DE2418771C3

DE2418771C3 - Turbobohrer

Info

Publication number: DE2418771C3
Application number: DE19742418771
Authority: DE
Inventors: Jurij R. Ioannesian; Rolen A. Ioannesian
Original assignee: VSESOJUZNYJ NAUTSCHNO-ISSLEDOVATELSKIJ INSTITUT BUROVOJ TECHNIKI MOSKAU
Current assignee: VSESOJUZNYJ NAUTSCHNO-ISSLEDOVATELSKIJ INSTITUT BUROVOJ TECHNIKI MOSKAU
Priority date: 1974-04-18
Filing date: 1974-04-18
Publication date: 1978-05-24
Also published as: DE2418771A1; DE2418771B2

Description

Die Erfindung betrifft Turbobohrer zum Gesteinsbohren.

Die Turbobohrer sind einsatzfähig beim Bohren sowohl mit Hilfe von Rollenmeißeln, unter Einsatz von großen Druckunterschieden, d. h. mit Hilfe von Düsenmeißeln, als auch mit Meißeln, die für geringe Druckunterschiede ausgelegt sind.

In der Bohrpraxis bekannte I urbobohrer eignen sich nicht zum Bohren mit Düsenmeißeln, da bisher keine bei großen Druckunterschieden betriebssichere Stoplbüchsenpackung entwickeil werden konnte.

Aus der RO PS 15 14 954 ist ein Turbobohrer mit einem rotierenden Gehäuse bekannt, der drei durch eine Spülflüssigkeit antreibbare, mehrstufige, nachgeordnete und nachgeschaltete Turbinen unterschiedlicher Schnelläufigkeit aufweist, durch die ein Bohrmeißel drehend beaufschlagbar ist. Als erste Turbine in Strömungsrichtung der Spülflüssigkeit in den Bohrrohren befindet sich eine höhertourige Turbine, ihr folgt eine mitteitourige Turbine, und die letzte Turbine ist eine niedertourige Turbine, wobei sämtliche Turbinen durch die gleiche Fließrate (Durchflußmenge pro Zeiteinheit) angetrieben werden. Da sich das Gehäuse des bekannten Turbobohrers dreht, befindet sich die Stopfbüchsenpackung in dessen Oberteil über dem Eintritt der Flüssigkeit in die höhertourige Turbine. Eine derartige Anordnung der Stopfbüchsenpackung kann als Nachteil der Konstruktion angesehen werden, da sie für einen Druckunterschied ausgelegt werden muß, der gleich dem Betrag der Drücke der Turbinen und des Meißels ist. Inzwischen ist es bekannt, daß auch beim Bohren mit Hilfe von normalen Rollenmeißeln, welche bei geringen Druckunterschieden betrieben werden, die Stopfbüchsenpackungen der Turbobohrer schnell defekt werden. Aus diesem Grunde ist der Einsatz von Düsenmeißeln, die unter Verwendung von großen Druckunterschieden arbeiten, in dem angegebenen Turbobohrer praktisch unmöglich. Darüber hinaus hat bei dem bekannten Turbobohrer die Bohrspülpumpe neben schädlichen Widerständen innerhalb des Bohrstrangs und des Ringraums auch den Druckunterschied der Turoinen und des Meißels zu überwinden, wodurch der Druck in der Pumpendrucklcitung ansteigt.

Weiter sei angemerkt, daß das Vorhandensein von Turbinen mit unterschiedlicher Schnelläufigkeit im Turbobohrer, die durch die gleiche Fließrate betrieben werden, die Energiekennwerte des Turbobohrers nicht verbessert und ein Bohren unter Ausnutzung eines großen Druckunterschiedes im Meißel nicht ermöglicht.

Es sind Versuche zur Schaffung eines Turbobohrers

bekannt, bei welchem zur Erzielung einer Düsenwirkung am Meißel ohne zusätzlichen Druckanstieg innerhalb der Druckleitung der Bohrspülpumpe eine Strömungsieilung vorgesehen ist (s.d. DE-AS 11 15 6bO)- Hier ist ebenfalls eine Reihe von Nachteilen feststellbar, welches es verhindern, daß die gewünschte Wirkung erreicht wird. Bei diesem Turbobohrer gelangt der eine Strömungsteil in die Turbine, während der andere Strömungsteil, ohne in die Turbine zu gelangen, über die Hohlwelle in den Bohrmeißel gelangt. Der in der Turbine ausgenutzte Strömungsteil wird ebenfalls in den Bohrmeißel geleitet, wozu im unteren Teil des Turbobohrers eine Stopfbüchsenpackung vorgesehen ist. Somit vollzieht sich innerhalb des Bohrmeißels ein Vermischen von zwei Strömungen, einer Hoch- und Niederdruckströmung, was einmal die Düsenwirkung herabsetzt und zum anderen die Fertigung von speziellen Bohrmeißeln mit Kanälen für den Hoch- und Niederdruckstrahl erfordert. Hinzu kommt, daß die Zuführung nur eines Teiles der Strömung in die Turbine folgende unerwünschte Effekte ergibt: Beim Einsatz einer niedertourigen Turbine sind an der Welle eines solchen Turbobohrers beschränkte Drehmomente zu verzeichnen, wodurch bei einer geringen Achsbelastung des Bohrmeißels gebohrt werden muß, was bei der Verwendung von Rollenmeißeln äußerst wirkungslos

^ft5 ist. Wonn aber eine höhertourige Turbine verwendet wird, welche große Drehmomente an der Welle erzeugt, führt dies zu einer großen Schnelläufigkeit, was sich sehr ungünstig für einen Rollenmeißel auswirkt.

Aus der FR-PS 15 00 148 ist es bekannt, den Teilstrom, der durch die Turbine läuft, so austreten zu lassen, daß er nicht in den Bohrmeißelbereich gelangt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der den bekannten Turbobohrern anhaftenden Nachteile einen Turbobohrer anzugeben, bei dem die Anordnung der Turbinen zueinander sowie deren Energiekennwerte einen großen Druckunterschied im Bohrmeißel ohne zusätzlichen Druckanstieg innerhalb der Druckleitung der Bohrspülpump- zu verwenden gestatten, wobei eine Düsenwirkung ohne Inanspruchnahme einer Stopfbüchsenpackung bei verhältnismäßig niedrigen Drehgeschwindigkeiten des Bohrmeißels und hohen Achsbelastungen auf die Bohrlochsohle erreicht wird.

Die Aufgabe ist durch einen Turbobohrer zum Gesteinsbohren, der mindestens zwei mehrstufige, durch eine Spülflüssigkeit antreibbare, einander nachgeordnete und nachgeschaltete Turbinen unterschiedlicher Schnelläufigkeit aufweist, durch welche ein Bohrmeißel drehend beaufschlagbar ist, dadurch gelöst, daß in Strömungsrichtung der Spülflüssigkeit zunächst eine niederertourige Turbine und/oder hydrodynamische Bremsstufen, durch welche die gesamte Spülflüssigkeit hindurchleitbar ist und die von einer Vollwelle getragen sind, und anschließend eine an einer mit dem Bohrmeißel verbir lenen Hohlwelle befestigte, höhertourige Turbine vorgesehen sind, wobei zwis hen den Turbinen eine Einrichtung zur Aufteilung der Spülflüssigkeit in zwei Teilströme angeordnet ist, durch welche der eine Teilstrom zu der höhertourigen Turbine hin und von dort oberhalb des Bohrmeißels in den Ringraum des Bohrloches und der andere Teilstrom über die Hohlwelle der höhertourigen Turbine zum Bohrmeißel hin ableitbar sind.

Der Begriff »höhertourige bzw. niederertourige Turbine« hängt mit der Umfangsgeschwindigkeit des Läufers während des Anlaufens und bei einer Fließrate von 1 dmVs zusammen.

Dank der Anordnung der Turbinen, bei welcher als erste Turbine in Strömungsrichtung der Spülflüssigkeit eine niederertourige Turbine und als letzte Turbine eine höhertourige Turbine angeordnet ist, sowie auch dadurch, daß die erste Turbine durch die gesamte Spülflüssigkeit und die zweite Turbine, die die hohen Drehmomente entwickelt, durch einen Teilstrom der Spülflüssigkeit betrieben werden, ergeben sich ein hohes Drehmoment und eine verhältnismäßig niedrige Drehgeschwindigkeit der Turbobohrerweüe, die für Rollenmeißel geeignet ist.

Die Aufteilung des ankommenden Flüssigkeitsstromes in zwei Teilströme, von denen der eine in die höhertourige Turbine eintritt und daraus durch öffnungen im Gehäuse des Turbobohrers direkt in den Raum zwischen dem Gehäuse des Turbobohrers und der Bohrlochwand austritt, und der andere Teilstrom unmittelbar an den Bohrmeißel gelangt, ermöglicht die Schaffung eines Turbobohrers ohne Stopfbüchsenpakkungen und die Erzielung einer Düsenwirkung am Bohrmeißel, ohne daß der Druck innerhalb der Druckleitung der Bohrspülpumpe beachtlich ansteigt.

Es ist am einfachsten und fertigungsgerechtesten, daß die Einrichtung zur Teilung der Spülflüssigkeit aus einer Kupplung besteht, welche die Vollwelle der niederertourigen Turbine und/oder die der hydrodynamischen f>j Bremsstufen mit der Hohlwelle der höhertourigen Turbine verbindet, um dadurch die durch die Turbinen erzeugten Drehmomente, die auf den Bohrmeißel übertragen werden, zu addieren. Zu diesem Zweck weist die auf der Vollwelie befestigte Kupplungshälfte öffnungen auf, durch welche der eine Teilstrom der Spülflüssigkeit, nachdem er die niederertourige Turbine verlassen hat, in die Hohlwelle der höhertourigen Turbine ableitbar ist. Da Kupplungen zwischen den Wellen eines Turbobohrers unerläßliche Elemente sind, ist es fertigungsgerecht, diese Elemente, die außerdem auswechselbar sind, zur Strömungsteiluiig einzusetzen.

Beim Herstellen von Tiefbohrungen empfiehlt es sich, die niederertourige Turbine mit hydrodynamischen Bremsstufen zu versehen, deren Schaufeln gleiche Ein- und Austrittswinkel aus den Ständern und Läufern aufweisen und unter einem gleichen Winkel zur Ebene, die zur Turbobohrerachse senkrecht ist. angeordnet sind.

Beim Bohren von sehr tiefen Bohrlöchern ist es vorteilhaft, alle auf der Vollwelle angeordneten Ständer und Läufer mit Schaufeln zu versehen, die die gleichen Ein- und Austrittswinkel aufweisen und unter einem gleichen Winkel zur Ebene, die zur Turbobohrerachse senkrecht ist, angeordnet sind. Der Einsatz solcher Ständer und Läufer gestattet in einem weiten Bereich die Drehgeschwindigkeit der Turbobohrerwelle /11 regeln sowie die günstigste Betriebsweise des Bohrmeißels in Abhängigkeit von der Bohrlochtiefe, den Bohrmeißeltypen, von den Gesteinsarten und den Eigenschaften der Spültrübe zu wühlen.

Die höhertourige Turbine ist mit Schaufeln versehen, deren Austrittswinkel aus den Ständern und ilen Läufern bezüglich der /ur Turbobohrerachse senkrechten Ebene geringer als die entsprechenden Winkel der Schaufeln der niederertourigen Turbine sind.

Vorzugsweise sind die Radialhöhen der Schaufeln der höhertourigen Turbine geringer als die Radiulhöhen der niederertourigen Turbine. Der Vorzug dieser Lösung liegt darin begründet, daß einerseits eine Hohlwelle mit einem möglichst großen Durchmesser notwendig ist und andererseits bei einer geringen Radialhöhe der Turbinenschaufeln mit vorgegebenen Austrittswinkeln der Läufer und Ständer der Koeffizient ties hydrauli sehen Widerstandes der Turbine zunimmt, wodurch die Erzeugung der für einen wirksamen Betrieb von Düsenmeißeln erforderlichen hohen Druckunterschiede erleichtert wird.

Für die Erhöhung des Druckunterschiedes, der für den Düsenmeißel bei Herabsetzung seiner Drehzahl verwendbar ist, ist es vorteilhaft, die Ein- und Austrittswinkel der Schaufeln der Läufer und der Schaufeln der Ständer der höhertourigen Turbine einander gleich auszubilden. Bei den Turbinen, deren Schaufeln ein derartiges Profil aufweisen, nimmt das Druckgefälle mit der Verminderung der Drehzahl der Turbobohrerwelle zu. Hierbei gelangt in die Düsenmundstücke des Bohrmeißels eine größere Spültrübemenge. Demgemäß erhöht sich auch der Druckunterschied am Bohrmeißel, wodurch die Wirksamkeit des Düsenstrahles anwächst.

Nachstehend wird die Erfindung durch eingehende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 eine Gesamtansicht des erfindungsgemäßen Turbobohrers im Längsschnitt; die abgebildeten Teile des Turbobohrers sind miteinander nach der linie Il verbunden;

Fig. 2 einen Ständer unJ einen Laufer einer niederertourigen Turbine im Längsschnitt;

Fig. 3 ein Profil der Schaufeln des Ständers der

nicderertourigcn Turbine;

F i g. 4 dito, die Schaufeln des Läufers;

Fig. 5 einen Ständer und einen Läufer mit gleichen Kin- und Austrittswinkeln der Schaufeln die unter gleichem Winkel zur Ebene, die zur Turbobohrerachse senkrecht ist, angeordnet sind; im Längsschnitt;

F i g. 6 ein Profil der Schaufeln des Ständers, die unter einem Winkel von 90° zur Ebene, die zur Turbobohrerachse senkrecht ist, angeordnet sind;

F i g. 7 dito, die Schaufeln des Läufers;

Fig. 8 einen Ständer und einen Läufer einer höhertourigen Turbine im Längsschnitt;

Fig.9 ein Profil der Schaufeln des Ständers der höhertourigen Turbine;

Fig. 10 dito, die Schaufeln des Läufers.

Es wird ein Turbobohrer zum Gesteinsbohren von Erdöl- und Gasbohrlöchern vorgeschlagen, der zu einer Bohrausrüstung gehört, die außerdem Bohrrohre enthält, durch die eine Bohrspülpumpe Spülflüssigkeit in den Turbobohrer fördert.

Der Turbobohrer enthält zwei hintereinander in einem Gehäuse 1 (Fig. 1) angeordnete nachgeschaltete, mehrstufige, durch die Spülflüssigkeit antreibbare Turbinen unterschiedlicher Schnelläufigkeit, durch welche ein Bohrmeißel drehend beaufschlagbar ist.

Gemäß der Erfindung ist in Strömungsrichtung der Spülflüssigkeit in den Bohrrohren (in Fig. 1 nicht abgebildet) eine niederertourige Turbine 2 angeordnet. Diese Turbine 2 sitzt unbeweglich auf einer Vollwelle 3 und ist darauf mittels einer Mutter 4 befestigt. Bezüglich des Gehäuses 1 wird die Vollwelle 3 mit Hilfe von Radiallagern 5 fixiert. Durch die niederertourige Turbine 2 fließt die gesamte Spülflüssigkeitsmenge, die dem Turbobohrer zugeführt wird.

Als nächste in Strömungsrichtung der Spülflüssigkeit angeordnete Turbine ist gemäß der Erfindung eine höhertourige Turbine 6 vorgesehen. Zur Anordnung der Turbine 6 dient eine mehrteilige Hohlwelle 7, die mit einem Bohrmeißel 8 verbunden ist.

Vor der höhertourigen Turbine 6 befindet sich eine Einrichtung zur Teilung des aus der niederertourigen Turbine 2 austretenden Spülflüssigkeilsstromes in zwei Teilströme. Diese Einrichtung zur Teilung der Spülflüssigkeit in zwei TeilEtröme ist eine Kupplung, die sich aus zwei Kuppluppshälften 9 und 10 zusammensetzt und die Voll- und Hohlwelle 3 bzw. 7 der Turbinen 2, 6 miteinander verbindet, um die Drehmomente dieser Turbinen, welche auf den Bohrmeißel 8 übertragen werden, zu summieren. Die Kupplungshälfte 9 ist an der Vollwelle 3 befestigt und mit Öffnungen 11 versehen, die einen die Turbinen 2, 6 voneinander trennenden Hohlraum 12 mit dem Hohlraum 13 der Hohlwelle 7 der höhertourigen Turbine 6 verbinden und zum Durchfluß eines Teilstromes des aus der niederertourigen Turbine 2 austretenden Gesamtspülflüssigkeitsstromes in die Hohlwelle 7 der höhertourigen Turbine 6 dienen.

Die beiden Kupplungshälften 9 und 10 bilden eine Kupplung, die das Drehmoment der Vollwelle 3 auf die Hohlwelle 7 überträgt.

Beim Bohren von sehr tiefen Bohrlöchern muß der Turbobohrer und damit der Bohrmeißel 8 mit geringen Geschwindigkeiten rotieren. In diesem Falle dient die niederertourige Turbine 2 zur Erfüllung von zwei Funktionen; sie erzeugt nicht nur ein Drehmoment an der Vollwelle 3, sondern begrenzt auch die Drehgeschwindigkeit der höhertourigen Turbine 6, indem sie als hydrodynamische Bremse dient In Abhängigkeit von der erforderlichen Drehgeschwindigkeit des Bohrmeißels 8 kann die niederertourige Turbine 2 verschiedene Schaufelprofile aufweisen. Um mittelgroße Drehzahlen zu erhalten sind den Schaufeln 14 des Ständers 15 und den Schaufeln 16 des Läufers 17 der niedertourigen Turbine 2 die in F i g. 3 und 4 gezeigten Profile zu geben.

Um eine geringere Drehgeschwindigkeit des Bohrmeißels 8 zu erhalten, ist die Vollwelle 3 teilweise mit Stufen, die das Profil der Schaufeln 14 bzw. 16 der Ständer 15 bzw. der Läufer 17 aufweisen, die in Fig. 3 und 4 wiedergegeben sind, und teilweise mit Stufen, die das Profil der Schaufeln 18 der Ständer 19 und das Profil der Schaufeln 20 der Läufer 21 aufweisen, die in F i g. 6 und 7 abgebildet sind, zu versehen.

Um kleinste Drehzahlen zu erhalten, sind an der Vollwelle 3 Ständer 19 und Läufer 21 angeordnet, deren Schaulein 18 und 20 die in F i g. 6, 7 abgebildeten Profile aufweisen. In Fig. 3 bis 10 ist mit Pfeil A der Drehsinn der Turbobohrerwelle und mit Pfeil B die Bewegungsrichtung der Spülflüssigkeit angegeben.

Die höhertourige Turbine 6 ist für einen möglichen Einsatz eines hohen Druckunterschiedes sowie für die Erzeugung eines hohen Drehmomentes an ihrer Hohlwelle 7 ausgelegt. Zu diesem Zweck sind bei der Turbine 6 die Austrittswinkel αϊ der Schaufeln 22 der Ständer 23 und die Austrittswinkel «ι der Schaufeln 24 der Läufer 25 kleiner als die der entsprechenden Winkel «2 der Schaufeln 14 der Ständer 15 sowie der Winkel a₂ der Schaufeln 16 der Läufer 17 der niederertourigen Turbine 2.

Darüber hinaus weisen die Schaufeln 22 und 24 der höhertourigen Turbine 6 geringere Radialhöhen h\ (Fig.8) auf als die entsprechenden Radialhöhen h₂ (Fig.2) der Schaufeln 14 und 16 der niederertourigen Turbine 2.

Die Hohlwelle 7 der mehrstufigen höhertourigen Turbine 6 ist mehrteilig ausgeführt. Der Teil der Hohlwelle 7, der mit dem Bohrmeißel 8 in Verbindung steht, besteht aus einer Spindel, die aus einem Gehäuse 26, das mit dem Gehäuse 1 des Turbobohrers mittels Verbindungselementen 27 und 28 verbunden ist, und einer Welle 29 besteht. Das eine Ende der Welle 29 ist mit einem Gewinde zur Verbindung mit dem Bohrmei ßel 8 versehen, während das andere Ende unter Verwendung von Kupplungshälften 30, 31 zur Verbindung mit einer Hohlwelle 32 dient, die eine Verlängerung der Hohlwelle 7 einer Turbine 6 ist. Die Hohlwelle

32 ist mit der Hohlwelle 7 durch die Kupplungshälften

33 und 34 verbunden.

Innerhalb der Spindel befindet sich ein Mehrstufenlager 35 zur Aufnahme der hydraulischen Belastung durch einen Druckunterschied in den Turbinen 2 und 6 sowie zur Übertragung der Axialbelastung auf die Bohrlochsohle 36. Das Verbindungselement 27 weist Öffnungen 37 auf, durch die die Spülflüssigkeit nach dem Durchfluß durch die höhertourige Turbine 6 ins Bohrloch 38 austreten kann.

Der Turbobohrer kann auch so ausgeführt werden, daß die Spülflüssigkeit nach ihrem Durchfluß durch die höhertourige Turbine 6 ins Bohrloch 38 durch einen zwischen dem Spindelgehäuse 26 des Turbobohrers und der Spindelwelle 29 befindlichen Ringraum 39 austreten kann.

Beim Bohren unter Verwendung eines Düsenmeißels gelangt der Flüssigkeitsstrom aus der Hohlwelle 7 direkt in den Bohrmeißel, da die Bohrmeißeldüsen unmittelbar mit dem Hohlraum der Hohlwelle 7 der Turbine 6 verbunden sind. In diesem Falle werden die Durchlaßquerschnitte der Bohrmeißeldüsen davon

ausgehend ermittelt, daß der im Bohrmeißel verwendete Druck mit dem Druckunterschied der höhertourigen Turbine 6 übereinstimmt.

Wenn mit einem normalen Bohrmeißel gebohrt wird, ist davor ein auswechselbares Düsenmundstück 40 vorgesehen, wodurch die Flüssigkeit in die zentrale öffnung des Meißels gelangt. Den Durchmesser des Düsenmundstückes 40 wählt man ebenfalls ausgehend von dem Druck, der gleich denn in der höhertourigen Turbine 6 verwendeten Druckunterschied ist. Im Grunde genommen liegt es an den Durchmessern der Bohrmeißeldüsen oder am Durchmesser des auswechselbaren Düsenmundstückes 40, das vor dem üblichen Bohrmeißel 8 angeordnet wird, welcher Teil der Spülflüssigkeit über die Hohlwelle 7 in den Bohrmeißel 8 und welcher Teil der Spülflüssigkeit außerhalb des Bohrmeißels 8 in die höhertourige Turbine gelangt.

Bei der dargestellten höhertourigen Turbine 6 sind die Eintrittswinkel «3 (Fig. 10) und die Austrittswinkel «1 der Schaufeln 22 der Ständer 23 (Fig. 8) im wesentlichen einander gleich, die Eintrittswinkel ä₃ (F ig. 10) und die Austrittswinkel «i der Schaufeln 24 der Läufer 25 (Fig.8) sind ebenfalls im wesentlichen einander gleich. In diesem Falle wird bei der Verminderung der Drehgeschwindigkeit der Turbine 6 der darin verwendete Druckunterschied anwachsen.

Daher nimmt beim Bohren mit dem Turbobohrer bei einer Vergrößerung des Drucks auf die Bohrlochsohle 36 (Fi g. 1) die Drehgeschwindigkeit des Bolzmeißels 8 ab, demgemäß erfolgt eine Änderung der Verteilung der Gesamtströmung zwischen der Turbine 6 und dem Bohrmeißel 8. Aus dem Gesagten läßt sich ableiten, daß mit der Vergrößerung des Drucks auf die Bohrlochsohle, also mit der Verminderung der Drehzahl des Bohrmeißels, in diesen eine größere Spülflüssigkeitsmenge gelangt, wodurch der im Düsenbohrmeißel ausnutzbare Druck erhöht wird.

Da die höhertourige Turbine 6 für hohe Drehmomente ausgelegt ist, kann sie aus zwei Sektionen bestehen, deren Gehäuse miteinander durch Verbindungselemente 41, 42 verbunden sind, wobei auch beim Fließen nur eines Teilstromes der Spülflüssigkeit durch diese Turbine, der sich zum Turbobohrer bewegt, an der Hohlwelle 7 ein hohes Drehmoment erzeugt wird, das beim Bohren durch den Bohrmeißel 8 benötigt wird. Gleichzeitig dient diese Turbine, da sie für den Einsatz eines hohen Druckunterschiedes ausgelegt ist, auch als Stopfbüchsenpackung, welche die Spülflüssigkeitsmenge begrenzt, die außerhalb des Bohrmeißels 8 in das Bohrloch 38 austreten kann.

Der erfindungsgemäße Turbobohrer arbeitet wie folgt:

Die Betriebsspülflüssigkeit, welche durch die Bohrspülpumpen, durch die Bohrrohre und das obere Verbindungselement 43 des Turbobohrers gefördert wird, gelangt in die niederertourige Turbine 2, durch die sich die Gesamtmenge der Spülflüssigkeit bewegt. Aus der niederertourigen Turbine 2 gelangt die Spülflüssigkeit in den Raum zwischen den Turbinen, woraus ein Teilstrom der Spülflüssigkeit durch die Einrichtung zur Teilung der Spülflüssigkeit in die Hohlwelle 7 und ein anderer Teilstrom der Spülflüssigkeit in die höhertourige Turbine 6 geleitet wird. Die in der Turbine 6 ausgenutzte Spülflüssigkeit wird durch die öffnungen 37 in das Bohrloch 38 geleitet, während der andere Flüssigkeitsstrom durch die Hohlwelle 7 und das Mundstück 40 des Bohrmeißels 8 zur Sohle 36 des Bohrloches 38 geführt wird, und dabei den Bohrmeißel 8 abkühlt und bei seinem weiteren Weg das abgebohrte Gestein nach Übertage fördert.

Aus dem Dargelegten läßt sich entnehmen, daß der erfindungsgemäße Turbobohrer ein hohes Drehmoment bei einer begrenzten Drehgeschwindigkeit der Welle aufweist und den Einsatz von Hochdruckdüsenmeißeln ermöglicht, ohne daß die Bohrspülpumpe beachtlich belastet wird. Dazu kommt, daß der erfindungsgemäße Turbobohrer ohne Hochdruck-Stopfbüchsenpackung gebaut werden kann, da an Stelle der Stopfbüchsenpackung die höhertourige Turbine tritt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Turbobohrer zum Gesteinsbohren, der mindestens zwei mehrstufige, durch eine Spülflüssigkeit antreibbare, einander nachgeordnete und nachgeschaltete Turbinen unterschiedlicher Schnelläufigkeit aufweist, durch weiche ein Bohrmeißel drehend beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung der Spülflüssigkeit zunächst eine niedertourige Turbine (2) und/oder hydrodynamische Bremsstufen, durch welche die gesamte Spülflüssigkeit hindurchleitbar ist und die von einer Vollwelle (3) getragen sind, und anschließend eine an einer mit dem Bohrmeißel (8) verbundenen Hohlwelle (7) befestigte, höhertourige Turbine (6) vorgesehen sind, wobei zwischen den Turbinen (2; 6) eine Einrichtung zur Aufteilung der Spülflüssigkeit in zwei Teilströme angeordnet ist, durch welche der eine Teilstrom zu der höhertourigen Turbine (6) hin und von dort oberhalb des Bohrmeißels (8) in den Ringraum des Bohrloches (38) und der andere Teilstrom über die Hohlwelle (7) der höhertourigen Turbine (6) zum Bohrmeißel (8) hin ableitbar sind.

2. Turbobohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Teilung der Spülflüssigkeit aus einer Kupplung besteht, welche die Vollwelle (3) der niedertourigen Turbine (2) und/oder die der hydrodynamischen Bremsstufen mit der Hohlwelle (7) der höhertourigen Turbine (6) verbindet, wobei die an der Vollwelle (3) befestigte Kupplungshälfte (9) öffnungen (11) aufweist, durch welche der eine Teilstrom der Spülflüssigkeit in die Hohlwelle (7) der höhertourigen Turbine (6) ableitbar ist.

3. Turbobohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die höhertourige Turbine (6) mit Schaufeln (22; 24) verseher, ist, deren Austrittswinkel ((Xi) aus den Ständern (23) und den Läufern (25) geringer als die entsprechenden Winkel (1x2) der Schaufeln (14; 16) der niederertourigen Turbine (2) sind.

4. Turbobohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialhöhen (h\) der Schaufeln (22, 24) der höhertourigen Turbine (6) geringer als die Radialhöhen (hi) der Schaufeln (14; 16) der niedertourigen Turbine (2) sind.

5. Turbobohrer nach Anspruch 1,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Austrittswinkel (A₁; Λ,) der Schaufeln (24) der Läufer (25) und der Schaufeln (22) der Ständer (23) der höhertourigen Turbine (6) einander gleich sind.