DE2107805C - Bohrwerkzeug, insbesondere fur Tief bohrungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrwerkzeug, insbesondere für Tiefbohrungen, mit einem an einem Bohrrohrstrang angebrachten Drehbohrmeißel und einem mit diesem verbundenen Druckimpulserzeuger mit einem axialen Einlaßkanal für die Bohrspülung, einem ersten Impulskanal mit einem Einlaß für die Aufnahme von Bohrspülung aus dem Einlaßkanal und einem daran anschließenden zweiten, den Ring"· raum um den Bohrmeißel einschließenden Impulskanal für die Weiterleitung der Bohrspülung in Richtung auf die Bohrlochsohle, wobei von dem Druckimpulserzeuger eine negative Druckimpulswelle in det Bohrspülung erzeugt wird, die die Impulskanäle zut Bohrlochsohle hin durchwandert.

Bei einem bekannten Bohrwerkzeug dieser ArI werden die Druckimpulswellen mit Hilfe von Diffusorkanälen eines Oszillators erzeugt und durch cir Ankopplungsgerät über die Bohrspülung zur Bohrlochsohle hin übertragen. Der sich an den ersten Impulskanal anschließende zweite Impulskanal diem dabei zugleich der Umkehrung der Phasenlage dci über den ersten Impulskanal zugeführten elastischen sinusförmigen Schwingungen mit im Schallbereicr

liegender Frequenz, mit deren Hilfe periodische Druckverringerungen an der Bohrlochsohle, periodische Erhöhungen der Bc'irmeißellast sowie periodische Erhöhungen der Strahlgeschwindigkeit der aus dem Bohrmeißel austretenden Bohrspülung herbeigeführt werden.

Eine derartige Ausgestaltung des Bohrwerkzeuges erfordert auf Grund der Ausgestaltung des Druckimpulserzeugers als Oszillator mit Diffusorkanälen einen erheblichen Bauaufwand und verlangt eine exakte Abstimmung der Kanäle im Ankopplungsgerät. um die geeignete Phasenbeziehung für die Ausgangsschwingungen des Oszillators sicherzustellen. Der sinusförmige Schwingungsverlauf hat einen

kann vorgesehen sein, daß der Druckimpulserzeuger ein Außengehäuse aufweist, das an seinem oberen Bereich mit dem Bohrstrang und in seinem unteren Bereich mit dem Drehbohrmeißel verbunden ist, ein sich innerhalb des Außengehäuses von dessen oberem Bereich nach unten erstreckendes, den Einlaßkanal bildendes Impulsrohr umfaßt, welches mit dem Außengehäuse den ersten Impulskanal begrenzt, der sich von dem unteren Ende des Einlaßkanals nach

ίο oben erstreckt und an dem im Außengehäuse in Längsrichtung im Abstand oberhalb des unteren Endes des Einlaßkanals angebrachten Auslaß endet und den ersten Teil des zweiten Impulskanals aufnimmt, wobei das Pendelventil zwischen dem unteren Ende

Druckwechsel mit allmählichem Übergang zur Folge, 15 des Einlaßkanals und den Einlassen zum ersten und der nur eine begrenzte Steigerung der Bohrleistung zweiten Impulskanal angeordnet ist. Eine solche Aus-''"" gestaltung des Impulserzeugers arbeitet auch unter

schwierigen Einsatzbedingungen zuverlässig und sichert ein ungehindertes Fördern erzeugten Bohrkleins

zulaßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Rührwerkzeug-der eingangs genannten Art 7u schaffen, welches bei einfacher baulicher Ausgestaltung 20 außen um den Impulserzeuger herum und durch den. emen schlagartigen Anstieg und Abfall des Druckes den Bohrstrang umgebenden k.ngraum zum oberen im Bereich der Bohrlochsohle sowie ein ■ ntsprechen-,;.s Mindern und Verstärken der Bohrmeißellast er-

>ülicht. Zu diesem Zweck ist das Bohrwerkzeug da-

Ende des Bohrloches.

Weitere Merkmale, Vorteile und Verwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den

ireh gekennzeichnet, daß der Auslaß des ersten Im- 25 Ansnrüchen. In der Beschreibung sind in Verbindung kanals oberhalb von dessen Einlaß angeordnet mit der Zeichnung mehrere Ausführungsbeispiele des

" ~ Gegenstandes der Erfindung näher veranschaulicht.

In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Bohrwerkzeugs

und für den Austritt der Bohrspülung in den zweiten inipulskanal ausgebildet ist, der sich von dem Bohrmeißel bis zu dem Auslaß des ersten Impu'.skanals er-

-treckt, und im Strömungsweg der Bohrspülung 30 nach der Erfindung in einem Bohrloch,
durch den Einlaßkanal und in den ersten Impulska- Fig. 2 a und 2 b gemeinsam einen Längsschnitt

!i:il ein Pendelventil angeordnet ist, welches von der ~

Bohrspülung in zwei Stellungen bewee'oar ist, in denen abwechselnd der Einiaß zu dem zweiten Impulskanal geöffnet und der Einlaß zu dem ersten Impulskanal geschlossen oder der Einlaß zu dem zweiten Impulskanal geschlossen und der Einlaß zu dem ersten Impulskanal geöffnet sind.

Bei dieser Ausgestaltung tritt ein schlagartiger Druckanstieg und -abfall im Bereich der Bohrlochsohle sowie ein entsprechend schlagartiges Erhöhen und Herabsetzen der Bohrme:3ellast auf, die eine wesentlich erhöhte Bohrleistung zulassen. Die explosivartig auf den Bohrmeißel wirkende Schlagkraft begünstigt eine Zertrümmerung d;r gebohrten Formation unter Erzeugung von grobem Bohrklein, insbesondere bei brüchiger Beschaffenheit der Formation, das in Verbindung mit dem abrupten Druckwechsel in der Bohrspülung :n geringerem Maße zu einem

Haften im Bereich der Bohrlochsohle neigt und aus 50 Ende mit dem unteren Ende eines Bohrstranges E diesem Dereich schnell mit Hilfe der Bohrspülung ab- verbunden werden kann, z. B. mit dessen Schwergefördert werden kann. stange oder einer Schwerstange, die durch den Stabi-

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der lisator C führt und eine Zwischenverbindung bildet Druckimpulserzeuger eine Spindel aufweisen, die mit Das untere Ende des Impulserzeugers ist mit einendem Drehbohrmeißel verbindbar sowie axial ver- 55 geeigneten Drehbohrmeißel D mit Werkzeugen E verschiebbar, jedoch gegenseitig unverdrehbar mit einem bunden, die an der Sohle F eines Bohrloches H arbeiangrenzenden Impulserzeugerteil kuppelbar und zur ten. In dem veranschaulichten speziellen Ausfüh-Übertragung des Drehmoments von diesem auf den rungsbeispiel werden das Bohrgewicht, die Drehbe Drehbohrmeißel ausgebildet ist, wobei die Spindel wegung und das Drehmoment des Bohrstrangs I den Einlaß zu dem zweiten Impulskap.al aufweist und 60 durch den Druckimpulserzeuger A auf den Drehbohr das Pendelventil derart ausgebildet ist, daß es bei meißel D übertragen.

Eingriff mit der Spindel deren Einlaß schließt und Der Impulserzeuger umfaßt ein Außengehäuse IC

eine Druckdifferenz im Druckimpulserzeuger ober- das ein oberes Zwischenstück 11 mit einem Gewinde halb des Pendehentils erzeugt, die bei jeder den zwei- teil 12 aufweist, der mit dem unteren Zapfen 13 eine ten Impulskanal durchwandernden negativen Druck- 65 darüberliegenden Abschnitts einer Schwerstange de impulswelle in der Bohrspülung eine nach unten ge- Bohrstrangs B oder dem Stabilisator C verschraub richtete Kraft auf die Spindel und den Drehbohrmei- ist. Ein zentraler, rohrförmiger Gehäuseabschnitt l> ßel ausübt. Bei einer ^sonders einfachen Ausbildung ist an seinem oberen Ende mit dem oberen Zwischen

- - O* "" — — - σ —

durch den Druckimpulserzeuger des Bohrwerkzeuges nach Fig. 1, wobei Fig. 2 b eine untere Fortsetzung der Fig. 2 a bildet,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 in Fig. 2 b, F i g. 4 a und 4 b gemeinsam einen Längsschnitt durch eine abgewandelte Ausführung eines Impulserzeugers für ein Bohrwerkzeug nach Fig. 1, wobei die F i g. 4 b die F i g. 4 a unten fortsetzt,

F i g. 5 einen Schnitt nach Linie 5-5 in F i g. 4 b, F i g. 6 einen Schnitt nach Linie 6-6 in Fi g. 4 b, F i g. 7 eine schematisclic Darstellung des in Fig. 2 a und 2 b sowie 4 a und 4 b veranschaulichten hydraulischen Impulserzeugersystems,

Fig. 8 ein Diagramm des durch den Impulserzeuger in dem Bohrloch entwickelten Druckverlaufes.

Bei der in den F i g. 1 bis 3 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung ist ein Druckimpulserzeuger A oder Oszillator vorgesehen, dessen oberes

stück 11 und an seinem unteren Ende mit einem Ventilgehäuse 15 oder Zwischenstück verschraubt, das seinerseits an seinem unteren Ende mit einer Spindel 16 verschraubt ist. Die Spindel weist einen Gewindeteil 17 zur Verschraubung mit dem oberen Holzen 18 des Drehbohrmeißel D auf, der Werkzeuge geeigneter Art, beispielsweise mit Zähnen versehene Bohrrollen, tragen kann.

Mittig innerhalb des Gehäuses 10 und in seitlichem Abstand zu diesem ist ein inneres Impulsrohr 19 angeordnet, dessen oberes Ende 20 innerhalb eines Kanals 21 im Zwischenstück 11 geführt und gegen dessen Wand 22 durch Dichtungsringe 23 abgedichtet ist. Das untere Ende 24 des inneren Impulsrohres ist mit dem Ventilgehäuse 15 verschraubt. Flüssigkeit kann aus dem Bohrlcitungsstrang B nach unten durch den Kanal 21 im Zwischenstück 11, einen Einlaßkanal 25 im inneren Impulsrohr 19 und dann einen Mittelkanal 26 in dem Ventilgehäuse fließen, wobei die Flüssigkeit (je nach Stcuerstellung eines später noch zu beschreibenden Ventils) durch Längskanäle 27 im Ventilgehäuse nach oben und in einen Ringraum 28 zwischen dem inneren Impulsrohr 19 und dem Außengehäuse 10 strömen kann. Der Ringraum bildet einen inneren Impuls- oder Ausgleichskanal. Nach oben durch diesen Kanal strömende Flüssigkeit kann durch Austrittsöffnungen 29 in dem oberen Bereich des Gehäuseabschnitts 14 in den das Bohrwerkzeug umgebenden Bohrlochringraum 30 treten.

Stattdessen kann Flüssigkeit auch aus dem Veniilgehäuse 15 nach unten durch eine Mehrzahl von Durchlässen 31 in der Spindel 16 unterhalb eines Ventilsitzes 33, weiter durch einen Mittelkanal 32 und von diesem nach unten in den Kanal 34 des Drehbohrmeißel D strömen, aus dem sie durch nicht dargestellte Bohrmeißcldüsen oder Austrittsöffnungen zur Bohrlochsohle F hin austritt. Die austretende Flüssigkeit reinigt die Werkzeuge E und trägt das von diesen erzeugte Bohrklein seitlich nach außen und von dort nach oben durch den Ringraum 30 zwischen dem Bohrwerkzeug und der Wand W des Bohrloches bis zum oberen Ende des Bohrloches. Ein Teil der nach unten den Mittelkanal 32 durchströmenden Flüssigkeit kann durch eine Anzahl Neben- oder Umgehungsöffnungen 35 in der Spindel zu deren Außenseite gelangen, um einen angemessenen Flüssigkeitsdurchsatz nach oben durch den Ringraum 30 und eine angemessene Geschwindigkeit der durch das Bohrwerkzeug und nach oben um den Druckimpulserzeuger/i herum strömenden Flüssigkeit sicherzustellen.

Der Ringraum zwischen der Außenseite des Außengehauscs 10 und der Wand W des Bohrloches H bildet einen äußeren Impulskanal 30, der sich von der Bohrlochsohle F nach oben bis zu den Austrittsöffnungen 29 erstreckt. Dort vermischt sich die nach oben durch den äußeren Impulskanal strömende Flüssigkeit mit der aus dem inneren Impulskanal 28 durch die Austrittsöffnungen 29 austretenden Flüssigkeit, und das Gemisch aus beiden Kanälen strömt nach oben durch den den Bohrstrang B umgebenden Ringraum bis zum oberen Ende des Bohrloches.

Der Strömungsweg von Flüssigkeit aus dem Ventilgehäuse 15 in den inneren Impulskanal 28 oder nach unten durch die Durchlässe 31 in der Spindel zu deren Mittelkanal 32 und weiter durch die Nebenöffnungen 35 und den Drehbohrmeißel D in den äußeren Impulskanal 30 ist davon abhängig, ob ein Pcndelvcniil 38 im Ventilgehäuse 15 an einem oberen Sitz 39 im VeiUilgchäuschohlraum 40 anliegt und die oberen Kanäle 27 schließt, oder auf dem Ventilsitz 33 aufliegt und die Durchlässe 31 im oberen Teil der Spindel 16 abschließt. Das Pcndclventil 38 hat einen zylindrischen Rand oder ein Umfangswandtcil 41 mit nach innen gerichteten oberen und unteren Flanschen 42. 43, die sich soweit nach innen erstrecken, daß der obere Flansch 42 mit dem oberen Ventilsitz 39 ir.

ίο Eingriff kommt und bei Aufwärtsbewegung des Pendelventils die oberen Kanäle 27 schließt, und bei umgekehrter Bewegungsrichtung der untere Flansch 43 mit dem unteren Ventilsitz 33 in Eingriff gelangt und die unteren Durchlässe 31 schließt. Innerhalb der Flansche und des zylindrischen Umfungswundteiles hat das Pendelvcntil einen offenen Kanal 45, der einen Durchtritt von Flüssigkeit nach unten und in die Spindeldurchlässc 31 ermöglicht, wenn sich das Pendelventil in seiner die oberen Kanäle 27 schließcndcn Stellung befindet.

Der Druckimpulserzcuger Λ hat beispielsweise eine Länge von etwa 5,50 m zwischen Pendelvcntil 38 und den Auslrittsöffnungcn 29. Angenommen. d;is Pendelventil befindet sich in seiner unteren, die Durchlässe 31 in der Spindel 16 schließenden Stellung und uurch den Bohrstrang I) und den Einlaßk;inal 25 gepumpte Flüssigkeit fließt nach oben durch die Kanäle 27 und den inneren Inipulskanal 28 /u den Austrittsöffnungen 29, dann verursacht das

3c Hochschieben des Pendelwniils 38 in Anlaue an den oberen Ventilsitz 39 beim Schließen der Kanäle 27 die Erzeugung einer negativen Druckimpulswcllc in dem inneren Impulskanal 28, die nach oben in den Bereich der Austrittsöffnungen 29 und dann nach imten zum Pendclventil zurückwandert. Während dieser Zeitspanne, die nur sehr kurz ist und einen Bruchteil einer Sekunde beträgt, strömt Flüssigkeit durch d;is Pcndclventil und die offenen Durchlässe 31 der Spindel in den Mittelkanal 32 und nach unten durch den Drehbohrmeißel D, nimmt Bohrklein auf und spült dieses nach oben, während gleichzeitig Flüssigkeil aus dem Mittelkanal 32 der Spindel nach oben durch die Nebenöffnungen 35 in den äußeren Ir nulskana! 30 strömt.

Bewegt sich das Pendclventil 38 zum Schließen der Durchlässe 31 in der Spindel 16 nach unten gegen den unteren Ventilsitz 33, so wird eine negatU'. Druckimpulswelle in dem äußeren Impulskanu. 3«> erzeugt, die sowohl nach unten durch die Durchlässe 31, den Mittelkanal 32 der Spindel und den Dreh bohrmeißel D, als auch durch die Nebenöffnungen 35 und dann nach oben durch den äußeren Impulskanal 30 zu den Austrittsöffnungen 29 und dann den vorbeschriebenen Weg zurück zum Pendel ventil wandert.

Beim Erreichen des Pendelventils 38 übersteigt der Druck in dem äußeren Impulskanal 30 denjenigen der nach unten durch den Einlaßkanal 25 strömenden Flüssigkeit und bewegt das Pendelventil zum Schließen des inneren Impulskanals 28 und öffnen

der Durchlässe 31 der Spindel nach oben gegen den oberen Ventilsitz 39, wobei Flüssigkeit dann vom Einlaßkanal 25 sowohl nach unten durch das Pendelvenlil 38, die Spindel 16 und den Drehbohrmeißel D, als auch durch die Nebenöffnungen 35 in den äußeren Impulskanal 30 strömt Sobald das Pendelventil 38 mit dem oberen Ventilsitz 39 in Eingriff kommt, wird eine negative Druckimpulswcllc in dem inneren Impulskanal 28 erzeugt, die nach oben zu den Aus-

dann nach -n „Jjn *n-

;5 αν

_riUs,_ffnl,ngen

sst as=S,;5 _Ä

icrhalb des Pcndclvcnl.ls uherslug un^ nach unten in Anlage an c C₁₁ «^ei.szyklus, bewegt. Daraufhin wiederhol Ui du .^

SSSSa

Wenn ein Impulskanal

_und ^ _{dn dcn} Bohrs^f^"^ Bohrloches raum nach ob«^.mobec« L _{icrcns bcfin}.

_zirkullcrt. Wahre, d e ncs s _Druckimpulserzcu-

=gSB£

Bohrstranges β oder mit e
schraubt und der DrehbohnncBc ■

_rcich uml.sM.nacn ι ^ str

tierend erb ebbe hu tcr den Dr _{cbohne ß den}.

gleichfalls nach oben durch ^d^ in den äußeren Impulska _; 13 .

«_kulf_{crendc sdiUc|kn a5}

f f^Gcschwind

irkunpgrad _{m 5() zwi} „

_Wl«: ersiüit ^- ''^ü _{dcm obcren ZwI}.

Bohrlochbercich. in dem der ;^"-;_i;;_ll!.,_u:,₁ Im-

,C. sowie weiter n»«-·''«^» . ^,„ , , 29 wandert.

pulskanal 30 zu den Austrjttso m.tv- ^

Wic schon oben ausgeführt. Ul r , _lskiinal

ga.ivc Druckimpuls durch cn*J I _iilldd

30 und durch den Drehbohrmu U ι ^^

zu dem l'endelventil 38 zurück. Ucm» _Uch Impulskanal erzeugte ncpat.ve Druck idri l der hydrostat.schc "^W

Imp eugte np

„icdriuer als der hydrostat.schc
in den, Bohrlochbere-ch des D. .

W , _Wcnn

^ !'^'T^h'diVAu^uütsöffnungen 29 ebenfalls in mat.on durch d,e Au^ ^^ ^_{γ F},_{üssigk ab}

_d^.esej Raun sOu^j _komprimi_ertes gasform.-

^und Κ"° " dem oberen Ende des impulsdampgcs N cdii^ '^J ⁰^_{50 Dicscs} eingeschlossene Gas ^nden R n^aume = _{ym dcm lnncn}. _und

verhindert dab j u. _Bonrstrang β umgcben-

^^lßCtr_Cn RinWaum im Bohrloch erreichen, so daß den obcrc^Rmgraun ^ ^ _hchcn

de Jukaüonen P^, _{3Q md den innere}„ Im-

S=! ^Z S r S
Flüssigeil und den Stromungsd

»_k|liffcrcnz „.

inneren

die.r

in dem

auf ^

_{: Pulsatione}n an den

>"nUl 38 wandert. Dort slcigl *■' ^Dr~ _{das Pen}ddit ström, dabei

li

16 und dem äußeren

_vk,„

s sc

das Bohrlochbcreich,

^^ _szvk ^gjXhrmeißel und den Bohrlo,

In Wiederholung ^d'^e«^sÄff_mpulskanäIe und ^en ^fSbohrmeißel arbeitet,einströmen Angc Pendelvenül 38 abwechselnd^^cJJ_cwdcn impuls- 6₅ ^ ^ur _Pcndelvcntil 38 w.rd nach hnks Ικ-vseg

öffnet diese, indem es durch die *a _{S( g} nommen J _{c Druckimpu}iswcllc in dem auB,

wellen zwischen seiner ober « "¹J ._uicrcnd negative so *jrd^un ^ ^^^ _{und der Druck tallt vc}

hin- und herbewegt w.rd und nK _{dcf FlüsslgkcIl} rcn imp
nriirke und dann positive DrucK

ίο

einem Wert, der über dein normalen hydrostatischen Druck 51 (Fig. 8) in dem Ringraum liegt, auf eii.:n Druck 51 ei, der niedriger als der Druck der Bodenformation 51 b sein kann, wie dies das Diagramm gemäfa Fig. 8 veranschaulicht, in dem der Druck in Abhängigkeit von Zeit dargestellt ist. Die Dauer des negativen Impulses ist die Zeitspanne, in der er seinen Weg von dem Pendelventil 38 nach oben zu den Austrittsöffnungen 29 und zurück zu dem Pcndelvcn-

das in dem Ventilrauii. 40 im Ventilgc'iäuscabschnitt 15 Λ in und außer Eingriff mit einer einen unteren Ventilsitz bildenden Vcrschlcißplatte 33« hin- und herbeweglich ist. Die untere Vcrsehleißplatte 33α ist an einer Spindel 16« dichtend befestigt, an der der Drehbohrmeißel D durch in die Spindel eingeschraubte Längsschrauben 76 befestigt ist. Deren Schraubenköpfe 77 liegen in Senkbohrungen 78 in der unteren Verschleißplatte, in der Durchlaßöffnur.-

. _ ¹J und zurucK zu uem rcuutivwn- u«.· _u...„....■ ,*..., , , ... — ^

til durchläuft, "und zwar ist die Zeitspanne gleich io gen 79 vorgesehen sind, die mit den Durchlässen 31 2 L/C, wobei L die Länge des Stoßkanals und C eine in der Spindel in Verbindung stehen. Die Flüssigkeit Konstante darstellt. Bei Rückkehr des Impulses zu strömt, wie das oben in Verbindung mit der ersten dem Pendclventil übersteigt sein Druck denjenigen in Ausführungsform beschrieben wurde, nach unten in der von der dem Einlaßkanal 25 in den inneren Im- den Mittelkanal 32 der Spindel 16«, durch die Spinpulskanal 28 strömenden Flüssigkeit und bewegt das 15 del und durch den Drehbohrmeißel D. Pendelventil in -Jle entgege-gcsetzte Richtung bzw. Wie ersichtlich, steht die Spindel 16« mit dem nach rechts, um den Einlaß zu dem inneren Impuls- Ventilgehäuseabschnitt 15 b vcrschieblich über äukanal 28 zu schließen. Dadurch wild eine negative ßere Federn 80, die in innere Nuten 81 im Gehäuse Impulswclle im inneren Kanal 28 über eine Dauer eingreifen, in Eingriff. Durch Anschlagen einer Bevon 2 L/C erzeugt, wie dies in gestrichelten Linien 52 10 grenzungsschulter 82 an der Spindel an einer nach in Fig. 8 dargestellt ist. Während dieser Zeit fließt oben gewandten Gcgcnschulter83 am Vcntilgehäusedie Flüssigkeit vom Einlaßkanal 25 durch den äuße- abschnitt 15 b und dadurch, daß sich die Schulter 84 ren Inipulskanal 30 mit dem durch den Teil 53 der in an dem in die Spindel 16 a eingeschraubten Drchdcm Diagramm dargestellten durchgehenden Linie bohrmeißel nach oben in Anlage an das Ende K5 des angedeuteten Druck, der höher als der normale hy- 25 Gehäuseabschnitts bewegt, hat die Spindel ein entdrostatische Druck 54 im Ringraum des Bohrloches sprechend begrenztes Längsbewegungsspiel in dem

¹ ' Vilhäbhit 15 b Di Fd

ist. Die Rückkehr der Impulswelle zu dem Pendelventil bewegt dieses dann (nach links) zurück, und der vorstehend beschriebene Arbeitszyklus läuft erneut ab.

In dem Schema nach F i g. 7 ist ein Beruhigungsbehälter dargestellt, der dem Dämpfungsringraum 50 in F i g. 2 a entspricht. Dieser dämpft mit einem Gas, das nur aus Luft oder einer Mischung aus Luft und

sp g g

Ventilgehäuseabschnitt 15 b.
bindung überträgt das

von

Die Fcd'cr-Nr.'.-Verdem Bohrst ι.-.ng ß

aas nur aus Luii uut> V111V.1 ,....,^..„.._ö —

Bodengasen bestehen kann, die Oszillatorpulsatio- 35 übertragen wird.

stammende, über das Außengehäuse 10 der S] 30 16 α zugeführte Drehmoment auf den Drchbol Bei D, wobei das Bohrgewicht von dem Bo!:. über das Gehäuse 10 auf den Drchbohrmi· durch Anlage des Endes 85 des Ventilgelia Schnitts auf der Schulter 84 des Drehbohrn

v.ndel imei-

_σ .

Ferner sind Nebenöffnungen 35 α von dem ^N '· kanal 32 durch die Spindel zu dem äußeren Ii;^!: kanal 30 vorgesehen, die mit GegendurchUis dem Ventilgehäuseabschnitt 15 b fluchten.

Die negativen Impulswellen in dem äußeren pulskanal 30 und dem inneren Impulskanal 2i' den in gleicher Weise wie vorbeschrieben ei Wenn jedoch die negative Impulswelle in dem ren Kanal 30 erzeugt wird, besteht eine Drucl

nen. ....

Die in den F i g. 4 a bis 6 dargestellte Ausfuhrungsform entspricht im wesentlichen der nach F i g. 2 a
bis 3 Es bestehen jedoch bestimmte bauliche Abänderungen an dem Pendelventil und dem oberen und 40
unteren Ventilsitz. Das Bohrwerkzeug erzeugt abwechselnd die negativen Druckimpulse in dem inneren und äußeren Impulskanal und erteilt dem Drehbohrmeißel einen nach unten gerichteten Schlag, ._...__.,„. wenn das Pendelventil den Einlaß zu dem äußeren 45 renz zwischen der Flüssigkeit über dem Pendc_; Tmnuilskanal schließt ^{38 und der} ™ssigkeit in dem äußeren Impuls Wie dargestellt, ist der untere Teil des Außenge- 30, die eine nach unten auf die Spindel 16« un häusps 10 mit einem Ventilgehäuseabschnitt 15« ver- den Drehbohrmeißel D wirkende Kraft au Χ« S dne Anzahl von in Umfangsrichtung welche die Spindel etwas aus dem Außengehausc Abstand zueinander angeordneten Längskanälen 50 aus nach unten verschiebt und die Werkzeuge,b te ^1^.1 ^U JJ£e sind um den Mittelkanal 26 Drehbohrmeißels gegen die Bodenformation druck . der mit dem Einlaßkanal 25 in Außerdem ruft das plötzliche Schließen des Pendei-Ein auswechselbarer Ventilsitz ventils 38 am unteren Ventilsitz der Verschleißplatte ■ Verschleißplatte ist mit dem Ven- 33 α einen Wasserstoßeffekt in der Flüssigkeit im t odrr Zwischenstück 15a durch 55 Rohr 19 und dem darüberliegenden Bohrstrang« 'schrauben 70 verbunden, die in den Ventil- hervor, wodurch ein Schlag auf den unteren Venuleingeschraubt und deren Köpfe 71 sitz der Verschleißplatte 33 a, die Spindel 16« und 72 in der Verschleißplatte an- den Drehbohrmeißel D zwecks Aufschlagen von des-1 Ein Lecken von Flüssigkeit zwischen sen Werkzeugen E auf die Bodenformalion ausge-Ende des Ventilgehäuseabschnitts und 60 führt wird. Es wird somit ein kombiniertes Dreh- und * Her Verschleißplatte ist durch innere Schlagbohren erzielt, und die Bohrleistung des Dreh-"äußerTDichtunßen 73, 74 verhindert, die voa boWißels wird zusätzlich zu der durch Verringe-, vSehäuseTbschnitt getragen sind und an der rung des Druckes in dem Bohrlochbereich, in dem der vSeSplatte innerhalb und außer- der Drehbohrmeißel arbeitet, herbeigeführten Steige-Weiches von Öffnungen 75 in der Ver- 65 rung der Bohrleistung weiter erhöht. Die Dnitkdiffcwelche mit den Kanälen 27 fluchten, renz und der Wasserstoßeffekt wirken auf die Spinael ^ THtPrspitp der oberen Verschleißplatte über den gesamten Querschnittsbereich des unteren ffSi. V«SS 39?Ä Pendelventn 38, Ventilsitzes an der Verschleißplatte 33 a, der durch

die Schrauben 76 an der Spindel 16 α befestigt ist, und erzeugen auf Grund des relativ großen Querst ^linittbereich^s des unteren Ventilsitzes und der Spindel 16 α einen sehr kräftigen Schlag. Der Spalt zwischen der Schulter 82 und der Schulter 83 isi derart bemessen, daß die Schulter 82 normalerweise nicht an ihrer Gegenschulter zur Anlage kommt, wenn die Spindel 16 a dem kombinierten Wasserstoß- und Druckdifferenzschlag ausgesetzt wird. Trifft man jedoch eine weiche Bodenformation an oder in dem Fall, daß der Drehbohrmeißel abgehoben wird, legt sich die Schulter 82 auf ihre Gegenschulter 83 und begrenzt das Maß der Abwärtsbewegung der Spindel innerhalb des Vcritilgehäuseabschnitts.

Vorzugsweise ist eine Verschleißbuchse 90 im Vcniilgehäuseabschnitt 15 b vorgesehen, entlang der der Umfang des Pendelventils 38 gleitet. Bei an der Buchse 90 auftretendem übermäßigen Verschleiß

oder in dem Fall, daß die Verschleißplatten infolge der auf diese ausgeübten Stöße des Pendelvcntils 38 abgenutzt sind, können sämtliche Teile ohne weiteres ausgewechselt werden. Es sind lediglich die Schrauben 70, 76 zu entfernen und entweder die Verschleißplatten zu überholen oder auszutauschen und wieder einzubauen.

Bei beiden Ausführungen nach der Erfindung ist der den Impulserzeuger umgebende und sich nach

ίο oben von der Sohle F des Bohrloches erstreckende Ringraum im wesentlichen der üblicherweise durch Drehbohren eines Bohrloches in einer Bodenformation entstehende Ringraum und verläuft nach oben ohne Zwischenunterteilungen. Das vom Drehbohr-

meißel erzeugte Bohrklein wird von der Flüssigkeit von der Sohle des Bohrloches unmittelbar in den das Bohrwerkzeug umgebenden Ringraum und weiter zum oberen Ende des Bohrloches transportiert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Bohrwerkzeug, insbesondere für Tiefbohrungen, mit einem an einem Bohrrohrstrang angebrachten Drehbohrmeißel und einem mit diesem verbundenen Druckimpulserzeuger mit einem axialen Einlaßkanal für die Bohrspülung, einem ersten Impulskanal mit einem Einlaß für die Aufnahme von Bohrspülung aus dem Einlaßkanal und einem daran anschließenden zweiten, den Ringraum um den Bohrmeißel einschließenden Impulskanal für die Weiterleitung det Bohrspülung in Richtung auf die Bohrlochsohle, wobei van dem Druckimpulserzeuger eine negative Druckimpulswelle in der Bohrspülung erzeugt wird, die die Impukkanäk zur Bohrlochsohle hin durchwandert, ι¹.-durch gekennzeichnet, daß der Auslaß (29) des ersten Impulskanals (28) oberhalb von dessen Einlaß angeordnet und für den Austritt der Bohrspülung in den zweiten Impulskanal (30) ausgebildet ist. der sich von dein Bohrmeißel (D) bis zu dem Auslaß (29) des ersten Impulskanals (28) erstreckt, und im Strömungsvveg der Bohrspülung durch den Einlaßkanal (25) und den ersten Impulskanal (28) ein Pendelventil (38) angeordnet ist, welches von der Bohrspülung in zwei Stellungen bewegbar ist, in denen abwechselnd der Einlaß zu dem zweiter« Impulskanal (30) geöffnet und de·· Einlaß zu dem ersten Impulskanal (28) geschlossen oder der Einlaß zu dem zweiten Impulskanal (3^ft) geschlossen und der Einlaß zu dem ersten Impulskanal (28) geöffnet sind.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckimpulserzeuger (A) eine Spindel (16) aufweist, die mit dem Dreh-Bohrmeißel (D) verbindbar sowie axial verschiebbar, jedoch gegenseitig unverdrehbar mit einem angrenzenden Impulserzeugerteil (15) kuppelbar und zur Übertragung des Drehmoments von diesem auf den Drehbohrmeißel (D) ausgebildet ist, wobei die Spindel den Einlaß zu dem zweiten Impulskanal (31, 32, 34, 30) aufweist und das Pendelventil (38) derart angeordnet ist, daß es bei Eingriff mit der Spindel (16) deren Einlaß schließt und eine Druckdifferenz im Druckimpulserzeuger (A) oberhalb des Pendelventils (38) erzeugt, die bei jeder den zweiten Impulskanal (31, 32, 34, 30) durchwandernden negativen Druckimpulswelle in der Bohrspülung eine nach unten gerichtete Kraft auf die Spindel (16) und den Drehbohrmeißel (D) ausübt.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendelventil (38) zum Schließen des Einlasses in der Spindel (16) in Richtung nach unten in Eingriff mit der Spindel (16) und zum Schließen des Einlasses (27) des ersten Impulskanals (28) in Richtung nach oben bewegbar ist.

4. Bohrwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckimpulserzeuger (/1) ein Außengchiiuse (10) aufweist, das an seinem oberen Bereich mit dem Bohrstrang (B) und in seinem unteren Bereich mit dem Drehbohrmeißel (D) verbunden ist, ein sich innerhalb des Außengehäuses ΠΙΟΊ von dessen oberem Bereich nach unten erstreckendes, den Einlaßkamii (25) bildendes Impulsrohr (19) umfaßt, welches mit dem Außengehäuse (10) den ersten Impulskanal (28) begrenzt, der sich von dem unteren Ende des Einlaßkanals (25) nach oben erstreckt und an dem im Außengehäuse (10) in Längsrichtung im Abstand oberhalb des unteren Endes des Einlaßkanals (25) angebrachten Auslaß (29) endet und den ersten feil des zweiten Impulskanals (31, 32, 34) aufnimmt, wobei das Pendelventil (38) zwischen dem unteren Ende des Einlaßkanals (25) und den Einlassen (27, 31) zum ersten und zweiten Impulskanal ungeordnet ist.

5. Bohrwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet-, daß der Druckimpulserzeuger (A) mit Nebenöffnungen (35) versehen ist, die den im Druckimpulserzeuger (A) befindlichen Teil des zweiten Impulskanals (31. 32, 34) mit dem den Druckimpulserzeuger (A) umgebenden, außenliegenden Teil des zweiten Impulskanals (30) im Nebenschluß ν binden.

6. Bohrwerkzeug nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenöffnungen (35) von dem Mittelkarr il de-- zweiten Impulskanals (32) in der Spindel (16) ausgehen.

7. Bohrwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß der Druckimpulserzeuger (A) einen mit dem ersten Impulskanal (28) in Verbindung stehenden Impulsdämpfungsbereich (50) oberhalb des Auslasses (29) im Außengehäuse (10) aufweist.

8. Bohrwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das den Einlaßkanal (25) umgrenzende Impulsrohr (19) und das Außengehäuse (10, 14) zwischen sich den mit dem Auslaß (29) in Verbindung stehenden un ' oberhalb diesem gelegenen Impulsdämpfungsbereich (50) in Form eines Ringraumes bilden.