DE2342288A1

DE2342288A1 - Hydraulische zerkleinerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2342288A1
Application number: DE19732342288
Authority: DE
Inventors: Elie Condolios; Abel Cortes
Original assignee: Compagnie Francaise des Petroles SA; Cegelec SA
Current assignee: Total Compagnie Francaise des Petroles SA; Cegelec SA
Priority date: 1972-08-23
Filing date: 1973-08-22
Publication date: 1974-03-14
Also published as: NL172265B; NO137763C; IT993756B; JPS4964060A; CH577344A5; JPS5342001B2; FR2197325A5; NO137763B; BR7306454D0; ES418011A1; NL7311664A; GB1438367A; AR206503A1; US3861478A; NL172265C; BE803572A; AU5958673A; AU474852B2; CA987663A; DE2342288C2

Description

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SOCIETE GENERALE DE CONSTRUCTIONS ELECTRIQÜES ET MECANIQUES

(ALSTHOM) 38, Avenue KLeber, 75016 PARIS (Frankreich)

und

COiPAGHIE IRANCAISE DES PETROIES 5» rue Mehel Aage, 75016 PARIS (Prankreich)

HYDRAULISCHE ZERKLEINERUNGSVORRICHTUNG

Die deutsche Patentanmeldung Nr. P 22 26 367.8 vom 30,5.72 beschreibt ein hydraulisches Zerkleinerungsaggregat, das insbesondere zusammen mit einem Bohrwerkzeug verwendet werden kann, um den Bohrkern zu zerkleinern. Zum Zerkleinerer gehört eine Brechkammer, in die das zu zerkleinernde Material eingeführt wird und die eine bestimmte Anzahl von Metallkugeln enthält« Diese Metal !kugeln und das zu zerkleinernde Material werden mit Hilfe von Flttssigkeitsstrahlen kräftig durcheinandergewirbelt, wobei das zu zerkleinernde Material auf eine bestimmte, durch die Flüssigkeitsaustritts'dffnungen bestimmte Eomgrösse verkleinert wird.

Die Erfindung betrifft einen ähnlichen hydraulischen Zerkleinerer, der zusammen mit einem Bohrwerkzeug verwendet wird» um den Bohrkern zu zerkleinern, wobei der Zerkleinerer

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jedoch keine Metallkugeln verwendet» Deshalb wird in diesem Falle gemäss der Bergbauterminologie von autogenem Zerkleinern gesprochen, d»h» dass sich die das Zerkleinerungsgut bildenden Stücke selbst durch Aneinanderstossen zerkleinern.

Ein solcher autogener hydraulischer Zerkleinerer ist besonders in Verbindung mit einem Bohrwerkzeug interessant» Denn in diesem Falle befindet sich der Zerkleinerer unter der Erdoberfläche, so dass der Austausch von abgenutzten oder zerstörten Metallkugeln ein zeitraubendes Aufhohlen des Werkzeugs erforderlich machen würde. Zudem würde, wenn es beim Bohren zu Schwierigkeiten kommt und das Bohrwerkzeug ausser Betrieb gesetzt werden muss, wobei gleichzeitig während vieler Stunden die Schlafflfflfgrderung aufrecht erhalten wird, ein Zerkleinerer mit Metallkugeln unnötigerweise ohne Zerkleinerungsgut arbeiten. Daraus ergäbe sich eine Überflüssige Abnutzung der Kugeln und des Zerkleinerergehauses. Im Gegensatz dazu kommt es bei einem autogenen Brechen nicht zu diesem Verschleiss, sobald alle ZerkleinerungsstUcke den Zerkleinerer verlassen haben, was einen beträchtlichen Vorteil bedeutet.

Bei Verwendung eines hydraulischen Zerkleinerers in Verbindung mit einem Bohrwerkzeug muss der Bohrkern in genügend kleine Stückchen zerschlagen werden, um ein reibungsloses Arbeiten des Zerkleinerers zu gestatten. Im Falle des hydraulischen Kugelzerkleinerers wird die erste Zerkleinerung des Bohrkerns schon beim Eintritt in die Brechkammer durch den Schlag der Brecherkugeln erzielt. Beim autogenen Zerkleinerer bereitet

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dagegen die Grobzerkleinerung oft Schwierigkeiten, die durch die Erfindung behoben werden.

Die Erfindung umfasst eine Brechvorrichtung für den Bohrkern und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aus einer Zerkleinerungskammer senkrechter länglicher Form, die im unteren Teil der Bohrvorrichtung oberhalb des Bohrwerkzeugs angeordnet ist, mindestens einer BohrfIUssigkeitszuleitung zum Bohrwerkzeug, die zwischen der Innenwand der Bohrvorrichtung und der· Aussenwand der Zerkleinererkammer verläuft, wobei in das untere Ende der Zerkleinererkammer einerseits eine zentrale Einlassöffnung für den Bohrkern mit direkter Verbindung zur mittleren Leitung des Bohrwerkzeugs und andererseits mindestens ein Kanal geringen Durchmessers am Rande der mittleren öffnung führt, durch die eine Verbindung zwischen der Bohrflüssigkeitszuleitung und der Zerkleinererkammer hergestellt wird, durch die mindestens ein Bohrflüssigkeitsstrahl mit grosser Geschwindigkeit und hohem Druck von unten nach oben in Richtung auf die Mittelachse der Zerkleinererkammer eintreten kann, und aus in der Seitenwand,der Kammer angebrachten Auslassöffnungen für die Flüssigkeit und das zerkleinerte Brechgut besteht, wobei der gesamte Durchmesser dieser Öffnungen ausreicht, um nur einen geringen Leistungsverlust angesichts der durch die Strahlen gelieferten Flüssigkeitsmenge hervorzurufen und wobei der Durchmesser der einzelnen Offnungen mindestens gleich dem gr'össten für das zerkleinerte Brechgut vorgesehenen Durchmesser ist sowie die mittlere untere Öffnung der Zerkleinerungskammer mit

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einem Organ ausgerüstet ist, gegen das die Seite des Bohrkerns st'dsst, wenn dieser durch die mittlere öffnung tritt, wodurch der Bohrkern gebrochen wird.

Das gesamte Gerät wird so ausgelegt, dass die Bohrkernstucke eine Länge besitzen, die höchstens die Hälfte oder ein Drittel des Zerkleinererdurchmessers erreichen. Diese Bedingung ist unumgänglich, um zu vermeiden, dass die Zuführung zum Zerkleinerer blockiert wird. Die zum Zerbrechen des Bohrkerns notwendigen Kräfte (Drehmoment und senkrecht wirksame Kraft) hängen- vom Durchmesser des Bohrkerns und von der ITochstlänge ab, die man für die Bohrkernstücke vorsieht, sowie von der Gesteinhärte. Die Mindestlänge der Bohrkernstttcke, die wünschenswerterweise so klein wie möglich gehalten wird, hängt also von der Drehmomentleistung und der senkrechten Schubleistung der Bohrmaschine ab.

Beispielsweise wird die Länge für die Bohrkernstücke bei einem Bohrkerndurchmesser von 35 nun 40 mm betragen, wobei die aufzuwendenden Brechkräfte niedrig sind, selbst bei harten Gesteinarten.

Bei Bohrkerndurchmessern von mehr als 40 oder 50 mm kann die Länge grosser v/erden (70 mm z.B.), wenn die aufzuwendenden Kräfte bei harten Gesteinen nicht zu gross werden sollen. Eine gr'ossere Länge der Bohrkernstücke verringert natürlich die Leistung des Zerkleinerers, da ihm ja gr'dssere Stücke zur Zerkleinerung zugeführt werden.

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Pig. 1 zeigt einen senkrechten Querschnitt durch die Achse eines erfindungsgemässen hydraulischen Zerkleinerers, der in ein Bohrgerät eingebaut ist,

Pig· 2 zeigt einen halben horizontalen Querschnitt entiling II-II in Fig. 1,

Pig. 3 stellt einen senkrechten Querschnitt einer Variante des erfindungsgemässen hydraulischen Zerkleinerers dar.

Pig. 4 zeigt einen halben horizontalen Querschnitt entlang IV-IV gemäss Pig, 3.

In den Pig* 1 und 2 ist schematisch ein hydraulischer autogener Zerkleinerer 1 mit einem Diamantbohrwerkzeug 2 beim Betrieb in einem Bohrgrund 3 gezeigt.

¥/ie aus Pig. 1 ersichtlich, dringt der Bohrkopf 2 mit' Hilfe seiner mit Diamanten besetzten Kanten in den Boden ein und leitet den Abraum zwischen das tragende Bohrrohr 4 und die Wandung des Bohrlochs.

Im mittleren Bereich des Bohrkopfs bildet sich ein Bohrkern 5, der kaum durch die Sptll- und Ablauf gange 6 für den Abraum entfernt werden kann, die das Bohrgerät zu diesem Zweck besitzt.

Der Bohrkern 5 gelangt zum hydraulischen Zerkleinerer 1, der in der Mitte des Bohrrohrs 4 angebracht ist.

In den rotierenden Zerkleinerer 1 gelangt der Bohrkern 5 durch eine zylindrische Eintritts'offnung 7? wo er gegen

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eine Schräge 8 stösst, die ihn biegt und schliesslich zerbricht.

Die Einlassöffnung 7 und die Schräge 8 sind so bemessen, dass die Länge der Bohrkernsttlcke höchstens die Hälfte oder ein Drittel des Zerkleinererdurchmessers beträgt. Die Bohrkernstücke 20 gelangen in die Zerkleinererkammer 1, wo sie unter der Wirkung von mit hoher Geschwindigkeit durch die Offnungen 9 in die Zerkleinererkammer eingespritzten Wasserstrahlen aneinander stossen und zerkleinert werden.

Die Bohrflüssigleit wird durch die Tragleitung 4 herangeführt und fliesst durch die zwischen der Serkleinererkammer 1 und dem Tragrohr 4 liegenden Bohrflüssigkeitszuleitungen 10.

Die Bohrflüssigkeit gelangt dann in eine ringförmige Kammer 11, woraus sie einerseits zu den Leitungen 9 der Zerkleinererkammer fliesst, andererseits zu den öffnungen 12 und den Rillen 13? die zum Spillen des Bohrkopfes dienen.

Die Leitungen 9 sind zur Senkrechten geneigt, damit die Flttssigkeitsstrahlen mit hoher Geschwindigkeit in Richtung auf die Längsachse der Zerkleinererkammer gespritzt werden können, so dass die BohrkernstUcke in eine Bewegung versetzt werden können, durch die sie nach ihrem Anstossen an die Decke der Zerkleinererkammer entlang den Seitenwänden wieder nach unten fallen, wo sie von den Flüssigkeitsstrahlen aufs neue erfasst werden usw. Bei diesem heftigen Durcheinanderwirbeln stossen die Bohrkernstücke 20 häufig aneinander, wodurch sie rasch zerbrochen werden,

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Die mit den Flüssigkeitsstrahleii in die Zerkleinererkammer 1 gelangte Flüssigkeit fliesst mit den Trümmern der zer~ kleinerten Bohrkernstücke durch die in der Zerkleinererkammerwandung befindlichen öffnungen 14 ab.

• Von dort 'gelangt* sie in den ringförmigen Raum 15 zwisehen dem Bohrgrund 3 und den Tragrohr 4_f wohin auch die aus den Kanälen 6 des Bohrkopfes 2 stammende Flüssigkeit mit Abraum fliesst.

Fig. 2 zeigt die Bohrflttssigkeitszuleitungen 10 für das Spülen des Bohrkopfes und die Pittssigkeitsstrahlen der Zerkleinererkammer. . Ferner sind die Offnungen 14 zu sehen, durch die die zerkleinerten Bohrkerntrümmer in den ringförmigen Raum 15 gelangen. Die Offnungen 14 entsprechen in ihren Abmessungen der gewünschten Korngr'össe des zerkleinerten Bohrkerns.

Die Energie für den hydraulischen Zerkleinerer wird durch einen an der Oberfläche installierten Bohrturm geliefert.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Variante, die darin besteht, dass die gesamte Bohrflüssigkeit in'die Zerkleinererkanamer geleitet wird und anschliessend mit dem zerkleinerten Brechgut in.den Bohrkopf durch die Ausgangs'öffnungen der Zerkleinererkammer geleitet wird, bevor die Flüssigkeit mit dem !Brechgut durch den ringförmigen Raum zwischen Bohrrohr und Bohrloch an die Oberfläche steigt.

Bei dieser Variante fliesst die Bohrflüssigkeit durch das Bohrrohr 4 und die Zuleitungen 10 in die Kammer 11, von wo sie durch die Kanäle 9 in die Zerkleinerungskammer gelangt,

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Die Kanäle 9 sind zur Senkrechten geneigt, um die Flüssigkeitsstrahlen mit hoher Geschwindigkeit in Richtung auf die Hittelachse der Z.erkleinerungskammer zu lenken, so dass die Bohrkernstttcke erfasst werden, an die Decke der Kammer stossen und entlang den Seitenwanden wieder nach unten fallen, wo sie erneut von den Flüssigkeitsstrahlen erfasst werden usw. Dieses heftige Durcheinan.derwirbeln bewirkt ein häufiges Aneinanderstossen der Bohrkernstücke 20_? wodurch sie rasch zerkleinert werden.

Die Flüssigkeit tritt mit dem zerkleinerten Brech— gut durch die Öffnungen 14 aus den Zerkleinerer 1 aus und fliesst durch die Auslassleitung 17 und die Spülrillen 13 des Bohrkopfes in den ringförmigen Zwischenraum 15 zwischen dem Bohrrohr 4 und dein Bohrgrund 3» von wo sie an die Oberfläche steigt,

Fig, 4 zeigt die Zuführungsleitungen 10 für die FlUssigkeitsstrahlen des Zerkleinerers, Ferner sind auf ihr die zu den Leitungen 17 führenden Auslassöffnungen 14 für die Bohrkerntrümmer zu sehen.

-Patentansprüche-

k 0 9 8 1 1 / Ü U I 8

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Zu einem Bohrwerkzeug gehörende Zerkleinerungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Zerkleinerungskammer (1) senkrechter länglicher Form, die im unteren Teil der Bohrvorrichtung oberhalb des Bohrwerkzeugs (2) angeordnet ist, mindestens einer Bohrflüssigkeitszuleitung (10) zum Bohrwerkzeug, die zwischen der Innenwand der Bohrvorrichtung (4) und der Aussenwand der Zerkleinererkammer (1) verläuft, wobei in das untere Ende der Zerkleinererkammer einerseits eine zentrale Einlassöffnung für den Bohrkern (5) mit direkter Verbindung zur mittleren Leitung des Bohrwerkzeugs und andererseits mindestens ein Kanal (9) geringen Durchmessers am Rande der mittleren Öffnung führt, durch die eine Verbindung zwischen der Bohrflüssigkeitszuleitung (10) und der Zerkleinererkammer (.1) hergestellt wird, durch die mindestens ein BohrflUssigkeitsstrahl mit grosser Geschwindigkeit und hohem Druck von unten nach oben in Richtung auf die Mittelachse der Zerkleinererkammer eintreten kann, und aus in der Seitenwand der Kammer angebrachten Auslassöffnungen (14) für die Flüssigkeit und das zerkleinerte Brechgut besteht, wobei der gesamte Durchmesser dieser Offnungen ausreicht, um nur einen geringen Leistungsverlust angesichts der durch die Strahlen gelieferten FlUssigkeitsmenge hervorzurufen und wobei der Durchmesser der einzelnen Offnungen mindestens gleich dem

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gröbsten für das zerkleinerte Brechgut vorgesehenen Durchmesser ist sowie die mittlere untere Öffnung der Zerkleinererkammer mit einem Organ (8) ausgerüstet ist, gegen das die Seite des Bohrkerns (5) stösst, wenn dieser durch die mittlere Öffnung tritt, wodurch der Bohrkern gebrochen wird«

2. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Seitenwand der Zerkleinererkammer befindlichen Auslassöffnungen (14) zwischen dieser Kammer und dem ringförmigen Raum zwischen der Bohrlochwandung und der Bohrvorrichtung eine Verbindung schaffen und dass die Spülkan'äle (13) des Bohrwerkzeugs mit der Zuführungsleitung (10) der Bohrflüssigkeit in Verbindung stehen,

3. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennz e i chne t, dass die in der Seitenwand der Zerkleinererkammer befindlichen Auslasse?ffnungen (14) zwischen dieser Kammer und mindestens einer Auslassleitung (17) zwischen der Innenwandung des Bphrgeräts und der Aussenwandung der Zerkleinererkammer eine Verbindung herstellen, wobei die Spülkanäle (13) des Bohrwerkzeugs (2) ihrerseits mit dieser Auslassleitung in Verbindung stehen.

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