DE2025404A1

DE2025404A1 - Shock absorber for a drill string

Info

Publication number: DE2025404A1
Application number: DE19702025404
Authority: DE
Inventors: Edward V. Corpus-Christi Tex. Bürge (V.St.A.)
Original assignee: Bossco Inc., Corpus Christi, Tex. (V.St.A.)
Priority date: 1970-05-25
Filing date: 1970-05-25
Publication date: 1971-12-02
Also published as: DE2025404C3; DE2025404B2

Abstract

Shock absorber for a drill string This is particularly used to protect the drill bit at the string's lower end, where a tubular housing is fitted. A tubular mandrel slides in the latter, which is suspended, to drive and rotate with it. The mandrel is connected to the bit and carries a pair of spaced seals to pack between it and the housing, where it makes a closed chamber. This chamber has non-compressible cushioning fluid and a check valve to prevent fluid flowing up above it. This resists the housing's downward reciprocation over the mandrel.

Description

Stoß£angvorrichtunE zur ein Bohrgestänge.Joint device for a drill pipe.

Die Erfindung betrifft eine Stoßfangvorrichtung für ein Bohrgestänge mit einem an dessen unterem Ende befestigten Bohreinsatz.The invention relates to a bumper device for a drill pipe with a drill bit attached to its lower end.

Beim Bohren treten -vielfach Stöße auf, die das Bohrgestänge in axialer Richtung belasten und die einen erhöhten Verschleiß des Bohrgestänges und des an diesem befestigten Bohreinsatzes herbeiführen.When drilling, there are multiple shocks that affect the drill rod in an axial direction Direction loading and the increased wear of the drill string and the on bring about this attached drill bit.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, den durch axiale Stoßbeanspruchungen auftretenden Verschleiß des Bohrgestänges und des Bohreinsatzes einschließlich der an diesem befestigten Schneiddiamanten auf möglichst wirkungsvolle Weise herabzusetzen.The invention was based on the object of the axial shock loads Occurring wear of the drill string and the drill bit including the to reduce this attached cutting diamond in the most effective way possible.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgerngß vorgeschlagen, daß im Verlauf des Bohrgestänges in der Nähe des Bohreinsatzes ein Rohrgehäuse eingesetzt ist> das in dem Rohrgehäuse eine mit diesem drehfest gekuppelte, mit dem Bohreinsatz verbundene Spindel gleitend angeordnet ist, daß auf die Spindel zwei an dieser und am Rohrgehäuse dichtend anliegende Dichtungselemente aufgesetzt sind, die zwischen sich einen abgeschlossenen Raum bilden, daß sich in diesem Raum eine inkompressible, die relative axiale Bewegung der Spindel gegenüber dem Rohrgehäuse bedämprende Flüssigkeit befindet, daß sich in dem Raum ein Steuerventil befindet} das den Strom der Flüssigkeit bei einer relativen Bewegung zwischen dem Rohrgehäuse und der Spindel steuert, und daß das Steuerventil eine Vorrichtung zur Drosselung des Flüssigkeitsstromes in Aufwärtsrichtung aufweist, die in Funktion tritt, sobald sich das Rohrgehäuse gegenüber der Spindel nach unten verschiebt.To solve this problem, it is proposed according to the invention that a tubular housing is inserted in the course of the drill string near the drill bit is> the one in the pipe housing that is coupled to the drill bit in a rotationally fixed manner connected spindle is slidably arranged that on the spindle two at this and sealing elements are placed on the pipe housing in a sealing manner, which between a closed space is formed so that an incompressible, the relative axial movement of the spindle with respect to the tubular housing dampening fluid is that there is a control valve in the room} that controls the flow of the liquid controls upon relative movement between the tubular housing and the spindle, and that the control valve has a device for throttling the flow of liquid in Has upward direction that comes into operation as soon as the tubular housing is opposite the spindle moves down.

Durch die erfindungsgemäß ausgebildete Stoßfangvorrichtung wird die Bohrleistung erheblich vergrössert, da die Lebensdauer des Bohreinsatzes vergrössert und hierdurch die Bohrkosten und die :tür das Bohren erforderliche Zeit verringert werden; ebenfalls behalten die am Bohreinsatz befestigten Diamanten nach der Bergung desselben einen grösseren Wert. Darüber hinaus wird der Bohreinsatz in einer solchen Weise in ständiger Auflage auf dem Bohrlochgrund gehalten, daß eine Beschädigung des Bohreinsatzes durch die Stoß- und Schlagweinwirkung Jederzeit durch die von der Stoßfangvorrichtung ausgeübte Hin- und Herbewegung verhindert wird.The inventive bumper device is the Drilling performance significantly increased as the life of the drill bit is increased and thereby reducing the cost of drilling and the time required for drilling will; also keep the diamonds attached to the drill bit after recovery it has a greater value. In addition, the drill bit is in such a Way kept in constant contact with the bottom of the borehole that damage of the drill bit due to the impact and impact at any time due to the reciprocating movement exerted on the bumper is prevented.

Außerdem werden eine Kornbildung und eine Materialermüdung beim Bohreinsatz und bei den anderen Teilen des Bohrgestänges vermieden, so daß sich deren Haltbarkeit verlängert. Da die Stoßfangvorrichtung eine gesteuerte Hin- und Herbewegung des Bohreinsatzes gegenüber dem Bohrgestänge zuläßt und eine konstante axiale Gegenkraft auf den Bohreinsatz ausübt, läßt es sich vermeiden, daß der Bohreinsatz und ebenso das übrige Bohrgestänge vom Bohrlochgrund angehoben werden müssen urddurch ein Umbohren beschädigt werden können. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn das Bohrgestänge von einem Schiff oder einer anderen schwimmenden Bohrplattform zum Zweck einer Unterwasserbohrung herabgelassen wird, wobei der Wellengang eine Hin- und Herbewegung des Bohrgestänges verursacht. Durch die nach der Erfindung ausgebildete Stoßfangvorrichtung wird die Relativbewegung zwischen der Spindel und ihrem Rohrgehäuse gedämpfte falls der Bohreinsatz auf eine harte Gesteinsschicht auftrifft; in besonderer Weise jedoch ist die erfindungsgemäße Stoßfangvorrichtung dazu vorgesehen, bei einer Unterwasserbohrung die durch Einwirkung des Wellenganges auf das Bohrgestänge verursache Relativbewegung zwischen der Spindel und dem Rohrgehäuse zu dämpfen.In addition, there will be grain formation and material fatigue when drilling and avoided in the other parts of the drill string, so that their durability extended. Since the bumper device is a controlled reciprocating movement of the Drill bit relative to the drill pipe and a constant axial counterforce exerts on the drill bit, it can be avoided that the drill bit and likewise the rest of the drill pipe must be lifted from the bottom of the hole and by drilling around can be damaged. This is of particular concern when the drill pipe from a ship or other floating drilling platform for the purpose of underwater drilling is lowered, the swell causing a reciprocating motion of the drill pipe caused. The bumper device designed according to the invention is the Damped relative movement between the spindle and its tubular housing if the drill bit hits a hard rock layer; in a special way, however, is that according to the invention Bumper device provided for an underwater borehole by the action the swell on the drill pipe causes relative movement between the spindle and to dampen the pipe housing.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Steuerventilanordnung vorgesehen, die ein'mit mehreren axialen Bohrungen versehenes Buchsenteil enthält, wobei in einige dieser Bohrungen ein den Durchfluß in Aufwärtsrichtung sperrendes Ventil eingesetzt ist. Hierdurch wird erreicht, daß die Aufwärtsbewegung der Spindel gegenüber dem Rohrgehäuse langsamer ist als die Abwärtsbewegung. In die von diesen Sperrventilen freien Bohrungen können einstellbare Drosselvorrichtungen eingesetzt sein, mit denen die jeweilige Durchflußgesohwindigkeit einstellbar ist und mit denen somit die gewünschte Geschwindigkeit für die Relativbewegung der Spindel gegenüber dem Rohrgehäuse in Aufwärts- und Abwärtsrichtung vorgegeben werden kann. Zur Übertragung einer Drehbewegung vom Rohrgehäuse auf die Spindel werden gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zwischen der Innenwand des Rohrgehäuses und der Außenwand der Spindel Lagerkugeln eingesetzt, wobei die.In a further embodiment of the invention, a control valve arrangement provided which contains a socket part provided with several axial bores, in some of these bores a flow in the upward direction blocking Valve inserted is. This ensures that the upward movement the spindle relative to the tubular housing is slower than the downward movement. In the bores free from these shut-off valves can be adjustable throttle devices be used, with which the respective flow rate can be adjusted and with which the desired speed for the relative movement of the spindle can be specified with respect to the tubular housing in the upward and downward direction. To transmit a rotary movement from the tubular housing to the spindle, according to a further embodiment of the invention between the inner wall of the tubular housing and the outer wall of the spindle bearing balls inserted, the.

Spindel mit Längsnuten versehen ist, die ein Teil der Lagerkugeln aufnehmen und eine Führung für die axiale Relattbewegung der Spindel gegenüber dem Rohrgehäuse bilden. Bei dieser Übertragung einer Drehbewegung wird die Beweglichkeit dieser Teile in axialer Richtung nicht beeinträchtigt.Spindle is provided with longitudinal grooves that form part of the bearing balls record and a guide for the axial relative movement of the spindle with respect to the Form tubular housing. With this transmission of a rotary movement, the mobility becomes these parts are not affected in the axial direction.

Nachfolgend wird ein Aus£dhrungsbeispiel ir Erfindung anhand einer Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 die Seitenansicht einer Stoßfangvorrichtung, die oberhalb eines Bohreinsatzes und seines Anschlußstückes in ein Bohrgestänge eingesetzt ist und sich in teilweise ausgefahrener Lage befindet; Fig. o 2-A und 2-B in vergrössertem Maßstab Längsschnitte durch das Bohrgestänge und die Stoßfangvorrichtung, wobei letzbere sich in ihrer voll zusammengeschobenen Lage befindet; Fig. 3 einen durch eine senkrechte Ebene gelegten Teilschnitt entlang der Linie )-) in Fig. 5 im Bereich der einstellbaren Drosselvorrichtungen; Fig. 4 in vergrössertem Maßstab Querschnitte entlang den Li-und 5 nien 4-4 bzw. 5-5 in Fig. 2-A; Fig. o in vergrössertem Maßstab einen Querschnitt entlang der.The following is an exemplary embodiment of the invention based on a Drawing described in more detail. In detail: FIG. 1 shows the side view of a Bumper device above a drill bit and its connector is inserted into a drill pipe and is in a partially extended position; Fig. 2-A and 2-B on an enlarged scale, longitudinal sections through the drill rods and the bumper, the latter being fully collapsed Location is located; 3 along a partial section taken through a vertical plane the line) -) in Fig. 5 in the area of the adjustable throttle devices; Fig. 4 on an enlarged scale cross-sections along the Li and 5 lines 4-4 and 5-5 in Fig. 2-A; Fig. O on an enlarged scale along a cross-section the.

Linie 6-6 in Fig. 2-B; Fig. 7 in perspektivischer Darstellung einen der zu den Dichtungseiementen gehörenden Druckringe in offener Stellung; Fig. 8 in vergrössertem Maßstab einen Querschnitt entlang der Linie 8-8 in Fig. 2-A mit einen der geschlossenen Sperrventile; Fig. 9 in vergrössertem Maßstab einen Längsschnitt entlang der Linie 9-9 in Fig. 8; Fig.10 eine der Fig. 9 ähnliche Darstellung mit einem Sperrventil in offener Stellung; Fig.11 die perspektivische Darstellung eines der Dichtungselernente; Fig. 12 eine Draufsicht auf ein Dichtungselement; Fig.15 in vergrössertem Maßstab einen Längsschnitt entlang der Linse 13-17 in Fig. 12; Fig. 14 Längsschnitte der Stoßfangvorrichtung und des Bohrgestän-und 14A ges bei voll auseinandergezogener Stoßfangvorrichtung. Line 6-6 in Figure 2-B; 7 shows a perspective illustration the pressure rings belonging to the sealing elements in the open position; Fig. 8 shows a cross-section along the line 8-8 in FIG. 2-A on an enlarged scale one of the closed check valves; 9 shows a longitudinal section on an enlarged scale along line 9-9 in Figure 8; FIG. 10 shows a representation similar to FIG. 9 a shut-off valve in the open position; 11 shows the perspective view of a the sealing element; 12 is a plan view of a sealing element; Fig.15 on an enlarged scale, a longitudinal section along the lens 13-17 in FIG. 12; 14 shows longitudinal sections of the bumper device and the drill rod and 14A at fully extended bumper.

Eine Stoßfangvorrichtungi ist oberhalb eines Anschlußstückes 3 nd eines Bohreinsatzes 4 in ein Bohrgestänge 2 einer Ölbohranlage eingesetzt. Letzteres hat eine Ausführung, wie sie für Bohrgestange bekannt ist, die zu Unterwasserbohrungen verwendet und von einer schwimmenden Bohrplattform oder einem Schiff aus herabgelassen werden, was jedoch nicht dargestellt ist. Auch wurde zur Vereinfachung der Darstellung die sonst übliche Verrohrung weggelassen. Die Stoßfangvorrichtung 1 enthält ein längsgestrecktes oberes Rohr stück 5, ein unteres Rohr stück 6 und eine ebenfalls längsgestreckte, rohrförmig ausgebildete Spindel 7, die sich teleskopartig durch die Innenräume der Rohrstücke 5 und 6 erstreckt und an ihrem unteren Ende in einen vergrösserten Kopfteil 8 übergeht, de#mit der Spindel 7 eine konstruktive Einheit bildet. Die Rohrstücke 5 und 6 bilden ein Rohrgehäuse. Am oberen Ende des oberen Rohrstückes 5 ist ein Muffenstück 9 von grösserem Durchmesser vorgesehen, das mit dem am unteren Ende des Bohrgestänges 2 befindlichen Steckteil 10 durch ein Gewinde verbunden ist. (Fig.A bumper device is above a connector 3 nd a drill bit 4 inserted into a drill string 2 of an oil drilling rig. The latter has a design as it is known for drill rods used for underwater drilling used and lowered from a floating drilling platform or ship but this is not shown. Also has been made to simplify the illustration the usual piping has been omitted. The bumper device 1 includes a elongated upper pipe piece 5, a lower pipe piece 6 and a likewise elongated, tubular spindle 7, which extends telescopically extends through the interiors of the pipe sections 5 and 6 and at their lower end merges into an enlarged head part 8, the spindle 7 is a constructive one Unity forms. The pipe sections 5 and 6 form a pipe housing. At the top of the upper pipe section 5 is a socket piece 9 of larger diameter is provided, with the plug-in part 10 located at the lower end of the drill pipe 2 a thread is connected. (Fig.

2). Die aneinandestossenden Enden der Rohrstücke 5 und 6 haben jeweils ein Innengewinde und sind miteinander durch einen Buchsenteil 11 verbunden, der mit einem Außengewinde versehen ist und der gleichzeitig den Körper einer Steuerventilanordnung 12 bildet (Fig. 2-A und 5). Der Kopfteil 8 hat an seinem unteren Ende einen mit Gewinde versehenen Steckteil 13 von kleinerem Durch messer, der in einen oberen Muffenteil des Anschlußstückes 7 eingeschraubt ist (Fig. 2-B). Der Koffkeil 8 wird durch einen Ringbund 14 in einem bestimmten Abstand zu dem unteren Rohrstück 6 gehalten, wobei der Ringbund 14 zu einer Buchse 15 gehört, die in das untere Ende des Rohrstückes 6 eingeschraubt ist. In gleichem Abstand auf einem Kreisbogen sind an der Unterseite des Ringbundes 14 nach unten weisende Klauen 16 vorgesehen, die mit entsprechenden Klauen 17 zusammenwirken, die aus der Oberseite des Kopfteiles 8 herausragen (Fig. 6). Die Klauen 16 und 17 sollen eine direkte Verbindung zwischen dem Kopfteil 8 und dem unteren Rohrstück Ó herstellen, wenn die Stoßfangvorrichtung sich in ihrer voll zusammengeschobenen Lage befindet (Fig. 2,2-A und 2-B).2). The abutting ends of the pipe sections 5 and 6 each have an internal thread and are connected to each other by a socket part 11, the is provided with an external thread and which is at the same time the body of a control valve assembly 12 (Figures 2-A and 5). The head part 8 has a with at its lower end Threaded male part 13 of smaller diameter, which is in an upper The socket part of the connector 7 is screwed in (Fig. 2-B). The Koffkeil 8 is held at a certain distance from the lower pipe section 6 by an annular collar 14, wherein the collar 14 belongs to a socket 15 which is inserted into the lower end of the pipe section 6 is screwed in. Equally spaced on an arc are at the bottom of the collar 14 downwardly facing claws 16 provided with corresponding Cooperate claws 17 which protrude from the top of the head part 8 (Fig. 6). The claws 16 and 17 are intended to establish a direct connection between the head part 8 and the lower piece of pipe Ó when the bumper is in its fully collapsed position (Fig. 2, 2-A and 2-B).

Der innere Durchmessedes Rohrstückes 6 ist größer als der Außendurchmesser der Spindel 7, so daß am unteren Ende des Rohrstückes O Buchse 15 unci am oberen Ende desselben die Steuerventilanordnung 12 angeordnet werden können, während die Spindel 7 sowohl durch die Steuerveritilanordnung 12 als auch durch die Buchse 15 in axialer Richtung gleitend hindurchgeführt ist. Zwischen der Steuerventilanordaung i2 w:ia der Buchse 15 sind an der Außenseite der Spindel 7 Ausnetirnuigen vorgesehen, die Auflageflächen 18 für ein Dichtungselement 19 bilden9 letzteres dient als Dichtung zwischen dem unteren Rohrstück 6 und der Spindel 7 (Figo 2tA)o Das Dichtungselement 19 enthält eine zylindrische Di¢htmuSfe 20 aus geeignetem elastischen Material und Druckringe 21* die an der Ooerseite und der Unterseite der Dichtmuffe 20 aufliegen Wie am besten aus den Fig. 11 bis 15 erkennbar, sind die obere und die untere Stirnfläche der Dichtmuffe 20 mit in radialer Richtung V- förmigen Ringnuten 22 versehen, in die entsprechend ausgebildete Auflageflächen 23 der Druckringe 21 hineinpassen (Fig. 7).The inner diameter of the pipe section 6 is larger than the outer diameter the spindle 7, so that at the lower end of the pipe section O socket 15 unci at the top End of the same the control valve assembly 12 can be arranged while the Spindle 7 through both control valve assembly 12 and bushing 15 is slid through in the axial direction. Between the control valve arrangement i2 w: ia the bush 15 are provided on the outside of the spindle 7 Ausnetirnuigen, the support surfaces 18 for a sealing element 19 form9 the latter serves as a seal between the lower pipe section 6 and the spindle 7 (Figo 2tA) o The sealing element 19 contains a cylindrical diaphragm 20 made of suitable elastic Material and pressure rings 21 * on the top and bottom of the sealing sleeve 20 rest As can best be seen from FIGS. 11 to 15, the upper and the lower end face of the sealing sleeve 20 with annular grooves V-shaped in the radial direction 22, in the correspondingly designed bearing surfaces 23 of the pressure rings 21 fit in (Fig. 7).

Beide Druckringe 21 sind zweiteilig ausgeführt beide Teile sind durch ein Gelenk 24 verbunden und in der Schließlage durch einen Steckzapfen 25 und einer Bohrung 26 festgehalten.Both pressure rings 21 are made in two parts, both parts are through a joint 24 connected and in the closed position by a plug pin 25 and one Hole 26 held.

Die Dichtmuffe 20 hat an ihrer Außenseite und ihrer Innenseite sich in radialer Richtung erstreckende, geneigte Schlitze 27, die in bestimmten Abstand voneinander in das Material eingeschnitten sind, um die Flexibilität desselben zu vergrössern. Auf dem oberen Ende der Spindel 7 ist zwischen von unten her angreifenden Auflageflächen 51 und von oben her angreifenden Gewinderingen 32 und 55 ein weiteres Dichtelement 28 angeordnet, das genauso ausgebildet ist we das Dichtelement 19 und eine Dichtmuffe 29 und Druckringe 50 aufweist; die Gewinderinge 32 und 3) sind auf dem oberen Ende der Spindel 7 mit Hilfe eines Gewindes verschraubt (Fig. 2). Das obere Rohrstück 5 ist mit einem Senkraum 34 von grösserem Durchmesser als den der Spindel 7 versehen, so daß im oberen Teil des Senkraumes 54 das D chtelement 28 Platz findet, welches eine die Spindel 7 vollständig umgebende Abdichtung darstellt.The sealing sleeve 20 has on its outside and its inside extending in the radial direction, inclined slots 27, which at a certain distance cut into the material from each other in order to increase the flexibility of the same enlarge. On the upper end of the spindle 7 is between attacking from below Support surfaces 51 and threaded rings 32 and 55 acting from above are another Sealing element 28 is arranged, which is designed in the same way as the sealing element 19 and a sealing sleeve 29 and pressure rings 50; the threaded rings 32 and 3) are open screwed to the upper end of the spindle 7 with the aid of a thread (Fig. 2). That upper pipe section 5 is with a cavity 34 of larger diameter than that of the Spindle 7 is provided so that in the upper part of the cavity 54 the sealing element 28 There is space, which represents a seal completely surrounding the spindle 7.

An unteren Ende des oberen Rohrstückes 5 ist ein ähnlicher Senk,-Yaurl. 55 vorgesehen, uni die Steuerventilanordnung 12 unterbringen zj können. Im Bereich zwischen den beiden Senkräumen 54 und 35 hat das obere rohrstück 5 einen Durchlaß 56 von etwas grösserem Durchmesser als dem der Spindel 7. Der Durchlaß 56 stellt eine Verbindung zwischen den beiden Senkräumen 54 und 55 und dem Innenraum des Rohrstückes 6 oberhalb des Dichtelementes 19 her. Zwischen den Dichtelementen 19 und 28 ist durch den Durchlaß 56, die Senkräume 54 und 55 und den Innenraum des unteren Rohr stückes 6 ein Raum gebildet, in dem eine inkompressible Flüssigkeit enthalten ist, die zum Dämpfen der teleskopartigen Relativbewegung zwischen der Spindel 7 und den Rohrstücken 5 und 6 dienen kann.At the lower end of the upper pipe section 5 is a similar sink, -Yaurl. 55 provided, uni can accommodate the control valve assembly 12 zj. In the area between the two sink spaces 54 and 35, the upper pipe section 5 has a passage 56 of slightly larger diameter than that of the spindle 7. The passage 56 represents a connection between the two sink spaces 54 and 55 and the interior of the pipe section 6 above the sealing element 19 ago. Between the sealing elements 19 and 28 is through the passage 56, the sink spaces 54 and 55 and the interior of the Lower tube piece 6 formed a space in which an incompressible liquid is included, which to dampen the telescopic relative movement between the Spindle 7 and the pipe sections 5 and 6 can be used.

Die Steuerventilanordnung 12 soll die Flüssigkeitsströmung zwischer, dem Innenraum des unteren Rohrstückes 6 und dem SerLkraum 54 des oberen Rohr stückes 5 steuern; dieser Flüssigkeitsstrom verläuft durch den Senkraum 3 und den Durchlaß 56 des oberen Rohrstückes 5. Die Steuerventilanordnung 12 hat eine Vielzahl von Bohrungen 57 (Fig. 2-A) und 38 (Fig. 5), die sich in axialer Richtung durch den als Ventilkörper dienenden Buchsenteil 11 erstrecken. Die Bohrungen 57 und 38 erhalten günstigerweise einen gleichen Abstand voneinander und werden in abweeh'selnder Verteilung zueinander angeordnet.The control valve assembly 12 is intended to control the flow of liquid between, the interior of the lower pipe section 6 and the SerLkraum 54 of the upper pipe piece 5 controls; this liquid flow runs through the sink space 3 and the passage 56 of the upper pipe section 5. The control valve assembly 12 has a plurality of Bores 57 (Fig. 2-A) and 38 (Fig. 5), which extend in the axial direction through the Socket part 11 serving as a valve body extend. The holes 57 and 38 received Conveniently an equal distance from each other and are in a deviating distribution arranged to each other.

Unterhalb einer jeden Bohrung 57 ist das untere Ende des Buchsenteiles 11 gescilitzt, um eine verhältnismäßig große Aussparung 39 herzustellen, die zur Anordnung eines an der Unterseite anliegenden und die Bohrung 37 sperrenden Ventildeckels 4C dient (Fig.Below each bore 57 is the lower end of the socket part 11 gescilitzt to produce a relatively large recess 39, which for Arrangement of a valve cover resting on the underside and blocking the bore 37 4C is used (Fig.

8-10). Jeder Ventildeckel 40 ist kreisförmig, und jede Bohrung 57 ist so weit vergrössert, daß sie einen Ventilsitz 41 entsprechend der Größe eines-Ventildeckels 40 hat. Zwei mit Öffnungen versehene, parallele Ansätze 42 erstrecken sich vom Umfang eines Ventildeckels 40 aus in seitliche Richtung, so daß sie einen Stift 45 aufnehmen können, der quer durch den Buchsenteil 11 verläuft und in diesem in gesiBneter Weise als Gelenk befestigt ist.8-10). Each valve cover 40 is circular, and each bore 57 is enlarged so far that it has a valve seat 41 corresponding to the size of a valve cover 40 has. Two apertured, parallel lugs 42 extend from the periphery a valve cover 40 from in the lateral direction so that they receive a pin 45 can, which runs transversely through the socket part 11 and in this in a sealed manner is attached as a hinge.

Zwisohen den beiden Ansätzen 42 ist auf den Stift 45 eine Feder 44. aufgesetzt, die den Ventildeckel 40 auf den Ventilsitz 41 drückt. Der als Ventilkörper dienende Buchsentcil 11 ist mit einer Aussparung 45 versehen, um die Ansätze 42 und die Feder 44 unterzubringen. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß der Durchfluß durch die Bohrungen 57 in Aufwärtsrichtung gesperrt wird, wenn sich die Spindel 7 gegenüber den Rohrstücken 5 und 6 nach oben bewegt, während das Durchströmen der Flüssigkeit in Abwärtsrichtung möglich ist, wenn sich die Spindel 7 gegenüber den Rohrstücken 5 und 6 nach unten bewegt.Between the two lugs 42 is a spring 44 on the pin 45. placed, which presses the valve cover 40 onto the valve seat 41. The one as a valve body The socket part 11 serving is provided with a recess 45 in order to accommodate the lugs 42 and to accommodate the spring 44. This arrangement ensures that the flow is blocked by the bores 57 in the upward direction when the spindle 7 relative to the pipe sections 5 and 6 moved upwards, while the flow through the Liquid in Downward direction is possible when the spindle is 7 relative to the pipe sections 5 and 6 moved downwards.

Die durch die Bohrungen 58 verlaufende Strömung kann durch Drosselzapfen 46 reguliert werden, die durch in entsprechender Ausrichtung angeordnete, radiale Bohrungen 47 und 48 geführt sind, die sich ihrerseits im ohren Rohrstück 5 und im Buchsenteil 11 befinden und in die Bohrungen 38 münden (Fig. 5 und 5). Die im Rohrstück 5 befindlichen Bohrungen 47 sind mit einem Gewinde versehen, das mit dem Außengewinde der äußeren Enden 49 der Drosselzapfen 46 in Eingriff steht. Ein Kopfstück 50 hat die Form einer Halbkugel mit etwa demselben Durchmesser wne die Bohrungen 58.The flow passing through the bores 58 can flow through throttle pins 46 are regulated, which are arranged in a corresponding orientation, radial Bores 47 and 48 are guided, in turn in the ear piece of pipe 5 and in Socket part 11 are located and open into the bores 38 (FIGS. 5 and 5). The one in the pipe section 5 located holes 47 are provided with a thread with the external thread the outer ends 49 of the throttle pin 46 is engaged. Has a head piece 50 the shape of a hemisphere with approximately the same diameter as the bores 58.

Das Kopfstück 50 bildet das innere Ende eines jeden Drosselzapfens 46 und ermöglicht die Veränderung des freien Strömungsquer schnittes innerhalb der Bohrungen 38 in einer solchen Weise, daß durch Verdrehen der Drosselzapfen 46 nach außen oder nach innen der Strömungsquerschnitt voll freigegeben oder nahezu vollständig gesperrt ist. Somit kann die Geschwindigkeit der Hin- und Herbewegung der Spindel 7 durch Beeinflussung der durch die Bohrungen 37 und 58 verlaufenden Strömung gesteuert werden, wobei diese Bewegung der Spindel in Aufwärtsrichtung viel langsamer verläuft als die Abwärtsbewegung; dieses ist auf das Absperren der Bohrungen 37 durch die Ventildeckel 40 zurücltzuführen, denn bei der genannten Aufwärtsbewegung kann allein duch die Bohrungen 38 Flüssigkeit hindurchtreten. Zur Erzielung einer guten Abdichtung gegenüber dem Umfang der Spindel 7 sind U-förmige Dichtringe 51 in die innere Zylinderfläche des Buchsenteiles 11 eingesetzt (Fig. 5 und 8).The head piece 50 forms the inner end of each throttle pin 46 and enables the change of the free flow cross-section within the Bores 38 in such a way that by turning the throttle pin 46 after outside or inside the flow cross-section is fully released or almost completely Is blocked. Thus, the speed of the reciprocating movement of the spindle 7 controlled by influencing the flow passing through the bores 37 and 58 this movement of the spindle is much slower in the upward direction as the downward movement; this is due to the blocking of the holes 37 through the Return valve cover 40, because during the above-mentioned upward movement can alone through the holes 38 pass liquid. To achieve a good seal opposite the circumference of the spindle 7 are U-shaped sealing rings 51 in the inner cylinder surface of the socket part 11 used (Fig. 5 and 8).

Um auf die Spindel 7 ohne Beeinträchtigung der Hin- und Herbewegung in axialer Richtung eine Drehbewegung übertragen zu können, ist die gleitende Verbindung zwischen der Spindel 7 und dem oberen Rohrstück 5 durch mehrere Lagerkugeln 52 gebildet. Wie aus Fig. 2-A und Fig. 4 hervorgeht, sind in die Außenseite der Spindel 7 Längsnuten 53 eingelassen, die eine Führung für die Lagerkugeln 52 bilden und in gleichmäßigem Abstand zueinander angeordnet sind. Eine aus vier Längsnuten 53 bestehende Anordnung -ist günstig, so daß die Längsnuten 53 und die ihr zugeordneten Lageflr¼ kugeln 52 paarweise und sich diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Es hat sich aber auch bestätigt, daß zwei in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnete radiale Paare von Lagerkugelnaausreichen sind, obwohl eine grössere Anzahl von ihnen vorgesehen werden kann. Durch die Wandung des oberen Rohrstückes 5 erstrecken sich radiale Ausnehmungen -54, durch die die Lagerkugeln 52 in die Längsnuten 53 eingeführt werden können und deren äußere Teile 55 so stark vergrössert sind, daß in diese Gewinde stopfen 56 entsprechenderGröBe als Halterung für die Lagerkugeln 5 eingeschraubt werden können. Das innere Ende eines jeden Gewindestopfens 56 ist mit einer halbkugelförmigen Ausnehmung verstehen, die als Lagerfläche 57 dient und mit einer Lagerkugel 52 in Eingriff steht. Durch diese Anordnung der Lagerkugeln 52 wird es möglich, eine freie Beweglichkeit zwischen der Spindel 7 und den Rohrstücken 5 und 6 zuzulassen und gleichzeitig zwischen diesen Teilen eine Drehbewegung zu übertragen. Die für die Längsnuten 53 erforderliche Länge ist von dem gewünschten Hub der Spindel 7 abhängig.To get on the spindle 7 without affecting the reciprocating motion To be able to transmit a rotary movement in the axial direction is the sliding connection formed between the spindle 7 and the upper pipe section 5 by a plurality of bearing balls 52. As can be seen from Fig. 2-A and Fig. 4, are in the outside of the spindle 7th Longitudinal grooves 53 let in, which form a guide for the bearing balls 52 and in are arranged evenly spaced from one another. One consisting of four longitudinal grooves 53 Arrangement -is favorable, so that the longitudinal grooves 53 and their associated Lageflr¼ balls 52 are arranged in pairs and diametrically opposite one another. It has but also confirms that two are arranged at a certain distance from each other radial pairs of bearing balls are sufficient, although a greater number of them can be provided. Extending through the wall of the upper pipe section 5 radial recesses -54 through which the bearing balls 52 are inserted into the longitudinal grooves 53 can be and the outer parts 55 are enlarged so much that in this Thread plug 56 of appropriate size screwed in as a holder for the bearing balls 5 can be. The inner end of each threaded plug 56 is hemispherical in shape Understand the recess that serves as a bearing surface 57 and is provided with a bearing ball 52 in Engagement is. This arrangement of the bearing balls 52 makes it possible to have a free To allow mobility between the spindle 7 and the pipe sections 5 and 6 and at the same time to transmit a rotary movement between these parts. The for the The length required for longitudinal grooves 53 depends on the desired stroke of the spindle 7.

In der in den Fig. 14 und 14-A dargestellten Lage ist die Stoßfangvorrichtung 1 vollständig auseinandergezogen, wobei sich das untere Dichtelement 19 im unteren Ende des unteren Rohrstückes 6 in der Nähe der Buchse 15 befindet; in dieser Stellung erstreckt sich ein ausreichend langer Teil der Spindel 7 aus dem Rohrstück 6 heraus nach unten, so daß der Kopfteil 8 von der Buchse 15 einen beträchtlichen Abstand hat. Ferner befindet sich das obere Dichtelement 28 im unteren Teil des Senkraumes 54 im oberen Rohrstück 5. Dies hat zur Folge, daß der größte Teil der Flüssigkeit, die sloh in dem durch die Senkräume 34 und 35, den Durchlaß 56 und dem Innenraum des unteren Rohrstückes 6 gebildeten Raum befindet, damit gleichzeitig auch unterhalb der Steuerventilanordnung 12 liegt. Da die Ventildeckel 40 durch die Federn 44 geschlossen gehalten werden und da die Flüssigkeit nur durch die Bohrungen 58 hindurch nach oben verdrängt werden kann, wird die Bewegung der Spindel 7 nach oben gebremst. Wie zuvor bereits beschrieben, läßt sich diese Bremswirkung durch eine Verstellung der Drosselzapfen 46 nach innen vergrössern, da hierdurch der freie Strömungsquerschnitt der Bohrungen 38 verkleinert wird.The bumper device is in the position shown in FIGS. 14 and 14-A 1 completely pulled apart, with the lower sealing element 19 in the lower The end of the lower pipe section 6 is located in the vicinity of the socket 15; in this position a sufficiently long part of the spindle 7 extends out of the pipe section 6 downward, so that the head part 8 from the socket 15 a considerable distance Has. Furthermore, the upper sealing element 28 is located in the lower part of the cavity 54 in the upper pipe section 5. This has the consequence that most of the liquid, the sloh in that by the sinks 34 and 35, the passage 56 and the interior of the lower pipe section 6 is the space formed, so at the same time is also below the control valve assembly 12. Since the valve cover 40 by the springs 44 are kept closed and there the liquid only through the bores 58 can be displaced upwards through it, the movement of the spindle 7 according to braked above. As already described above, this braking effect can be achieved an adjustment of the throttle pin 46 inwards, since this increases the free The flow cross-section of the bores 38 is reduced.

Wenn der Bohreinsatz 4 auf eine harte Gesteinsschicht trifft bewegt sich die Spindel 7 entsprechend der Strömungsdrosselung in den Bohrungen 58 nach oben. Die unterhalb der Steuerventilanordnung 12 befindliche Flüssigkeit dämpft die auf die Spindel 7 einwirkende Stoßbelastung und wird mit der Aufwärtsbewegung des unteren Dichtelementes 19 langsam durch die Bohrungen 38 nach oben gedrückt.When the drill bit 4 hits a hard rock layer, moves the spindle 7 moves according to the flow restriction in the bores 58 above. The liquid located below the control valve assembly 12 cushions the shock load acting on the spindle 7 and becomes with the upward movement of the lower sealing element 19 is slowly pushed up through the bores 38.

Sobald die nach oben wirkende Belastung beendet ist, drückt das Gewicht der Spindel 7, des Anschlußstückes 3 und des Bohreinsatzes 4 die Spindel 7 zumindest so weit nach unten daß sie sich in ihrer teilweise auseinandergezogenen Lage befindet (Fig. 1).As soon as the upward load is over, the weight pushes the spindle 7, the connecting piece 3 and the drill bit 4, the spindle 7 at least so far down that it is in its partially expanded position (Fig. 1).

Da das obere Dichtungselement 28 die Flüssigkeit nach unten drückt, öffnen sich die Ventildeckel 40 und lassen eine Strömung auch durch die Bohrungen 57 zu; somit kann sich die Spindel 7 viel schneller nach unten bewegens als es in Aufwärtsrichtung möglich ist.Since the upper sealing element 28 pushes the liquid down, open the valve covers 40 and let a flow through the bores 57 to; thus the spindle 7 can move downwards much faster than in FIG Upward direction is possible.

Die Stoßfangvorrichtung ist beim Herstellen einer Unterwasserbohrung also von besonderem Nutzen, wenn das Bohrgestänge 2 von einem Schiff oder einer schwimmenden Bohrplattform aus herabgelassen wird. Während einer solchen Bohrung ist das ganze Bohrgestänge einer durch den Wellengang verursachten Hin- und Herbewegung ausgesetzt, durch die der Bohreinsatz ständig auf den Bohrlochgrund gestoßen wird. Infolge der durch die Stoßfangvorrichtung bewirkten Dämpfung wird die Gefahr daß der Bohreinsatz durch die heftige Hin- und Herbewegung beschädigt wird, erheblich herabgesetzt. Falls es gewünscht wird, kann das Bohrgestänge 2 gegenüber der Spindel 7 so weit nach unten gedrückt werden, daß die Klauen 16 und 17 miteinander in Eingriff kommen und die übe die Lagerkugeln 52 und die Längsnuten 53 erfolgende Drehmomentübertragung unterstützen (Fig. 2-B). Wie bereits erwähnt, hält die Stoßfangvorrichtung das auf den Bohreinsatz 4 wirkende Belastungsgewicht konstant, da sie eine gesteuerte Relativbewegung zwischen dem Rohrgehäuse und der Spindel 7 zuläßt und das Abheben des Bohreinsatzes vom Bohrlochgrund berhindert.The bumper device is in the process of making an underwater bore So of particular use when the drill string 2 from a ship or a floating drilling platform is lowered from. During such a drilling is the whole drill pipe of a back and forth movement caused by the swell exposed, through which the drill bit is constantly pushed to the bottom of the borehole. As a result of the damping caused by the bumper device, there is a risk that the drill bit damaged by the violent back and forth movement is significantly reduced. If desired, the drill pipe 2 can opposite the spindle 7 are pressed down so far that the claws 16 and 17 together come into engagement and the exercise of the bearing balls 52 and the longitudinal grooves 53 taking place Assist torque transfer (Fig. 2-B). As already mentioned, the bumper holds the load weight acting on the drill bit 4 is constant because it is a controlled one Relative movement between the tubular housing and the spindle 7 allows and the lifting of the drill bit obstructed by the bottom of the hole.

Claims

A n p r ~ c h e

1. Bumper provision for a drill pipe with one on the lower one Drill bit attached at the end, indicating that in the Course of the drill rod (2) in the vicinity of the drill bit (4) a pipe housing (Pipe sections 5,6) is used that in the pipe housing (pipe stacks 5, 6) with a this non-rotatably coupled spindle (7) connected to the drill bit (4), sliding is arranged that on the spindle (7) two on this and on the pipe housing (pipe sections 5,6) sealing elements (19, 28) are placed in a sealing manner, which between a closed space is formed so that an incompressible, the relative axial movement of the spindle (7) with respect to the pipe housing (pipe sections 5,6) damping liquid is that there is a control valve arrangement in the space (12) is located, which controls the flow of liquid with relative movement between the pipe housing (pipe sections 5,6) and the spindle (7) controls and that the control valve assembly (12) a device for throttling the flow of liquid in the upward direction which comes into function as soon as the pipe housing (pipe sections 5,6) is opposite the spindle (7) moves downwards.

2. Shock absorber according to claim 1, characterized in that the control valve assembly (12) one the flow rate in outward and Downward direction controlling device (throttle pin 46), with which the relative movement between the pipe housing (pipe sections 5,6) and the spindle (7) in these directions is controllable.

). Bumper device according to claim 1, characterized in that the control valve arrangement (12) is provided with a plurality of axial bores (57, 38) Socket part (11) contains and that in some (37) of these bores a flow in the upward direction blocking valve (valve cover 40) is used.

4. bumper device according to claim 3, characterized in that in the area of the bores provided with blocking valves (valve cover 40) () 7) further bores (38) are provided in the socket part 11), the flow of which in both Directions by means of an adjusting device (throttle pin 46) is adjustable.

5. bumper device according to claim 3 or 4, characterized in that that the pipe section (5j containing the control valve arrangement (12) has radial bores (47, 48), which are connected to the valve-free axial bores (38) stand that in the radial bores (47, 48) provided with thread throttle pin (46) are used, which penetrate into the axial bores () 8), and that the inner part (head piece 50) of the throttle pin (46) the shape of the axial bore (38) is adapted so that in addition to a position that fully releases the bore (38) a position that fully blocks the bore () 8) can be set.

6. bumper device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that between the inner wall of the tubular housing (5, 6) and the outer wall of the spindle (7) with these in rotationally fixed engagement bearing balls (D2) are used and that the spindle (7) is provided with longitudinal grooves (53) which form part of the bearing balls (52) and a guide for the axial relative movement of the spindle (7) opposite the pipe housing (pipe sections 5,6).