DE2518493C3 - Bohrzeug, insbesondere für Brunnenbohrungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrzeug, insbesondere für Brunnenbohrungen, bei dem ein Bohrgestänge mittels Flansch- oder Gewindeverbindungen mit einer uder mehreren Schwerstangen verbünde" ist und am Fnde einen Meißel, insbesondere großen Durchm? sers, irägt. und bei dem zum Freihalten des Bohrgestänges von Biegespannungen ein elastischer Gelenkpunkt zwischen Bohrgestange und Schwerstangen angeordnet ist.

Bei Bohrarbeiten, insbesondere bei Bohrarbeiten mit großem Meißeldurchmesser, wie sie im Rahmen des Brunnenbohrverfahrens zur Anwendung gelangen, treten immer wieder Gestängebrüche auf, die erhebliche Unkosten und Arbeiten verursachen. In der Praxis jo hat sich herausgestellt, daß insbesondere bei großen Meißeldurchmessern, die entsprechend große Schwer sungengewichte bedingen, die Bruche meistens im Bereich kurz oberhalb des Überganges /ur Schwerstange im Bohrgestänge auftreten. Man hat versucht, derartige Gestängebrüche durch Verstärkung dieses Bereiches des Bohrgestänges durch Rippen oder größere Wandstarken der Rohre des Bohrgestänges /u verhindern, was jedoch keinen eindeutigen Erfolg gebracht r it. -to

Darüber hinaus ist ein Bohr/eug der eingangs genannten Art aus der DFOS 15 83 010 bekannt. Gegenstand dieser Druckschrift ist eine Schwerstange, die aus einem Schwerstangenschaft mit einer /ur Aufnahme eines unteren Stabilisators oder Bohrmeißels « dienenden Grundplatte besteht, ferner aus einem Schwerstangenstuhl und aus über den Schwerstangenschaft gefädelten zylindrischen Schwerstangengewichten Wie sich aus Seite 2. insbesondere Absatz I. der DFOS 15 83010 ennehmen läßt, soll bei einer Schwerstange der in dieser Druckschrift definierten Art ferner eir oberer Stabilisator am Schwerstangenschaft befestigt sein, wobei jedoch die Befestigung dieses oberen Stabilisators als nachteilig angesehen wird. Es wurden nämlich in dieser Befestigungsebene beim Andruck des Stabilisators an die Bohrlochwandung oder bei einem eventuellen Aufsetzen unkontrollierbare Biegebeanspruchungen entstehen, die direkt auf den Schwerstangenschaft übertragen werden und zu Havarien fuhren können Man beschäftigt sich daher in der ω erwähnten Druckschrift mit der Aufgabe, eine Schwerstange zu schaffen, durch die eine feinstufige Gewichtsveränderung zur optimalen Bohrmeißelbelastung bei geringstem Montage- oder Demontageaufwand und Beibehaltung des Stabilisierungseffektes erreicht wird und die den Schwerstangenschaft von unzulässigen Biegebeanspruchungen befreit. Um diese Aufgabe zu lösen, wird gemäß der Druckschrift vorgeschlagen, die auf den Schwerstangenschaft gefädelten Schwerstengengewichte, die den erforderlichen Bohrmeißelandruck erzeugenden sollen, als Außen- und Innenkörper auszuführen. Insbesondere soll es sich hierbei um fest mit dem Schwerstangenstuhl axial verspannte Außenkörper, sowie um dem Gewichtsausgleich dienende Innenkörper handeln. Außerdem soll der oberste, als Kopfplatte ausgeführte Außenkörper oder der darüber fest mit der Kopfplatte verbundene Stabilisator mit einer Abdeckplatte versehen sein, welche über eine elastische Zentrierbuchse den Kontakt zum Schwerstangenschaft herststellt. Diese elastische Zentrierbuchse soll die Übertragung der beim Bohren in der Ebene des oberen Stabilisators auftretenden Erschütterungen und Biegebeanspruchungen auf den Schwerstangenschaft verhindern, wobei die Zentrierbuchse ferner ein den Schwerstangenschaft umgebendes Distanzrohr aufnimmt, welches die dem Gewichtausgleich dienenden Innenkörper gegen axiale Bewegungen sichern soll Es wird somit offensichtlich bei"i Gegenstand der DF-OS 15 8^010 durch die Anordung der elastischen Zentrierbuchse im Bereich zwischen dem Bohrgestänge und der Schwerstange ein Gelenkpunkt geschaffen, durch den Erschütterungen und Biegebeanspru^hungen im gefährdeten Bereich des oberen Stabilisators vom Schwerstangenschaft ferngehalten werden können.

Andererseits ist jedoch in der genannten Druckschrift nicht näher ausgeführt, wie die dortige elastische Zemrierbuchse im einzelnen ausgebildet sein soll, wobei daruberhinaus auch in keiner Weise ersichtlich ist, daß es beim Gegenstand dieser Druckschrift als besonderes Anliegen angesehen wird, sich mit der speziellen Ausgestaltung des Gelenkpunku-s zu beschäftigen, der in der Druckschrift lediglich als eljstische Zentrierbuchse definiert ist.

Aus der US-PS 3i 78 281 ist ferner eine Gelenkver bindung in der Art eines Kardangelenkes oder eines Universalgelenkes bekannt, welches beispielsweise zur Herstellung einer flexiblen Verbindung eines Rohrstranges mit einem Basiselement einer Unterwasser-Bohrc-nrichtung dienen soll. Bei dieser bekannten gelenkigen Verbindung ist es jedoch bei vergleichender Gegenüberstellung mit dem vorliegenden Erfindungsgegenstand eine vollständig andersartige Dämpfung vorgesehen, da die bekannte Gelenkverbindung in eroter Linie zur Verbindung der Gestängeabschnitte bei Unterwasserbohrungen geschaffen wurde, damit die durch diese besondere Arbeitsweise hervorgerufenen Fluchtungsfehler ausgeglichen werden können.

Die US-PS 27 40 651 beschreibt einen stoßgcdämpf ten Meißel eines Bohrwerkzeuges, wobei dieser Bohrmeißel Stöße in axialer Richtung, sowie- in Umfangsrichtung dämpfend auffangen soll. Wenn auch in dieser Druckschrift davon die Rede ist, daß der Meißel flexibel oder federnd an den Bohrstrang angeschlossen sein soll, so ist jedoch ebenfalls nicht ersichtlich, daß hieraus die Ausbildung eines Gelenkpunktes hervorgehen würde. Beim Gegenstand der US-PS 27 40 65¹ handelt es sich vielmehr im wesentlichen um eine gummigedämpfte Keilwellenverbindung, die mit dem vorliegenden Erfindungsgegenstand nicht vergleichbar ist.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Bohrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich durch eine konstruktiv besonders vorteilhafte, einfache Ausgestaltung des elastischen Gelenkpunktes auszeichnet, um damit die Gefahr von Gestängebrüchen in dem oben genannten Bereich mit größtmöglicher

Sicherheil zu verringern oder vollständig zu vermeiden.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß. was weiter unten anhand der Zeichnungen' noch näher erläutert wird, die Hauptursache derartiger Gestängebrüche in erheblichen seitlichen Bewegungen und dadurch erzeugten Umlaufbiegespannungen zu sehen ist. Wenn dazu noch Stöße oder Schwingungen auftreten, so führt diese Überlagerung von Torrosions-, Biege-, und Zugspannungen zum Bruch des Bohrgestänges an dem genannten Bereich, obwohl rechnerisch genügend Sicherheit vorhanden wäre. Es wurde zunächst erwogen, diese Bewegungen durch einen sogenannten Kufenstabilisator auf oder zwischen den Schwerstangen zu verhindern, jedoch muß ein derartiger Stabilisator im Bohrloch derartig viel Spiel haben. daß damit die Bewegung nicht verhindert werden, sondern lediglich eingeschränkt werden kann. Darüber hinaus gehört ein Kufenstabilisator mit seinen üblicherweise großen flanschverbindungen zum Sperrenteii eines derartigen Bohrzeuges, der somit noch dem weiter unten erläuterten Hebelarm derartiger Bewegungen verlängert und die Bewegungen des gefährdeten Bereiches vergrößert. Der Nutzen eines Kufenstabilisators, der in dem ruhigeren Rundlauf des Meißels gesehen wird, bleibt dennoch unbestritten.

Ausgehend von einem Bohrzeug der eingangs definierten Art wird die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß der elastische Gelenkpunkt im wesentlichen durch gegeneinander bewegliche Rohre gebildet ist, die jeweils an das Bohrgestänge und an die Schwerstangen anschließbar und zwischen denen ein oder mehrere federnd gedämpfte Gummi- oder Kunststoffelemente angeordnet sind, welche im wesentlichen die einzige Verbindung der Rohre darstellen.

Durch die Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, daß infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung des elastischen Gelenkpunktes die Biegespannungen aus dem Gestänge herausgehalten werden, wobei insbesondere die eingangs genannte gefährdete Stelle -to des Gestänges durch einen derartigen Gelenkpunkt orphiMAf U/irvl UIÜC -»ti pitlpt* Arhökli/^hor» VArrinnönmn O-- —- -. -- -- -■■ -■ - -·- ·- σ-- σ

der Gefahr von Gestängebrüchen an diesem Punkt führt, da sich die Torrosions- und die Zugspannungen ohnehin nicht beeinflussen lassen. Ferner wird der Vorteil erzielt, daß auf den Meißel eine ausreichende Führungskraft wirkt, so daß dieser nicht verlaufen kann. Die zwischen den Rohren angeordneten Dämpfungselemente des Gelenkpunktes stellen eine Soll-Biegestelle in dem Bohrzeug dar, wobei die Biege-Formänderungsarbeit teilweise durch die Dämpfung der Elemente aufgezehrt wird, so daß kaum Biegespannungen auf das Bohrgestänge übertragen werden können. Aufgrund der Erfindung wird eine ausgezeichnete Dämpfung der Bewegung des elastischen Gelenkpunktes erzielt, wobei gleichzeitig eine Übertragung des vollen Drehmomentes möglich ist. Darüberhinaus ist der axiale Federweg der Dämpfungselemente viel größer als die spezifische Längenänderung des Gestänges, so daß die Übergangsstelle von Zug auf Druck damit eindeutig vorbestimmt ist

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind mittels der Dämpfungselemente, d.h. der Gummi- oder Kunststoffelemente, bei Verformung Rückstellkräfte ausübbar, die auf die axiale Ausrichtung des Bohrgestänges gerichtet sind. Das Bohrgestänge wird hierdurch in seine gerade Lage zurückgebracht.

Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Anschlußflansch mit dem Außenrohr starr und mit dem Innenrohr beweglich und druckdicht verbunden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Anschlußflansch über einen flexiblen Kompensator, der keine Kräfte aufnimmt und eine druckdichte bzw. spülmitteldichte Verbindung vom Außen- zum Innenrohr herstellt, mit dem Innenrohr verbunden ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann dadurch geschaffen werden, daß zur federnden Dämpfung der Raum zwischen Innenrohr und Aiißenrohr durch einen an beiden Rohren anvulkanisierten Gummikörper gefüllt ist.

Eine abgewandelte Ausführungsform nach der Erfindung kann dadurch geschaffen werden, daß ein oder mehrere übereinander angeordnete Schwingmetallringe mit dem Innenrohr und dem Außenrohr verbunden sind.

Hierbei ist es von besonderem Vorteil, diese Schwingtneiaiiringe auswechselbar anzubringen, so daß damit eine Anpassung an die zu erwurtenden Kräfte und Drehmomente möglich ist, indem die Anzahl der jeweils verwendeten Ringe geändert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungform nach der Erfindung, die sich durch niedrige Herstellungskosten und einfachen Aufbau auszeichnet, wird die federnde Dämpfung durch eine Anzahl von um den Umfang des Innenrohres verteilten Schwingmetallschienen erzielt, die in Axialrichtung verlaufend angeordnet sind.

Bei dieser Ausführungsform ist es ferner von Vorteil, eine Anpassung an die zu erwartenden Kräfte und Drehmomente dadurch zu ermöglichen, daß jeweils Schwingmetallschienen unterschiedlicher Länge zwischen Innen- und Außenrohr angebracht werden können.

Diese Ausführungsform kann dadurch weitergebildet werden, daß die Schwingmetallschienen derart angeordnet sind, daß sie durch das Drehmoment im wesentlichen auf Druck beansprucht werden. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß die relativ hohe Druckfestigkeit des Gummis bei derartigen Schwingmetallschienen für die Hauptbelastung ausgenutzt werden

Wann Finp hpcnnripr«: vortpühaftp Aiisfühningüfnrm

nach der Erfindung kann dadurch geschaffen werden, daß durch die Schwingmetallschienen die durch die Biegung erzeugte zusätzliche Belastung aufnehmbar ist. Hierbei wird der Gummiteil derartiger Schwingmetallschienen stärker auf Schub beansprucht, wobei Gummi auf Schub weicher als auf Druck reagiert.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Schwingmetallschienen zur Aufnahme nur der normalen Belastungen bei größtmöglichem Federweg bemessen sind.

Im einzelnen ist es weiterhin von besonderem Vorteil, daß die Schwingmetallschienen mittels Schrauben an Längsrippen befestigt sind, die an dem Innenrohr angeschweißt sind und auf der in Drehrichtung hintenliegenden Seite durch ebenfalls am Innenrohr angeschweißte Querrippen abgestützt sind.

Diese Ausführungsform kann dadurch weitergebildet werden, daß die Schwingmetallschienen durch von außen durch Bohrungen im Außenrohr zugängliche Schrauben an Längsrippen befestigt sind, weiche an dem Außenrohr angeschweißt sind und bezüglich der Drehrichtung nach hinten geneigt sind.

Hierbei kann es von besonderem Vorteil sein, wenn die Längsrippen Winkelprofile sind, deren beiden Schenkel über im wesentlichen ihre Gesamtlänge an der Innenseite des Außenrohres angeschweißt sind.

Die Erfindung kann in vorteilhafter Weise noch

dadurch weitergebildet werden, daß alle Bewegungswege in axialer, tangentialer und radialer Richtung des elastischen Gelenkes bei Überlastung durch Anschläge begrenzt sind. Hierdurch läßt sich der Vorteil erreichen, daß die Schwingmetallelemente nicht abreißen können oder daß bei Ermiidungsbruch des Gummis das Bohrzp.'jg mit Sicherheit gehoben werden kann.

In vorteilhafter Weise kann als Anschlag in radialer Richtung am Öberende des Außenrohres ein Flansch angeordnet sein, der das Innenrohr mU einem der maximalen Winkelbewegung entsprechenden Spiel aufnimmt.

Im Bereich des Oberendes der Längsrippen ist in vorteilhafter Weise ein Ringflansch an dem Innenrohr befestigt, der an seinem Umfang mit dreieckförmigen Ausnehmungen versehen ist, die mit ausreichendem Spiel die Spitzen der Winkelprofile aufnehmen.

Diese Ausführungsform kann in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet werden, daß der Anschlag zur Begrenzung der axialen Aufwärtsbewegung des Innenrohres gegen das Außenrohr durch den Flansch und den Ringflansch gebildet ist.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel ist der Flansch mittels Schrauben an Knaggen befestigt, die an das Außenrohr und die oberen Stirnseiten der Winkelprofile angeschweißt sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist der Kompensator innerhalb des Außenrohres am Unterende des Innenrohres und am Unterende des Außenrohres mittels je einem Flansch befestigt. Der am unteren Ende des Außenrohres befestigte Flansch verschließt hierbei in vorteilhafter Weise das Außenrohr.

An der Unterseite des am Außenrohr befestigten Flansches ist bei einer praktischen Ausführungsform nach der Erfindung ein Rohrstück mit einem Anschlußflansch für die Schwerstange η befestigt, dessen Länge auf den freien Zugriff für die Verbindungsschrauben der Schwerstange abgestellt ist.

Wegen der möglicherweise erheblichen Belastungen *o an dieser Stelle ist der Anschlußflansch in vorteilhafter

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radial verlaufende Wandungen verbunden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung nach der Erfindung sind die freien Hinterkanten der -»5 Querrippen parallel zur gegenüberliegenden Fläche der Winkelprofile abgeschrägt ausgebildet. Hierdurch bilden diese Teile einen Anschlag in tangentialer Richtung, sollte aus irgendwelchen Gründen die Drehrichtung einmal umgekehrt werden müssen.

Bei einer praktischen Ausführungsform nach der Erfindung sind sechs Schwingmetallschienen in gleichmäßigen Abständen um den Umfang des Innenrohres Verteilt vorgesehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer in den Zeichnungen beispielhaft veranschaulichten Ausführungsform näher erläutert- Es zeigt

Fi g. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines Bohrzeuges, bei dem die vorliegende Erfindung bevorzugt angewandt werden soll;

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen gedämpften Gelenkes;

Fig.3 eine Schnittansicht von Fig.2, die den grundsätzlichen Aufbau veranschaulicht;

Fig.4 im vergrößerten Maßstab eine Schnittansicht längs der Linie IV-IV von Fig. 2;

Fig.5 eine Schnittansicht im vergrößerten Maßstab längs der Linie V-V von F i g. 2;

Fig.6 eine Schnittansicht, ebenfalls im vergrößerten Maßstab längs der Linie VI-VI von F i g. 2;

Fig.7 eine Einzelheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß F i g, 2;

Fig.8 den Aufbau des Kompensators gemäß Fig.2 in der seitlichen Schnittansicht; und

F i g. 9 eine Schnittansicht einer der erfindungsgemäß bei der bevorzugten Ausführungsform verwendeten Schwingmetallschienen.

Unter Bezugnahme auf F i g. 1, in der der grundsätzliche Aufbau eines Bohrzeuges, bei dem die Erfindung bevorzugt angewandt werden soll, veranschaulicht ist, soll zunächst noch kurz auf die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe eingegangen werden.

Das in Fig. 1 veranschaulichte Bohrzeug besteht aus einem Bohrgestänge 1, welches über eine Flansch- oder Gewindeverbindung 2 mit einem Überzug 3. sowie einer ersten Schwerstange 4 verbunden ist. Die Schwerstange 4 ist über einen weiteren Übergang 5 mit zwei größeren Schwerstangen 6 verbunden, an denen unten ein Meißel 7 befestigt ist. Wie bereits erwähnt, treten bei Bohrarbeiten insbesondere mit großem Meißeldurchmesser etwa von 800 bis 1600 mm Durchmesser immer wieder Gestängebrüche auf. Das eingesetzte Bohrzeug weist grundsätzlich hierbei eine Zusammenstellung, wie in F i g. 1 auf, da ein großer Meißeldurchmesser, bei dem es sich um einen Flügelmeißel oder Rollenmeißel handeln kann, ein großes Schwerstangengewicht erfordert. Es hat sich bei praktischen Erfahrungen herausgestellt, daß die Gestängebrüche nahezu immer im Bereich des Punktes B auftreten. Die Ursache hierfür läßt sich mit gewisser Vereinfachung dadurch erklären, daß eine senkrechte Bewegung des Punktes A. die beispielsweise durch einen Stein verursacht sein kann, um den Punkt M als Drehpunkt, nimmt man Meißel und Schwerstangen als starr an, eine waagerechte Bewegung im Punkte B verursacht, die ein Vielfaches der senkrechten Bewegung des Punktes A beträgt. Nimmt man beispielsweise an, daß ein Vierflügelmeißel mit einem Nenndurchmesser von 1250 mm verwendet wird und der .Abstand zwischen u'cm Funkle Ξ und licm Funkle rvi 575Ü mm und der zwischen Punkt A und Punkt /5 7,50 m beträgt, so ergibt sich im Punkte Seine waagerechte Bewegung von sechsfacher Größe. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß bei diesen gewählten Maßen die bleigefüllte Schwerstange 4 einen Außendurchmesser von 500 mm und die bleigefüllten Schwerstangen 6 einen Außendurchmesser von 700 mm aufweisen. Die hierbei erzeugte waagerechte Bewegung wird durch das Bohrgestänge, welches infolge seiner Länge als elastisch angenommen werden kann, aufgenommen, welches hierdurch hauptsächlich im unteren Bereich zusätzlichen Umlaufbiegespannungen ausgesetzt wird. Treten dazu dann noch die bei Bohrarbeiten unvermeidlichen Stöße und Schwingungen auf. so führt diese Überlagerung von Torrosions-, Biege-, und Zugspannungen zum Bruch, obwohl rechnerisch genügend Sicherheit vorhanden ist.

Der zunächst erwogene Einsatz eines Kufenstabilisators auf oder zwischen den Schwerstangen konnte keine vollständige Lösung dieses Problems schaffen, da ein derartiger Stabi'isator in dem Bohrloch ein Spiel haben muß, welches etwa der Größe der oben beschriebenen Bewegung am Punkte B ausmacht Die Bewegung kann daher nicht verhindert, sondern lediglich nur eingeschränkt werden. Darüberhinaus gehört ein Stabilisator mit seinen großen Flanschverbindungen eindeutig zum

starren Teil des ganzen Systems, verlängert also noch den Hebelarm und vergrößert die Bewegung beim Punkt B.

Erfindungsgemäß wird daher im Punkt Sein Gelenk vorgesehen, welche zum Gradlauf des Meißels eine Dämpfung aufweist, die ausreichende Führungskräfte auf den Meißel ausübt, wobei das volle Drehmoment übertragbar sc'n muß und ein freier Durchfluß für die Spülung gewährleistet sein muß.

Diese Anforderungen werden allgemein durch die Konstruktion des in Fig.2 veranschaulichten Gelenkpunktes erfüllt, der allgemein mit 8 bezeichnet ist und der im Bereich des Punktes B in das erfindungsgemäße Bohrzeug eingesetzt ist.

Wie in Fig.2 veranschaulicht, besteht der Gelenkpunkt 8, durch den eine Sollbiegestelle in dem Bohrzeug geschaffen wird, in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einem Innenrohr 9, das an seinem Oberende mit einem Flansch oder Gewinde 10 als A.nschluß für das Gestänge 1 versehen ist und einem Außenrohr 11, welches an seinem Unterende mit einem Anschlußflansch 12 für die Schwerstange oder Schwerstangen 4 bzw. 6 versehen ist. Das Innenrohr 9 ist mit dem Außenrohr 11 über Schwingmetallschienen 13 verbunden. Ferner ist noch ein keinerlei Kräfte aufnehmender Kompensator 14 vorgesehen, welcher für die Spülung eine druckdichte Verbindung des Innenrohres 9 mit dem Flansch 12 und somit dem Außenrohr 11 heretellt und gleichzeitig die Spülleitung fortsetzt.

Wie schematisch in Fig. 3 veranschaulicht, sind die Schwingmetallschienen 13 mit Schrauben einerseits mit dem Innenrohr 9 über daran angeschweißte Längsrippen 15, welche über Querrippen 16 rückseitig abgestützt sind, verbunden und andererseits mit dem Außenrohr ί 1 ebenfalls mittels Schrauben über Winkclprofile 17 verbunden, die auf der Innenseite des Außenrohres 11 angeschweißt sind. Die hierdurch erzielte bezüglich der Drehrichtung nach hinten geneigte Lage der Schwingmetallschienen ermöglicht eine bestmögliche Übertragung des Drehmoments bei gleichzeitig besten und größtmöglichen Federwegen.

Bei der bevorzugten Ausführungsforrn wurden die oviivr 1!!^IrICiCiUaV-IIICiICIi υ uüiii.ucf Duuurt, wie sie aucn in F i g. 9 im Schnitt veranschaulicht ist. aus Kostenersparnisgründen und der leichteren Beschaffung verwendet. Anstelle der Schwingmetallschienen lassen sich jedoch auch Schwingmetallringe zwischen Innenrohr 9 und Außenrohr 11 verwenden oder es kann der Raum zwichen Innenrohr 9 und Außenrohr 11 ausgegoßen und vulkanisiert werden, so daß ein quasi einstückiger Gelenkpunkt geschaffen wird. Bei Verwendung von Schwingmetallschienen 13 bzw. Schwingmetallringen von denen mehrere übereinander angeordnet sind, ergibt sich jedoch der zusätzliche Vorteil, daß durch Austauschen und Auswechseln eine Anpassung an die zu erwartenden Kräfte möglich ist

An der Oberkante des Außenrohres 11 sind auf die Winkelprofile 17 Knaggen 19 aufgeschweißt, auf denen mittels Schrauben 18 ein Begrenzungsflansch 20 befestigt ist (vgl. auch F i g. 4 und 7).

Der Begrenzungsflansch 20 weist eine mittige öffnung 21 auf, die das Innenrohr 9 mit einem Spiel a umgibt (vgl. F i g. 4), welches die maximale Winkelbewegung des Innenrohres 9 gegenüber dem Außenrohr 11 begrenzt

Ein. in der zusammengebauten Stellung darunter angeordneter Ringflansch 22, der am Innenrohr 9 oben auf den Längsrippen 15 angeschweißt ist, ist in seinem Durchmesser derart bemessen, daß er mit dem Begrenzungsflarjjch 20 zusammen einen Anschlag zur Begrenzung der Axialbewegung des Innenrohres 9 bezüglich des Aüßenrohres 11 nach oben bildet. Dies stellt eine Sicherheitsmaßnahme dar, um Ermüdungsbruch des Gummis der Schwingmetallelemente das Bohrzeug mit Sicherheit heben zu können.

Das Unterende des Außenrohres U ist durch den Anschlußflansch 12 verschlossen, weicherden Kompensator 14 trägt.

In Fig.5 sind in vergrößerten Maßstab Einzelheiten einer Schnittansicht gemäß Fig.3 gezeigt. Wie veranschaulicht, sind die Schrauben 23, mittels derer die Schwingmetallschienen 13 an den Winkelprofilen 17

befestigt sind, von Äußeren des Außenrohres 11 her durch Bohrungen 25 zugänglich, um diese festziehen zn können, wenn das Innenrohr 9 mit den daran festgeschraubten Schwingmetallschienen 13 in das Außenrohr 11 eingesetzt wird. Anschließend wird beim Zusammenbau oben der Begrenzungsflansch 20 auf den Knaggen 19 festgeschraubt.

Fig.6 zeigt eine Schnittansicht im Bereich des Unterendes des Gelenkpunktes 8, aus der ein am Innenrohr 9 an der Unterkante der Längsrippen 15 angeschweißter Ringflansch 26 ersichtlich ist. Dieser Ringflansch dient einerseits der Befestigung des Kompensators 14. wie weiter unten noch näher erläutert wird und kann andererseits Teil eines Anschlages zur Begrenzung einer abwärts gerichteten Axialbewegung des Innenrohres 9 bilden. Wie veranschaulicht, ist der Ringflansch 26 mit dreieckförmigen Ausnehmungen 27 an seinem Rande versehen, welche mit ausreichendem Spiel die Spitzen der Winkelprofile 17 aufnehmen, so daß diese sich bei axialer Federung durch diese dreieckförmigen Ausnehmungen 27 hindurchbewegen können.

Fig. 7 zeigt in seitlicher Schnittdarstellung im vergrößerten Maßstab nochmals die Einzelheiten des Aufbaus des Oberendes des Gelenkpunktes 8 im Bereich des Begrenzungsflansches 20.

In Fig.8 sind Einzelheiten des Kompensators 14 in seitlicher Schniitdarstel'ung gezeigt. Wie gezeigt, ist der Kompensator i4 nach Art eines Gummmaiges mittels zwei durch Schrauben 28 bzw. 29 an dem Ringflansch 27 bzw. dem Anschlußflansch 12 über Ringe 30, 31 befestigt. Die Ringe 30,31 bilden mit dem Kompensator 14 durch entsprechende Dichtlippen die ineinander eingreifen, eine druckdichte Verlängerung der Spülleitung, die durch das Innenrohr 9 gebildet wird, ohne daß der Kompensator 14 irgendwelche Kräfte überträgt, sondern lediglich Schiebebewegungen und Axialbewegungen des Außenrohres 11 gegenüber dem Innenrohr 9 ermöglicht. Wie ferner aus F i g. 8 ersichtlich, sind den dreieckförmigen Ausnehmungen 27 entsprechende Ausnehmungen an den Ringen ebenfalls vorgesehen.

Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist kein gesonderter Anschlag gegen eine Abwärtsbewegung in axialer Richtung vorgesehen, was jedoch durch entsprechende Gestaltung des Ringflansches 9 und einen Gegenanschlag im Bereich des Anschlußflansches 12 ohne weiteres möglich wäre.

Wie ferner aus F i g. 8 ersichtlich, ist ein Befestigungsflansch 32 für die Schwerstange 4 über ein Rohrstück 33, welches unten an den Flansch 12 angeschweißt ist, mit dem Außenrohr 11 verbunden. Zur Versteifung sind ferner axial und radial verlaufende Verbindnngswände 34 vorgesehen.

Diese Verlängerung hat den Zweck, den freien. Zugriff

für die Befestigungsschrauben der Flanschverbindung 32 zu gewährleisten.

Es ist kUr ersichtlich, daß durch die oben beschriebene und in den Zeichnungen veranschaulichte Bauweise, ein ausgesprochen wirksames Ausgleichs- und Dämpfungselement an dem gefährdeten Punkt des Bohrzeuges geschaffen wird. Die sechs Schwingtnetallschienen, die zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr angeordnet sind, vermeiden zwar nicht vollständig irgendwelche Biegespannungen, jedoch werden diese |₀

erheblich durch die Dämpfung des Gummis abgeschwächt. Die Biege-Formänderungsarbeit wird hierbei teilweise im Gummi aufgezehrt. Da ferner der axiale Federweg der Schwingmetallelemente erheblich größer ist, als die spezifische Längenänderung des Gestänges, ist der Übergang von Zug auf Druck damit eindeutig vorbestimmt, so daß das Schwerstangengewicht beim Bohren voll ausgenutzt werden kann, weil die Einstellung sehr viel einfacher wird.

!Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (26)

25 1 Patentansprüche:

1. Bohrzeug, insbesondere für Brunnenbohrungen, bei dem ein Bohrgestänge mittels Flansch- oder Gewindeverbindungen mil einer oder mehreren Schwerstangen verbundein ist und am Ende einen Meißel, insbesondere großen Durchmessers, trägt, und bei dem zum Freihalten des Bohrgestänges von Biegespannungen ein elastischer Gelenkpunkt zwischen Bohrgestänge und Schwerstangen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Gelenkpunkt (15) im wesentlichen durch gegeneinander bewegliche Rohre (9; 11) gebildet ist. die jeweils an das Bohrgestänge (1) und die Schwerstangen (4; 6) anschließbar und zwischen denen ein oder mehrere federnd gedämpfte Gummioder Kunsistoffelemente angeordnet sind, welche im wesentlichen die einzige Verbindung der Rohre (9; M) darstellen.

2. Bohr,'cug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. πη3 mitiels der Pämpfungselemenii· hei Formänderung Rückstellkräfte ausübbar sind, welche auf die axiale Ausrichtung des Bohrgestänges (1) gerichtet sind.

3. Bohr/eug nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlußflansch (12; 13) mit dem Außenrohr (Tl) starr und mii dem Innenrohr (9) beweglich und druckdicht verbunden ist.

4. Bohrzeug nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet. d."ß der Anschlußflansch (12; 13) über einen flexiblen Kompensator (14), der keine Kräfte aufnimmt und nur eine druckci.ehte Verbindung vom Außen- /um Innanrohr (M; 9) herstellt, mit dem Innenrohr (9) verbunden ist.

5. Bohr/eug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Innenrohr (9) und dem Außc'irohr (11) durch einen an beider Rohren anvulkanisu rten Gummikorper gefüllt ist.

6. Bohrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere übereinander angeordnete Schwingmetallringe mit dem Innenrohr (9) und mit dem Außenrohr (M) verbunden sind.

7. Bohrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingmetallringe auswechselbar angeordnet sind.

8. Bohrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur federnden Dsimpfung eine Anzahl von Schwingmelallschienen (13) vorgesehen ist. die um den Umfang des Innenrohres (9) verteilt und in Axialrichtung verlaufend angeordnet sind.

9. Bohrzeug nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß jeweils Schwingmetallschienen (13) unterschiedlicher Länge /wischen den Rohren (9; M) anbringbar sind.

10. Bohrzeug nach Ans.pruch 8 oder 9. dadurch gekenn/eichnet, daß die Schwingmetallschienen (13) als durch das Drehmoment im wesentlichen auf Druck beansprucht angeordnet sind.

11. Bohrzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Schwinßmelallschienen (13) die durch die Biegung erzeugte zusätzliche Belastung aufnehmbar ist.

12. Bohrzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingmetall*

schienen (13) zur Aufnahme nur der normalen Belastungen bei größtmöglichem Federweg bemessen sind.

13. Bohrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingmetallschienen (13) mittels Schrauben {24) an Längsrippen (15) befestigt sind, die an dem innenrohr (9) angeschweißt sind und auf der in Drehrichtung hintenliegenden Seite durch ebenfalls am Iunenrohr (9) angeschweißte Querrippen (16) abgestützt sind.

14. Bohrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingmetallschienen (13) durch von außen durch Bohrungen (25) im Außenrohr (11) zugängliche Schrauben (23) an Längsrippen befestigt sind, welche an dem Außenrohr (M) angeschweißt sind und bezüglich der Drehrichtung nach hinten geneigt sind.

15. Bohrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsrippen Winkelprofile (17) sind, deren beide Schenkel über im wesentlichen ihre Gesamtlänge an der Innenseite des Außenrohres (M) angeschweißt sind.

16. Bohrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bewegungswege in axialer, tangenlialer und radialer Richtung des Gelenks (8) bei Überlastung durch Anschläge begre i/t sind.

17. Bohrzeug nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, daß als Anschlag in radialer Richtung am Oberende des Außenrohres (M) ein Flansch (20) angeordnet ist, der das Innenrohr (9) mit einem der maximalen Winkelbewegung entsprechenden Spiel ^aufnimmt.

18. Bohr/eug nach Anspruch 16 oder 17. dadurch gekenn/eichnet, daß im Bereich des Oberendes der Längsrippen (15) ein Ringflansch (22) an dem Innenrohr (9) befestigt ist. welcher an seinem Umfang mit dreieckförmigen Ausnehmungen versehen ist. die mit ausreichendem Soiel die Spitzen der Winkelprofile (1) aufnehmen.

19. Bohr/eug nach Anspruch ΐ8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag /ur Begrenzung der axialen Aufwärtsbewegung des Innenrohres (9) gegen das Außenrohr (M) durch den Flansch (20) und den Ringflansch (22) gebildet ist.

20. Bohr/eug nach einem der Ansprüche 16 bis 19. dadurch gekenn/eichnet. daß der Flansch (20) mittels Schrauben (18) an Knaggen (19) befestigt ist. die an das Außenrohr (M) und an die oberen Stirnseiten der Winkelprofile (17) angeschweißt sind.

21. Bohr/eug nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekenn/eichnet. daß der Kompensator (14) innerhalb des Außenrohres (M) am Unterende des Innenrohres (9) mittels eines Flansches (26) und am Unterende des Außenrohres (M) mittels des Flansches (20) befestigt ist.

22. Bohrzeug nach Anspruch 21. dadurch gekenn zeichnet, daß der dm unteren Ende des Außenrohres (M) befestigte Flansch (12) das Außenrohr (M) verschließt.

23. Bohrzeug nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des am Außenrohr (M) befestigten Flansches (12) ein mit einem Anschlußflansch (32) für die Schwerslange(n) (4, 6) versehenes Rohrstück (33) befestigt ist, dessen Länge auf den freien Zugriff für die Verbindungsschrauben der Schwerstange abgestellt ist.

24. Bohrzeug nach Anspruch 23, dadurch gekenn-

zeichnet, daß der Anschlußflansch (32) mit dem Flansch (12) über axial und radial verlaufende Wandungen (34) verbunden ist.

25. Bohrzeug nach einem der Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Hinterkanten der Querrippen (16) parallel zur gegenüberliegenden Fläche der Winkelprofile (17) abgeschrägt ausgebildet sind.

26. Bohrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß sechs Schwingmetallschienen (13) in gleichmäßigen Abständen um den Umfang des Innenrohres (9) verteilt vorgesehen sind.