DE2529380C2

DE2529380C2 - Bohrwerkzeug mit Spülungsschürze

Info

Publication number: DE2529380C2
Application number: DE2529380A
Authority: DE
Inventors: Yvon Le Peco Castel
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1974-07-11
Filing date: 1975-07-02
Publication date: 1984-05-30
Also published as: SE7507170L; JPS595757B2; FR2277968B1; FR2277968A1; JPS5137001A; GB1477069A; SE412621B; DE2529380A1; DK300375A; NO752475L; IT1039685B; CA1026315A

Description

Wälzlager drehen, deren Achsen beispielsweise bezüglich der vertikalen Achse des Werkzeugs geneigt sind. Jedes dieser drehenden Organe kann von an sich bekannter Art sein und Zähne aufweisen, wie F i g. 2 zeigt. Es kann aber auch irgend ein anderes Schneidorgan umfassen, das in der Lage ist, die Böden in Höhe der Angriffsfläche anzugreifen oder zu zerstören.

Der obere Teile 8 des Körpers 1 ist mit Gewinde verschen, urn den Anschluß des Werkzeugs in der Verlängerung eines Werkzeugträgers sicherzustellen, welcher das Werkzeug in Drehung mitnimmt.

Dieser mit 9 (F i g. 3 und 4) bezeichnete Werkzeugträger kann durch die Bohrkolonne im Falle des Rotarybohrens gebildet sein. Wenn das Werkzeug direkt in Drehung durch einen Bodenmotor angetrieben wird, ist der Werkzeugträger durch den Rotor dieses Motors gebildet

Im Körper 1 des Werkzeugs ist ein Hohlraum 10 belassen, der direkt mit dem Innenraum der Bohrkolonne in Verbindung steht. Drei Öffnungen 11,12 und 13, von denen allein die zweiten in den Figuren sichtbar sind, stehen in Verbindung mit dem Hohlraum 10 und münden zwischen den die sich drehenden Bodenangnrfsorgane tragenden Armen.

Kanäle oder Leitungen 14, 15 und 16 sind an einem ihrer Enden am Körper 1 des Werkzeugs befestigt und stehen in Verbindung mit dem Hohlraum 10 über öffnungen 11,12 bzw. 13.

Am anderen Ende der Kanäle 14—16 sind öffnungen 14a, 15a und 16a aus weiter darzulegenden Gründen kalibriert oder eingearbeitet.

Die Kanäle 14 und 16 haben eine Länge derart, daß die kalibrierten öffnungen 14a und 16a sich in der Nähe der Angriffsfläche oder dieser so nahe wie möglich befinden. Darüber hinaus sind diese Kanäle mit seitlichen öffnungen 17 (F i g. 2) versehen, deren Brauchbarkeit bei der Beschreibung der Arbeitsweise der Vorrichtung klar wird.

Die öffnung 12 ist durch ein röhrenförmiges Elenent 15 verlängert, '.'essen kalibrierte Öffnung 15a in einer Richtung, die im wesentlichen parallel zur Achse des Werkzeugs, jedoch in einer Richtung entgegengesetzt zu der der Arme 2,3 und 4, welche die Bodenangriffsorgane tragen, gerichtet ist.

Zwischen den Armen ist das Werkzeug mit einer Verkleidung versehen, die aus Platten 18,1? und 20 besteht, die am Körper des Werkzeugs durch irgend ein geeignetes Mittel, beispielsweise Schweißen, befestigt sind.

Diese Platten 18 und 20 unterbinden jede direkte Verbindung zwischen dem unmittelbar benachbart den Bodenangriffsorganen 15,6 und 7 angeordneten Raum und dem benachbart dem ooere.i Teil des Werkzeugs befindlichen Raum, während die Verkleidungsplatte 19 die benachbart den Organen 5, 6 und 7 sowie dem oberen Teil des Werkzeugs L/efindlichen Räume in Verbindung setzt, indem zwischen den Armen 3 und 4 eine Abzugsöffnung 19a bestimmten Querschnitts 5 begrenzt wird, die im wesentlichen von gleicher Achse wie das röhrenförmige Element 15 ist.

Wie insbesondere F i g. 1 zeigt, bildet die Plattenanordnung eine den Werkzeugkörper verlängernde Schürze. Diese Schürze hat einen Außendurchmesser, der geringfügig kleiner als der Durchmesser des gebohrten Loches ist, um jeden Verdichtungseffekt zu vermeiden, wenn das Werkzeug im Bohrloch verschoben wird, um einen Rakeleffekt an der Bohrlochwandung zu verhindern, der beim Wif hereinführen des Werkzeugs in das Bohrloch zum Verstopfen des von der Schürze begrenzten Raums führen würde, das Spannen des Werkzeugs am Werkzeugträger 9 mit Hilfe eines Spczialwcrkzeugs. das sich gegen die Arme 2, 3 und 4 abstützt, erleichtern würde.

Die Arbeitsweise des oben beschriebenen Werkzeugs soll nun mit Bezug auf die F i g. 2 und 3 erläutert werden.

Das Werkzeug nach der Erfindung ist am Ende des

Werkzeugträgers, der es in Drehung versetzt, befestigt.

Ober die Bohlkolonne wird die Spülung für die Angriffsfläche unter Druck in den Raum 10 gegeben, durchsetzt den Raum 10 und dann die Leitungen 14 und 16 und, indem sie in Vortriebrichtung des Werkzeugs ausfließt, bewässert sie die Schneidfront oder Angriffsfläche, kühlt das Werkzeug und reißt das Bohrklein in den durch die Schürze zwischen den Armen 2, 3 und 4 begrenzten Raum mit. Ein Bruchteil des in den Leitungen 14 und 16 zirkulierenden Fluids wird über die öffnungen 17ausgestoßen,die zweckmäßig verschwenkbar sind, damit die so gebildeten Strahlen (F i g. 2) für ein Reinigen der Schneidelemente sorgen, wenn sie nicht mehr in Kontakt mit der Angriffsfläche s»rien.

Während dieser Zeit wird ein Teil des in den Raum 10 des Werkzeugs gegebenen Bohrfluids direkt über das röhrenförmige Element 15 und über die Abzugsöffnung 19a in den Ringraum 21 abgezogen, der zwischen der Bohrkolonr? und der Bohrlochwandung (F i g. 3) gebildet ist, d.h., in einer Richtung entgegengesetzt zu der des Werkzeugbohrfortschritts. Das mit Bohrklein beladene Bohrfluid, welches den durch die Schürze begrenz-

jo ten Raum füllt, wird so stark angesaugt u^d über den Querschnitt S, dessen Wert abnimmt, wenn man sich von der Angriffsfläche entfernt, gegen den Ringraum 21 gerichtet, wie die Pfeile in F i g. 3 erkennen lassen.

Die Vorteile durch das erfindungsgemäße Werkzeug

j5 ergeben sich aus der vorhergehenden Beschreibung ohne weiteres. Da vor allem die kalibrierten öffnungen 14a und 16a nur wenig Abstand von der Angriffsfläche haben, behalten die Waschfluidstrahlen ihre Wirksamkeit bei, da sie nicht durch das mit Bohrklein beladene Fluid verlangsamt werden, welches die sich drehenden Organe bewässert hat und welches den durch die Schürze begrenzten Raum füllt. Darüber hinaus wird das mit Bohrklein beladene Fluid nicht durch die Strahlen gegen die Angriffsfläche getrieben und man beobachtet praktisch kein erneutes Zermahlen des Bohrkleins durch die sich drehenden Bodenangriffsorgane.

Das rohrförmige Element 15 bildet Einrichtungen zum Ansaugen des Bohrfluides. welche stark die in Höhe der Angriffsfläche durch die Bewässerungsstrahlen erzeugten Überdrücke beseitigen oder zumindest stark vermindern. Natürlich werden der Querschnitt Sund die kalibrierte Öffnung 15a des röhrenförmigen Elementes so gewählt, daß der gegen den Ringraum 21 angesaugte FluiJduichsatz gleich oder geringfügig niedriger als der Durchsatz der die Angriffsfläche bewässernden Fluidstrahlen ist.

F i g. 4 zeigt im Vertikalschnitt eine Ausführungsvariante des Schneidwerkzeugs nach der Erfindung mit komplementären Aⁿsaugeinrichtungen für das mit Bohrklein beladene Fluid.

Diese komplementären Ansaugeinrichtungen bestehen aus einem oberhalb des Werkzeugs angeordneten Teil 22, in welchem eine konvergente-divergente Düsenausbildung bzw. Rohrstutzenausbildung 23 vorgesehen ist. Das Teil 22 wrist auch Rillen 24 auf, die für das statische und dynamische Gleichgewicht des Teils 22 sorgen und jede Verdichtungserscheinung verhindern, wenn das Werkzeug im Bohrloch sich weiterbewegt.

Das Teil 22 ist an dem Werkzeugträger 9 durch irgendeine zweckmäßige Einrichtung wie Muttern befestigt, derart, daß die Düsenausbildung 23 im wesentlichen auf der gleichen Achse liegt wie die kalibrierte öffnung 15a des röhrenförmigen Elements 15. Auf diese Weise wird der Ansaugvorgang für das mit Bohrklein beladene Bohrfluid in beachtlicher Weise verstärkt. In der Praxis zeigen sich die komplementären Ansaugeinrichtungen besonders notwendig, wenn man Werkzeuge großen Durchmessers verwendet.

Modifikationen im Rahmen der Erfindung sind möglich; insbesondere kann die Anzahl der benachbart der Angriffsfläche mündenden Kanäle oder Leitungen gleich oder größer eins sein, und die Anzahl der die Ansaugeinrichtungen bildenden röhrenförmigen KIe- r> mente kann erhöht werden. Die Achse der durch die Kanüle 14, 15 und 16 gebildeten IJohrspülungsstiahlcn kann gegebenenfalls parallel zur vertikalen Achse des Werkzeugs sein, und die komplementären Ansaugeinrichtungen können gegebetieiiiaiis uns C-mcin Siück inii iCi dem Werkzeugträger bestehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Bohrwerkzeug mit einem Körper, der mit einem Werkzeugträger drehfest verbindbar ist, einer Mehrzahl vom Körper getragener Meißelrollen, die mit Schneidelementen ausgerüstet sind, mit Spülungseinrichtungen, durch die in Höhe der Meißelrollen ein Bohrspülungsstrahl erzeugbar ist, der im wesentlichen in Vortriebsrichtung verläuft, und mit einer den Körper verlängernden Schürze, die mit dem Werkzeug fest verbunden ist, einen Außendurchmesser aufweist, der geringfügig kleiner ist als der durch die Meißelrollcn vorgegebene Außendurchmesser des Bohrwerkzeuges, unmittelbar oberhalb der Meißelrollen einen mit der Bohrspülung auffüllbaren Raum begrenzt und wenigstens eine Abzugsöffnung für die in diesem Raum enthaltene Spülung aufweist, die mindestens eine Komponente parallel zur Vortriebsrichtung besitzt, gekennzeichnet durch Einrichtungen (15, 15a/ durch die die die Spülung von unten her in den von der Schürze (18 bis 20) umschlossenen Raum einsaugbar und entgegengesetzt der Vonriebsrichtung aus diesem Raum wieder ausstoßbar ist.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugeinrichtungen(15,i5a) ein röhrenförmiges Element (15) aufweisen, das mit einem Ende am Körper (1) des Werkzeugs befestigt ist und mit dessen Hohlraum (10) in Verbindung steht und ein freies Ende mit kalibriertem Innendurchmesser aufweist, welches in der Nähe dieser Öffnung (11) der Schürze (if-20) vorgesehen ist und dessen Fluidstrahl in der Achse der Öffnung im wesentlichen in einer Richtung entgegengesetzt zu der des Werkzeugfortschritts strömt.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 2, wobei die sich drehenden Organe von den Werkzeugkörper verlängernden Armen getragen sind, das röhrenförmige Element im Hohlraum von zwei aufeinanderfolgenden sich drehenden Organen unter geringem Abstand zur Angriffsfläche vorgesehen ist, und die Leitung mit derart angeordneten seitlichen Öffnungen versehen isi. daß ein Teil der Spülung die Schneidelemente der sich drehenden Organe erreicht, wenn diese nicht in Kontakt mit der Angriffsfläche stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugeinrichtungen (15, \Sa) im Zwischenraum von zwei aufeinanderfolgenden Armen (2—4) angeordnet sind; und daß die durch diese Ansaugeinrichtungen gesaugte Bohrspüle höchstens gleich dem Durchsatz des Fluids ist, der durch die Bewässerungseinrichtungen geliefert wird.

4. Bohrwerkzeug nach Anspruch 3. gekennzeichnet durch komplementäre Ansaugeinrichtungen.

5. Bohrwerkzeug nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die komplementären Ansaugeinrichtungen durch eine konvergente-divergente Düsenausbildung (23). die gleichachsig mit der Öffnung der Schürze (18-20) ausgebildet ist gebildet ist, wobei letztere direkt mit der Hülsenausbildung (23) in Verbindung sieht und die Diisenausbiklung in einem fest mit dem Werkzeugträger verbundenen Teil vorgesehen ist.

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug mit einem Körper, der mit einem Werkzeugträger drehfest verbindbar ist, einer Mehrzahl vom Körper getragener Meißelrollen, die mit Schneidelementen ausgerüstet sind, mit Spülungseinrichtungen, durch die in Höhe der Meißelrolien ein Bohrspülungsstrahl erzeugbar ist, der im wesentlichen in Vortriebseinrichtimg verläuft, und mit einer den Körper verlängernden Schürze, die mit dem Werkzeug fest verbunden ist, einen Außendurchmesser aufweist, der geringfügig kleiner ist als dt durch die Meißelrollen vorgegebene Außendurchmesser des Bohrwerkzeuges, unmittelbar oberhalb der Meißelrolien einen mit der Bohrspülung auffüllbaren Raum begrenzt und wenigstens eine Abzugsöffnung für die in diesem Raum enthaltene Spülung aufweist, die mindestens eine Komponente parallel zur Vortriebsrichtung besitzt.

Ein solches Bohrwerkzeug ist in der US-PS 15 82 332 sowie weiteren Patentschriften beschrieben. Die Strahlen der Bohrspülung wurden bereits so nahe wie möglich an die Angriffsfläche herangebracht Es konnte aber das erneute Zerrnahlcn des Bohrkleins nicht behoben werden, genauso wenig wie der Überdruck in Höhe der Angriffsfläche oder Bohrlochsohle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abführung des Bohrkleins zu erleichtern und jedes erneute Zermahlen des Bohrkleins zu vermeiden, den Druck in Höhe der Angriffsfläche zu vermindern, und dies bei relativ geringem Aufwand.

Erreicht wird dies überraschend durch Einrichtungen, durch die die Spülung von unten her in den von der Schürze umschlossenen Raum einsaugbar und entgegengesetzt der Vortriebsrichtung aus diesem Raum wieder ausstoßbar ist.

Durch diese neuartige Kombination von Schürze und nach rückwärts gerichteter Ejektordüse, d. h. von Meißelschürze und Ejektor, wird der Wirkungsgrad erhöht und ein erneutes Zermahlen des Bohrkleins weitgehend vermieden; der Überdruck in Höhe der Angriffsfläche der Bohrlochsohle wird abgebaut. Das Abführen des Bohrkleins wird erleichtert. Auch wird die Wirksamkeit der .Spülungswaschstrahlen erhöh·., was es dem Werkzeug ermöglicht, seine Schneideigenschaften über eine maximale Dauer beizubehalten; das Werkzeug verfügt somit über eine gesteigerte Rentabilität: es wird möglich, ein besseres Eindringen in Böden zu erhalten, indem die Frequenz des Ersetzens des Werkzeugs während des Bohrens vermindert wird.

Solche Düsen sind an sich in Verbindung mit dem Spülen von Bohrlöchern üblich (siehe z. B. US-PS 29 46 565), allerdings nicht in der Kombination Meißelschürze/ Ejektordüse.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

Fig. I perspektivisch ein Werkzeug nach der Erfindungzeigt;

F i g. 2 läßt das Werkzeug von unten erkennen; F i g. 3 zeigt das Werkzeug im Axialschnitt längs der M) Linie Ill-lll der Fi g. 2; und

F i g. 4 /,cigl eine Variante zu F i g. 3, welche insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für Bohrwerkzeuge großen Durchmessers brauchbar ist.

Das in den Figuren dargestellte Werkzeug umfaDi b) einen Körper 1 mit drei Armen 2, 3 und 4. von denen jeder ein Bodenangriffsorgan aufweist, das beispielsweise aus Rollen, Kreismessern oder konischen Rädern 5, und 7 gebildet ist, welche sich um nicht dargestellte