DE2100504A1

DE2100504A1 - Einrichtung zur Entwicklung einer Be lastung der Bohrlochsohle beim Bohren

Info

Publication number: DE2100504A1
Application number: DE19712100504
Authority: DE
Inventors: Junj S Wasilew Boris A Moskau Nikitin Jury J Dazenko Wladimir A Ljuberzij Popow Wjatscheslow M . Semenow Jury D Kildibekow Walenj A Moskau Biktschurin Talgat N Almetewsk Wasilew, (Sowjetunion) M
Original assignee: Wsesojusnij nautschno lssledowatelskij Institut borowoj techmki, Moskau
Priority date: 1970-01-07
Filing date: 1971-01-07
Publication date: 1971-09-30
Also published as: DE2100504B2; GB1339051A; FR2075975B1; FR2075975A1; DE2100504C3; CA950891A

Description

LLüMr:.-·;- u. L'JYKEN

80.XJ Mu η cn en 22
Zwöibrückenstr. 4

Vsesojuznyj nauSno-issledo- 8. April 1971

vatel'skij institut burovoj w/tt

techniki, ^^/mi Moskau / UdSSR

P 21 OO 504.9 P 34 831/2

Einrichtung zur Entwicklung einer Belastung der Bohrlochsohle beim Bohren

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bohrkolonnen, die in Anlagen zum Lochbohren im Erdboden und in Gesteinen ihren Einsatz finden, insbesondere auf Einrichtung zur Entwicklung einer Belastung an der Bohrlochsohle beim Bohren. Diese Einrichtungen können mit größtem Erfolg beim Lochbohren in festen Gesteinen eingesetzt werden, wo erhebliche Axialbelastun gen an der Bohrlochsohle unbedingt einwirken müssen.

Bekannt sind Einrichtungen zur Entwicklung einer Belastung an der Bohrlochsohle, welche einen Zylinder und mit diesem teleskopisch zusammenwirkende Stange mit Kolben enthalten.

Die Einrichtung wird in eine Bohrkolonne mit dieser gleich-

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achsig eingebaut und zwar derart, daß der Zylinder am oberen der beiden benachbarten Rohre und die Stange am unteren befestigt werden.

Bevor die Einrichtung eingesetzt wird, werden die Stange und Kolben in ihre Ausgangsstellung (obere Totlage) versetzt. Dabei stützt sich der untere Teil der Bohrkolonne, der mit der Kolbenstange der Einrichtung verbunden ist, über den Bohrmeißel auf die Bohrlochsohle und verbleibt im zusammengedrückten Zustand, während der Kolonnenoberteil, der mit dem Zylinder der Einrichtung in Verbindung steht, am Haken der Bohranlage über der Erde hängt und sich unter Zugbelastung befindet.

In diesen Einrichtungen entwickelt sich eine Belastung der Bohrlochsohle beim Lochbohren durch das hydraulische Druckgefälle im Kolben der Einrichtung in der in die Bohrkolonne gepumpten Flüssigkeit.

Diese Belastung ist eine statische Druckkraft, welche vom Kolben an die Bohrlochsohle (über die KolbeiB tauge der Einrichtung, den Bohrkolonnenunterteil und Bohrmeißel) übertragen wird und somit das Durchbohren des Gesteins sichert.

Mit der Gesteinszerstörung an der Bohrlochsohle und Weiterniederbringung des Bohrlochs wird der Unterteil der Bohrko lonne mit dem Bohrmeißel nach unten versetzt und, mit diesem

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zusammen bewegt sich auch in bezug auf den Zylinder der Einrichtung die mit dem Unterteil der Bohrkolonne verbundene Kolbenstange mit dem Kolben. Dieser Vorgang verläuft, solange der Kolben seine untere Totlage im Zylinder nicht erreicht hat. Ist diese erreicht, so wird der Oberteil der Bohrkolonne nach unten um die Kolbenhubgröße in der Einrichtung verschoben und der Bohrvorgang in der Bohrung setzt sich fort.

Ein Nachteil dieser Einrichtungen zur Entwicklung einer Belastung an der Bohrlochsohle beim Lochbohren besteht darin, daß diese nur die statische Komponente der Axialkraft, die beim Lochbohren an der Bohrlochsohle eingreift, entwickeln und verändern.

Es ist bekannt, daß die axiale Belastung an der Bohrlochsohle auch eine dynam^ische Komponente mit einschließt, die in Form von Impulsen entsprechend den Axial schwingungen des Bohrmeißels beim Abwälzen dessen Fräser an der Bohrlochsohle einsetzt. g

Die Kennziffern des Bohrvorganges wie die Geschwindigkeit der Niederbringung des Bohrlochs und die auf einen Bohrmeißel bezogene Niederbringung hängen im wesentlichen von der Größe und Art der dynamischen Komponente der an der Bohrlochsohle eingreifenden Axialbelastung ab.

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Der Erfindung ist die Aufgabe zugrundegelegt, eine Einrichtung zur Entwicklung einer Belastung an der Bohrlochsohle beim Lochbohren zu erarbeiten, "Vermittels welcher sich nicht nur die statische Komponente der Axialbelastung der Bohrlochsohle, sondern auch die Größe und Art der dynamischen Komponente dieser Belastungen erzeugen und "verändern läßt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolben der Einrichtung aus auf einer Achse liegenden und wechselnd angeordneten zylindrischen Außen- bzw. Innenringen zusammengesetzt ist, von welchen jeder Ring einen beweglichen Keil zwischen zwei mit diesem benachbarten Hingen darstellt.

Sachgemäß sollen die Außen- bzw. Innenringe an ihren in Berührung kommenden Flächenabschnitten einander entsprechende Außen- bzw. Innenkegelflächen aufweisen.

Eine der Ausführungsvarianten der Erfindung besteht darin, daß die Außen- und Innenringe auf der Stange zwischen dem am oberen freien Stangenende ausgeführten ELngansate und Unterdeckel des Zylinders beweglich aufsitzen.

Eine andere Abänderung der Erfindungsausführung beruht darauf, daß die Außen- und Innenringe auf einem Zapfen des oberen Eohrs der Bohrkolonne beweglich aufgesetzt sind, dessen unteres Ende in einen axialen Kanal der Kolbenstange eingeht und die Möglichkeit besitzt, sich dort in axialer Richtung

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zu versetzen, und daß diese Ringe zwischen oberer Stirnfläche der Kolbenstange und oberem Zylinderboden angeordnet sind.

Die aufbaumäßige Lösung der erfindungsgemäßen Einrichtung ermöglicht es, eine dynamische Belastung an die Bohrlochsohle durch Umformung der Impulse der Axial schwingungen, welche in den Bohren der Bohrkolonne beim Abwälzen der Bohrlochsohle mit Fräsern des Bohrmeißels entstehen, zu entwickeln. Diese Schwingungen als Zug- und Druckimpulse verbreiten sich in der Bohrkolonne und erreichen dann die in diese Kolonne eingebaute Einrichtung.

Der Satz von gleichachsigen, zylindrischen Eingen, die miteinander auf Kegelflächen zusammenwirken, stellt eine Art des Detektors der axialen Schwingungen der Bohrrohre dar, durch welchen je nach Bedarf eine Verstärkung bzw. Abschwächung der Druck- bzw. Zugimpulse am unteren Ende der Bohrkolonne zustandekommt.

Nachstehend wird eine Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen angeführt, es zeigt:

Fig. 1 Bohrkolonne mit in diese eingebauter Einrichtung zur Entwicklung einer Belastung an der Bohrlochsohle beim Lochbohren (teilweise längsgeschnitten) in schematischer Darstellung;

• ·

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Fig. 2 dieselbe mit zweiter Ausführung der Einrichtung (teilwei se läng sge schnitten)·

Die Einrichtung zur Entwicklung einer Belastung an der Bohrlochsohle beim Lochbohren enthält einen Zylinder 1 (Fig. 1 und 2), in dem eine Stange 2 mit dem Kolben 3 untergebracht ist, welche beide mit dem Zylinder 1 teleskopisch zusammenwirken.

Die Einrichtung wird in eine Bohrkolonne 4 zwischen zwei anliegenden Rohren 5 und 6 gleichachsig eingebaut und weist einen durchgehenden axialen Kanal 7 zum Durchgang der Spülflüssigkeit durch die Einrichtungen und Rohre der Bohrkolonne 4 an den Bohrmeißel 8 auf, der in Drehung vermittels eines Sohlenmotors 9» der am untersten Rohr 10 der Bohrkolonne 4 festsitzt, versetzt wird.

Der Oberteil des Zylinders 1 der Einrichtung wird durch Schraubenverbindung 11 an dem anliegenden oberen Rohr 5 der Bohrkolonne 4 befestigt, während dessen Unterteil mit einem Deckel 1a endet, durch dessen Mittelbohrung die hohle Kolben-

stange 2 hindurchgeht. Am oberen freien, im Zylinder 1 befindlichen Ende der Stange 2 ist ein Ringansatz 2a vorhanden und mit/ihrem Unterende ist die Stange 2 mit einem unteren Rohr 6 vermittels Schraubenverbindung 12 verbunden.

Der Kolben 3 der Einrichtung ist aus gleichachsig angeordne-

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ten zylindrischen Außenringen 13 zu sanimenge stellt, zwischen denen zylindrische Innenringe 14- kleineren Durchmessers gleichachsig mit den ersteren angeordnet werden, wobei die Innenringe 14 Keile zwischen zwei mit ihnen benachbarten Außenringen 13 darstellen.

Auf den Berührungsabschnitten weisen die Hinge 13 und 14-Kegelflächen auf, und zwar die Innenringe 14- je zwei Außenkegelflachen 15» die Außenringe 13 de zwei innere Kegelflächen 16. Eine Ausnahme stellen der obere und untere Außen-

ring 13 dar, die nur je eine dem anstoßenden Innenring 14- zu- ^ gewandte Kegelfläche besitzen.

In der ersten, in der Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsversion der Einrichtung sitzen die Außen- und Innenringe 13 bzw. 14- beweglich auf der Stange 2 zwischen dem Bingansatz 2a des oberen Endes der Stange 2 und dem Deckel 1a des Zylinders 1.

In dieser Variante nimmt die Stange 2 ihre äußerste Gberstellung im Zylinder 1 ein.

In der zweiten Ausführung der Einrichtung, welche in Fig. 2 dargestellt ist, besteht das kennzeichnende Merkmal, durch welches sich diese von der ersten Ausführung unterscheidet, darin, daß die Einge 13 und 14- auf einem Zapfen 17 des oberen anliegenden Bohrs 5 der Bohrkolonne 4- aufgesetzt sind, der mit seinem unteren Ende in den axialen Kanal der Stange 2

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hineingeht und die Möglichkeit hat, sich dort zu bewegen. Die Binge 13 und 14 befinden sich dabei zwischen dem oberen Zylinderboden 18 und der oberen Stirnfläche 19 der Stange 2, die bei dieser Ausführung ihre äußerste Unterstellung im Zylinder 1 einnimmt.

Die Einrichtung zur Entwicklung einer Belastung an der Bohrlochsohle beim Lochbohren arbeitet wie folgt.

Beim Abwälzen der Bohrlochsohle durch nicht mitabgebildete Fräser des Meißels 8 entstehen über den ganzen Querschnitt der Bohrkolonne 4 über dem Bohrmeißel 8 axiale Schwingungen der Bohrkolonne 4 in Form von Zug- bzw. Druckimpulsen, die sich in der Bohrkolonne 4 aufwärts fortpflanzen und die Stange 2 der Einrichtung erreichen.

Weitere Arbeit der Einrichtung hängt davon ab, welche der obenbeschriebenen Ausführungen der Einrichtung zur Anwendung gelangt.

Wird die erste Variante (Fig. 1) benutzt, so rufen die Zugimpulse eine Verstellung der Stange 2 nach unten hervor, die mit ihrem Eingansatz 2a den oberen Außenring 13 ebenfalls nach unten verstellt, wodurch eine Gegenverschiebung der Außen- und Innenringe 13 bzw. 14 auf deren kegeligen Berührungsflächen 16 und 15 einsetzt. Infolge der bei dieser Gegenverschiebung der Ringe 13 und 14 entstehenden Beibungs-

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kräfte werden die Zugimpulse in beträchtlichem Maße gedampft. Die Druckimpulse, nachdem sie die Stange 2 erreicht haben, werden in dieser Ausführung dagegen von deren freien Oberende zurückgeworfen (da die Einge 13 urd 14· nur bei ihrem Zusammendruck eingreifen) und kehren zum Bohrmeißel 8 als Zughalbwellen zurück.

In der zweiten Ausführung der Einrichtung (i*ig. 2) verstellen die Zugimpulse die Stange 2 nach unten, von ihrem freien Ende zurückgworfen, kehren sie zum Bohrmeißel 8 als Druckim- j pulse zurück, während die Druckimpulse die Stange 2 hochheben und durch Reibung bei Zusammenwirkung der Einge 13 und 14· an den anstoßenden Kegelflächen 15 "und 16 gedämpft werden.

Der Dämpfungsgrad der Impulse der einen Art und die Verstärkungsgröße der anderen Impulse, sowie die Art der dynamischen Belastung des Bohrmeißels 8 sind von der Einbaustelle der Einrichtung in der Bohrkolonne 4- abhängig und werden durch Schwingungsfrequenzen ermittelt.

Aus Obengesagtem folgt, daß die vorgeschlagene Einrichtung wie ein Detektor d. er axialen Schwingungen der Bohrkolonne arbeitet. Dieses Merkmal der erfindungsgemäßen Einrichtung gestattet es, die Wirksamkeit des Lochbohrens beträchtlich zu steigern.

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Claims

40 2 I0050A LL;. -λ L. J VKEN 81Λ.Ό M ι. η ί. π en 22 4 8. April 1971 EZ/Hu P 21 OO 504.9 P 34 831/2 Pat entansp rüche

1. Einrichtung zur Entwicklung einer Belastung an der Bohrlochsohle beim Lochbohren, in der der Zylinder und mit diesem teleskopisch zusammenwirkende Stange mit Kolben in der Bohrkolonne gleichachsig eingebaut ist und einen durchgehenden Kanal zum Durchgang der Spülflüssigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) aus gleichachsig wechselnd angeordneten zylindrischen Außen- und Innenringeii (13 bzw. 14) zusammengesetzt ist, von denen Jeder einen beweglichen Keil zwischen zwei mit ihm benachbarten Ringen darstellt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichriet, daß die Außen- und Innenringe (13 bzw. 14) an ihren Berührungsabschnitten entsprechende innere und äußere Kegelflächen (16 bzw. 15) besitzen.

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen- und Innenringe (13 bzw. 14·) auf der Stange (2) zwischen dem Bingansatz (2a) am freien Oberende der Stange (2) und unteren Deckel (1a) des Zylinders (1) beweglich aufgesetzt sind.

4-, Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen- und Innenringe (13 bzw. 14·) an einem Zapfen (17) des oberen Rohrs (5) der Bohrkolonne (4-) beweglich angeordnet sind, dessen unteres Ende in den axialen Ji Kanal (7) der Stange (2) hineingeht und in diesem beweglich gelagert ist, und daß die Binge (13 und 14·) zwischen der oberen Stirnfläche (19) der Stange (2) und dem oberen Boden (18) des Zylinders (1) untergebracht sind.

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