DE2043828C - Bohreinrichtungen für Tiefbohrungen - Google Patents

Description

richtige Verhältnis zwischen Drehzahl und Bohrdruck den Bohrfortschritt und die Standzeit der Bohrkrone. Es ist auch bereits bekannt, das Verhältnis zwischen Bohrdruck und Drehzahl bei innen- und außenliegenden Schneiden eines Bohrmeißels mittels Zwischenschaltung von Getrieben besser aufeinander abzustimmen. Bei solchen bekannten Bohreinrichtungen üegt das dazu erforderliche Getriebe zwischen dem Bohrstrang und den Bohrschneiden. Weiterhin ist hier die Anordnung und Ausbildung des Getriebes S3 gewählt, daß Hauptbohrschneide und Nebcnbohrschneide die gleiche Drehrichtung haben. Dice bekannten Bohreinrichtungen besitzen einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau und können deshalb nur in relativ großen Bohrlochdurchmessern verwendet werden.

Ausgehend von der vorstehend aufgezeigten Problematik und den bekannten Bohreinrichtungen lijgr der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bohr-.zir.richtung für Tiefbohrungen zu schaffen, die mehrere Bohrkronen besitzt und bei der das Untersetzungsgetriebe auf engstem Raum untergebracht werden kann, so daß es auch für kleinere Bohrloch-(iurchmesser geeignet ist. Im übrigen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen.

Ausgehend von der bekannten Bohreinrichtung für Tiefbohrungen mit dem Bohrantrieb außerhalb des Bohrloches, insbesondere für Rotary-Bohranlagen, welche ein Bohrgestänge mit Schwerstange und einer ersten Bohrkrone aufweist, wobei zwischen die Schwerstange und eine zweite Bohrkrone ein Untersetzungsgetriebe geschaltet ist, welches von einem auf der Schwerstange gelagerten Gehäuse umgeben wird, wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, daß konzentrisch um die Schwerstange unter Zwischenschaltung des Untersetzungsgetriebes ein Halter mit der zweiten Bohrkrone gelagert ist, welche konzentrisch um die erste Bohrkrone angeordnet ist, und das Gehäuse eine Vorrichtung für die Abstützung an der Bohrlochwand und somit für die Festlegung des Gehäuses aufweist.

Im Gegensatz zu den bekannten Bohreinrichtungen, bei denen die Antriebe der Nebenbohrkronen in radialer Richtung vom Bohrgestänge abzweigen, gestattet die erfindungsgemäße Anordnung des Untersetzungsgetriebes zwischen der Schwerstange und dem Halter für die zweite Bohrkrone eine Anordnung der Getriebeteile in Längsrichtung des Bohrgestänges, so daß es auch in Bohreinrichtungen für kleinere Bohrlochdurchmesser benutzt werden kann. Bei einer praktischen Ausführungsform kann das Untersetzungsgetriebe aus einem Planetcnradgctriebe bestehen, dessen Sonnenrad mit der Schwerstange und dessen Außenzahnkranz mit dem Halter verbunden sind, während die Planetenräder auf im Gehäuse befestigten Achsen gelagert sind, so daß die beiden Bohrkronen gegenläufig angetrieben werden. Wenn weiterhin der Halter und das Gehäuse topfförmig ausgebildet, konzentrisch ineinander angeordnet und aufeinander abgestützt werden, dann können im Innenraum des Halters zwei Planctenradgctriebe im Abstand übereinander angeordnet sein, damit alle Teile zur Drehachse der Schwerstange zentriert werden und nicht verkanten können.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht die Abstützung des Gehäuses gegen Drehung an der Bohrlochwand aus einer Schraubenfeder, deren Steigung der Drehrichtung des Halters entspricht. Die Abstützung des Gehäuses an der Bohrlochwand ist deshalb erforderlich, weil sonst das Untersetzungsgetriebe mit der Schwerstange umlaufen könnte und beide Bohrkronen die gleiche Drehzahl erhielten. Wenn die Steigung der Schraubenfeder vom Gehäuse ausgehend der Drehrichtung der Schwerstange entspricht, dann wird die Schraubenfeder durch den Reibungswiderstand zur Bohrlochwand ίο aufgeweitet und blockiert schließlich die Drehbewegung des Gehäuses. In diesem Zustand muß sich •der Halter mit der zweiten Bohrkrone mit einer durch das Untersetzungsgetriebe vorgegebenen kleineren Drehzahl entgegengesetzt zur Schwerstange und damit auch entgegengesetzt zur ersten Bohrkrone drehen.

Damit das Einführen des Bohrgestänges in und das Herausziehen aus dem Bohrloch keine sonderlichen Schwierigkeiten bereiten, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Schraubenfeder am oberen und unteren Ende konisch auszubilden. Wenn sich die Schraubenfeder trotzdem beim Einführen in oder Herausziehen aus dem Bohrloch verklemmer, sollte, genügt es, das Bohrgestänge in entgegengesetzter Richtung zu drehen, wobei sich dann die Schrauben- »5 feder im Durchmesser zusammenschiebt und den Widerstand ohne weiteres überwindet.

Für eine Bohreinrichtung für Tiefbohrungen mit dem Bohrantrieb im Bohrloch, insbesondere für Bohrturbinen, welche einen Rohrstrang mit Schwerstange und einer ersten Bohrkrone aufweist, wobei zwischen dem Bohrantrieb und einer zweiten Bohrkrone ein Untersetzungsgetriebe geschaltet und das Getriebe von einem auf dem Bohrantrieb gelagerten Gehäuse umgeben ist, wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß konzentrisch um den Bohrantrieb und die erste Bohrkrone unter Zwischenschaltung des Untersetzungsgetriebes ein Halter mit der zweiten Bohrkrone gelagert ist, welche konzentrisch um die erste Bohrkrone angeordnet ist, und das Gehäuse eine Vorrichtung für die Abstützung an der Schwerstange und somit für die Festlegung des Gehäuses aufweist. Sowohl bei Rotary-Bohranlagen als auch bei Bohrturbinen können die beiden Bohrkronen crfindungsgemäß zweckmäßig stufenförmig zueinander angeordnet sein.

In der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen werden die crfindungsgemäßen Bohreinrichtungen für Rotary-Bohranlagen und für Turbinenbohrer beispielhaft erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 den unteren Teil eines Bohrgestänges einer Rotary-Bohranlage in Ansicht,

Fig. 2 dasselbe Bohrgestänge in vergrößerter Darstellung entlang de* Linie H-II in Fig. 1 geschnitten, Fig. 3 dasselbe Bohrgestänge entlang der Linie III-III in Fig. 2 geschnitten,

F i g. 4 verschiedene Querschnittsformen für eine Schraubenfeder,

Fig. 5 den unteren Abschnitt eines Bohrgestänges mit einer Bohrturbine in Ansicht.

Bei dem in den F i g. I bis 4 dargestellten Bohrgestänge einer Rotary-Bohranlage ist am unteren F.ndc eines Bohrgestänges I mit einer Vcrbindungsnuiffe 2 eine Schwerstange 3 befestigt. Am unteren Ende der Schwerstange 3 ist eine Bohrkrone 4 befestigt. Das Bohrgestänge I, die Schwerstange 3 und die Bohrkrone 4 sind mit einem durchgehenden Kanal 5 für die (nicht dargestellte) Spülung versehen.

Auf der Schwerstange 3 ist ein Gehäuse 6 drehbar gelagert. In dem Gehäuse ist ein Halter 7 für eine zweite Bohrkrone 8 mit größerem Durchmesser als die Bohrkrone 4 angeordnet. Das Gehäuse 6 und der Halter 7 stützen sich mit einem Wälzlager 9 aufeinander ab.

Zwischen der Schwerstange 3 und dem Halter 7 sind zwei Planetenradgetriebe 11, 12 angeordnet. Jedes Planetenradgetriebe besteht aus einem auf der Schwerstange 3 befestigten Sonnenrad 13, vier Planetenrädern 14 und einem am Halter 7 befestigten Außenzahnkranz 15. Die Planetenräder 14 sind auf Achsen 16 gelagert, die am oberen Ende im Gehäuse 6 und am unteren Ende in einem Ring 17 befestigt sind, der mit einem Wälzlager 18 drehbar gegen den Halter 7 gelagert ist.

Zwischen den beiden Bohrkronen 4, 8 ist ein Wälzlager 19 angeordnet.

Das über das Bohrgestänge 1 aufgebrachte Drehmoment wird von der Schwerstange 3 direkt auf die Bohrkrone 4 und über die Planetenradgetriebe 11, 12 indirekt auch auf die Bohrkrone 8 übertragen. Die beiden Planetenradgetriebe 11, 12 untersetzen die Drehzahl und bewirken gleichzeitig eine gegenläufige Drehrichtung der Bohrkrone 8 zur Bohrkrone 4.

Damit sich der Halter 7 für die Bohrkrone 8 zuverlässig in entgegengesetzter Richtung zur Schwerstange 3 mit der Bohrkrone 4 dreht, muß das Gehäuse 6 mit den Achsen 16 für die Planetenräder 14 gegen die Bohrlochwand 21 abgestützt werden. Das geschieht mit einer am Gehäuse 6 befestigten Schraubenfeder 22. Die Steigung der Schraubenfeder 22 verläuft ausgehend vom Gehäuse 6 im Uhrzeigersinn und stimmt mit der Drehrichtung der Schwerstange 3 überein. Die Reibungskräfte zwischen der Schraubenfeder 22 und der Bohrlochwand 21 versuchen die Schraubenfeder im Durchmesser aufzuweiten, so daß eine zuverlässige Arretierung gegen die Bohrlochwand 21 zustande kommt, wenn das Gehäuse 6 sich in der gleichen Richtung zu drehen versucht wie die Schwerstange 3.

Die beiden Bohrkronen 4, 8 sind stufenförmig zueinander angeordnet, so daß die (nicht dargestellte) Spülung nach dem Austritt aus dem Kanal 5 der Bohrkrone 4 auch das von der Bohrkrone 8 erzeugte Bohrklein aufnimmt und in dem Spalt zwischen dem

ίο Gehäuse 6 und der Bohrlochwand 21 hochträgt.

Infolge der durch die beiden Planetenradgetriebe 11, 12 bewirkten Untersetzung der Drehzahl der Bohrkrone 4 zur Bohrkrone 8 sind die Schnittgeschwindigkeiten der beiden Bohrkronen 4, 8 an der Bohrlochsohle annähernd gleich groß.

Die Schraubenfeder 22 kann die in der F i g. 4 dargestellte Querschnittsform besitzen. Am oberen Ende ist die Schraubenfeder 22 mit einem Ring 23 auf der Bohrstange 1 geführt.

ao Bei der in der F i g. 5 dargestellten Bohreinrichtung ist am unteren Ende einer Schwerstange 31 eine Bohrturbine 32 angeordnet, deren Welle eine Bohrkrone 33 antreibt. Über der Bohrkrone 33 ist stufenförmig eine weitere Bohrkrone 34 mit größerem Durchmesser angeordnet, die von einem Halter 35 in entgegengesetzter Richtung angetrieben wird. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Halter 35 und der Welle für die Bohrkrone 33 ein Untersetzungsgetriebe angeordnet, mit welchem die von der Bohrturbine 32 erzeugte Drehzahl der Welle untersetzt und auf den Halter 35 für die Bohrkrone 34 übertragen wird.

Die Erfindung kann auch auf Bohreinrichtungen mit mehr als zwei, beispielsweise drei Bohrkronen angewendet werden. Wichtig ist dabei nur, daß die von den verschiedenen Bohrkronen abzubohrendci· Flächen etwa gleich groß sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 2 die erste Bohrkrone (33) angeordnet ist, und das Patentansprüche: Gehäuse eine Vorrichtung für die Abstützung an der Schwerstange (31) und somit für die Fest-

1. Bohreinrichtung für Tiefbohrungen mit dem legung des Gehäuses aufweist.

Bohrantrieb außerhalb des Bohrloches, ins- 5 10. Bohreinrichtung nach den Ansprüchen 1 besondere für Rotary-Bohranlagen, welche ein bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bohrgestänge mit Schwerstange und einer ersten Bohrkronen (33; 34) stufenförmig zueinander anBohrkrone aufweist, wobei zwischen die Schwer- geordnet sind,
stange und eine zweite Bohrkrone ein Untersetzungsgetriebe geschaltet ist, welches von einem io

auf der Schwerstange gelagerten Gehäuse umgeben wird, dadurchgekennzeichnet,
daß konzentrisch um die Schwerstange (3) unter

Zwischenschaltung des Untersetzungsgetriebes (11 Die Erfindung betrifft eine Bohreinrichtung für

bis 17) ein Halter (7) mit der zweiten Bohrkrone 15 Tiefbohrungen mit dem Bohrantrieb außerhalb des (8) gelagert ist, welche konzentrisch um die erste Bohrloches, insbesondere für Rotary-Bohranlagen, Bohrkrone (4) angeordnet ist, und das Gehäuse welche ein Bohrgestänge mit Schwerstange und einer

(6) eine Vorrichtung für die Abstützung an der ersten Bohrkrone aufweist, wobei zwischen die Bohrlochwand (21) und somit für die Festlegung Schwerstange und eine zweite Bohrkrone ein Unterdes Gehäuses (6) aufweist. 20 setzungsg«;triebc geschaltet ist, welches von einem auf

2. Bohreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch der Schwerstange gelagerten Gehäuse umgeben wird, gekennzeichnet, daß die beiden Bohrkronen (4; Weiterhin betrifft die Erfindung eine Bohreinnch-8) stufenförmig zueinander angeordnet sind. tung für Tiefbohrungen mit dem Bohrantrieb im

3. Bohreinrichtung nach den Ansprüchen 1 Bohrloch, insbesondere für Bohrturbinen, welche und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Unter- 25 einen Rohrstrang mit Schwerstange und einer ersten Setzungsgetriebe aus einem Planetenradgetriebe Bohrkrone aufweist, wobei zwischen dem Bohr-(11, 12) besteht, dessen Sonnenrad (13) mit der antrieb und einer zweiten Bohrkrone ein Unter-Schwerstange (3) und dessen Außenzahnkranz Setzungsgetriebe geschaltet und das Getriebe von

(15) mit dem Halter (7) verbunden sind, während einem auf dem Bohrantrieb gelagerten Gehäuse umdie Planetenräder (14) auf im Gehäuse (6) be- 30 geben ist.

festigten Achsen (16) gelagert sind. Bei bekannten Bohrgestängen für Rotary-Bohr-

4. Bohreinrichtung nach den Ansprüchen 1 anlagen ist am unteren Ende eine Schwerstange anbis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter geordnet, die durch ihr Gewicht den erforderlichen

(7) und das Gehäuse (6) topfförmig ausgebildet, Bohrdruck erzeugen soll und an deren unterem Ende konzentrisch ineinander angeordnet und aufeinan- 35 die Bohrkrone befestigt wird. Die Drehzahl der der abgestützt sind. Schwerstange entspricht der Drehzahl der Bohrkrone.

5. Bohreinrichtung nach den Ansprüchen 1 Ähnlich liegen die Verhältnisse bei bekannten Bohrbis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Halter (7) turbinen, bei denen die Bohrkrone über einen Wellenzwei Planetenradgetriebe (11, 12) im Abstand verbinder mit einer aus der Turbine am unteren Ende übereinander angeordnet sind. 40 herausragenden Welle verbunden ist. Die Drehzahl

6. Bohreinrichtung nach den Ansprüchen I der Welle entspricht auch hier der Drehzahl der Bohrbis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen krone. Diese bekannten Bohreinrichtungen für Tief-

(16) für die Planetenräder (14) am oberen Ende bohrungen, ganz gleich, ob letztere nach dem Rotaryin dem Gehäuse (6) und am unteren Ende in Bohrverfahren oder mit Bohrturbinen hergestellt wereinem drehbar im Boden des Halters (7) gelager- 45 den, haben den Nachteil, daß am unteren Ende ten Ring (17) befestigt sind. immer nur eine bestimmte Drehzahl für die Bohr-

7. Bohreinrichtung nach den Ansprüchen 1 krone abgenommen werden kann, ganz gleich, welbis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich- chen Durchmesser das Bohrloch hat.

tung zur Abstützung des Gehäuses (6) an der Der Bohrdruck, gemessen zwischen der Bohrkrone

Bohrlochwand (21) aus einer Schraubenfeder 50 und der Bohrlochsohle, und die Drehzahl der Bohr-(22) besteht, deren Steigung der Drehrichtung des krone sind neben der Art und Charakteristik des zu Halters (7) entspricht. durchteufenden Gesteins, der Ausbildung der Bohr-

8. Bohreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch krone, dem Bohrlochdurchmesser und der Effektivigekcnnzcichnct, daß die Schraubenfeder (22) am tat des Spülstromes die wichtigsten Parameter für den oberen und unteren Ende konisch ausgebildet ist. 55 Bohrfortschritt. Die Erfahrung hat gezeigt, daß für

9. Bohrcinrichtung für Tiefbohrungen mit dem jede Formation, d. h. Gesteinsbohrfestigkeit, ein ganz Bohrantrieb im Bohrloch, insbesondere für Bohr- bestimmtes Verhältnis zwischen der Drehzahl und turbinen, welche einen Rohrstrang mit Schwer- dem dabei anzuwendenden Bohrdruck gewählt wer-· stange und einer ersten Bohrkrone aufweist, den muß, um einen optimalen Bohrfortschritt zu erwobei zwischen dem Bohrantrieb und einer zwei- 60 zielen. Hinzu kommt, daß die Drehzahl auch maßten Bohrkrone ein Untersetzungsgetriebe gc- geblich die Standzeit der Bohrkrone bestimmt. Als schallet und das Getriebe von einem auf dem Faustregel gilt, daß in weichem Gestein ein größerer Bohrantrieb gelagerten Gehäuse umgeben ist, da- Bohtdruck auch einen größeren Bohrfortschritt erdurch gekennzeichnet, daß konzentrisch um den möglicht, während in hartem und stark scheuerndem Bohrantrieb (32) und die erste Bohrkrone (33) 65 Gestein eine geringe Drehzahl den Bohrfortschritt unter Zwischenschaltung des Untersetzungs- und auch die Meterleistung der Bohrkrone steigert, gctricbcs ein Halter (35) mit der zweiten Bohr- Insbesondere beim Durchbohren von Formationen krone (34) gelagert ist, welche konzentrisch um mit sehr hartem Gestein bestimmt deshalb das