekrümmte Oberfläche 31 auf. Beiderseits des Mehrkantabschnitts 28 befinden sich zy­ lindrische Dichtbereiche 32 und 33, die von den Durchmes­ sern her an die Dichtbereiche 11 und 18 neben dem Mehr­ kantabschnitt 13 des Steckzapfens 4 angepaßt sind.

Ferner ist zu erkennen, daß die Muffe 27 im Bereich des der Stirnseite 34 benachbarten Dichtbereichs 32 von zwei außermittigen Bohrungen 35 durchsetzt ist, deren Abstand dem Abstand der Nuten 12 im Steckzapfen 4 entspricht. Die Bohrungen 35 schneiden den Dichtbereich 32.

Desweiteren ist die Muffe 27 im Längenabschnitt des Dichtbereichs 32 mit einer schrägen Einlaufnute 36 für den aus der Fig. 1 erkennbaren Schnappstift 23 versehen. Außerdem ist an dem der Stirnseite 34 der Muffe 27 abge­ wandten Ende des Mehrkantabschnitts 28 eine sich quer er­ streckende Schnappstiftbohrung 37 zur Aufnahme des Schnappstifts 23 angeordnet. Die Schnappstiftbohrung 37 weist, wie die Fig. 7 erkennen läßt, in Querrichtung eine ovale Konfiguration auf.

Bei der Kupplung zweier Bohrstangen 1 gemäß Fig. 1 wird jeweils ein Steckzapfen 4 der einen Bohrstange 1 in eine Muffe 27 der anderen Bohrstange 1 eingeführt, wobei auf­ grund der asymmetrischen Gestaltung der Mehr­ kantabschnitte 13, 28 des Steckzapfens 4 und der Muffe 27 in kürzester Zeit eine einwandfreie Ausrichtung der Bohr­ stangen 1 gewährleistet ist. Hat der Steckzapfen 4 die Kuppelstellung erreicht, rastet der Schnappstift 23 in die Schnappstiftbohrung 37 der Muffe 27 ein. Erst jetzt kann die aus der Fig. 8 erkennbare, bezüglich des Stegs 38 und der Schenkel 39 im Querschnitt rechteckige Krampe 40 durch die Bohrungen 35 und die Nuten 12 getrieben wer­ den, so daß die Zugsicherung zwischen zwei aufeinander folgenden Bohrstangen 1 einerseits durch den Schnappstift 23 sowie die Schnappstiftbohrung 37 und andererseits durch die Krampe 40 im Zusammenwirken mit den Bohrungen 35 und den Nuten 12 sichergestellt ist.

Bezugszeichenliste

1 Bohrstange
2 Wendel
3 mittlerer Längenabschnitt v. 1
4 Steckzapfen
5 Kehlnaht
6 Mehrstufenbohrung
7 Anschlagflansch
8 Stutzen
9 Endabschnitt v. 10
10 Längsbohrung in 3
11 Dichtbereich
12 Nuten in 11
13 Mehrkantabschnitt v. 13
14 Längskanten v. 13
15 Mitnahmeflächen
16 konvexe Oberfläche
17 Kreis um 14
18 Dichtbereich
19 Nute f. 20
20 Dichtring
21 Querbohrung in 13
22 Längsachse v. 21
23 Schnappstift
24 Schraubendruckfeder
25 Teller an 23
26 Scheibe
27 Muffe
28 Mehrkantabschnitt v. 27
29 Längsnuten v. 28
30 Mitnahmeflächen v. 28
31 konkave Oberfläche
32 Dichtbereich v. 27
33 Dichtbereich v. 27
34 Stirnseite v. 27
35 Bohrungen in 27
36 Einlaufnute
37 Schnappstiftbohrung
38 Steg v. 40
39 Schenkel v. 40
40 Krampe
41 Stirnseite v. 4
42 Fase an 4
R Radius v. 16
R1 Radius v. 17

Claims (7)

1. Bohrstange für ein Spülbohrgestänge, insbesondere zum Entspannungsbohren, welche an einem Ende einen Steck­ zapfen (4) und am anderen Ende eine Muffe (27) zur formschlüssigen Aufnahme eines Steckzapfens (4) auf­ weist, wobei der Steckzapfen (4) außenseitig und die Muffe (27) innenseitig jeweils einen Mehrkantab­ schnitt (13, 28) mit von axialen Längskanten (14) bzw. axialen Längsnuten (29) begrenzten Mitnahmeflä­ chen (15, 30) und beiderseits dieser Mehrkantab­ schnitte (13, 28) zylindrische Dichtbereiche (11, 18; 32, 33) besitzen, und daß der Steckzapfen (4) mit einem quergerichteten, unter dem Einfluß einer ela­ stischen Rückstellkraft (24) stehenden Schnappstift (23) und die Muffe (27) mit einer quergerichteten Schnappstiftbohrung (37) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei auf dem Umfang einander benachbarte Längskanten (14) des Mehrkantab­ schnitts (13) des Steckzapfens (4) eine konvex ge­ krümmte Oberfläche (16) und zwei auf dem Umfang ein­ ander benachbarte Längsnuten (29) des Mehrkantab­ schnitts (28) in der Muffe (27) eine konkav gekrümmte Oberfläche (31) begrenzen, wobei die Radien (R) der gekrümmten Oberflächen (16, 31) den Radien (R1) der die Längskanten (14) bzw. Längsnuten (29) um­ schließenden Kreise (17) entsprechen.

2. Bohrstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steckzapfen (4) zwei zueinander parallel verlaufende tangentiale Nu­ ten (12) und die Muffe (27) zwei im Abstand der Nuten (12) parallel zueinander verlaufende außermittige Bohrungen (35) zur Aufnahme einer U-förmigen Krampe (40) in dem der Lage der Nuten (12) im Steckzapfen (4) entsprechenden Steckbereich (32) aufweisen.

3. Bohrstange nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (12) in dem der Stirnseite (41) des Steckzapfens (4) abge­ wandten zylindrischen Dichtbereich (11) und die Boh­ rungen (35) in dem der Stirnseite (34) der Muffe (27) benachbarten zylindrischen Dichtbereich (32) angeord­ net sind.

4. Bohrstange nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (12) und die Bohrungen (35) sich parallel zur Verschiebeachse (22) des Schnappstifts (23) erstrecken.

5. Bohrstange nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (12) einen rechteckigen und die Bohrungen (35) einen runden Querschnitt aufweisen.

6. Bohrstange nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (38) und die Schenkel (39) der Krampe (40) einen rechteckigen Querschnitt besitzen.

7. Bohrstange nach einem der Ansprüche 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (38) und die Schenkel (39) der Krampe (40) einen runden Querschnitt besitzen.