DE2739864A1

DE2739864A1 - Stossdaempfer fuer ein bohrgestaenge

Info

Publication number: DE2739864A1
Application number: DE19772739864
Authority: DE
Inventors: Edward Venson Burge
Original assignee: HAWN JUN
Current assignee: HAWN JUN
Priority date: 1976-09-20
Filing date: 1977-09-05
Publication date: 1978-03-23
Also published as: FR2408715A1; CA1065300A; IT1090206B; NL7710165A; US4130000A; GB1549958A; FR2408715B1; DE2739864C2

Description

VOSSIUS ■ VOSSlUS · HILTL

PATENTANWÄLTE

SIEBERTPTPASSE Λ βΟΟΟ MUNCHtN H6 PHONE: (O89) 47ΛΟ7Β CABLE. UENZOLPATENT MiJNCHEN TELEX ί>-28463 VOPAT D

273986/,

U.Z.: M 326
Case: 1o265 WG

Richard Dean HAKN, Jr.
Dallas, Texas, V.St.A.

" Stoßdämpfer für ein Rohraestanαe

Die Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer zuni Einbau in ain Donrgestänge, insoesoncere ein für Ölbohrungen geeignetes Bohrgestänge nit eines ar seiner unteren Ende angeordneten Bohrkopf. Der Stoßdämpfer hat die Aufgabe, Stöße zu dämpfen, S sie beiz. Bohren in Fe I ε oder anderen harter Bodsnformationen avat aas Bohrgestänge ausgeübt v/erden.

Ler erfinaungsgeciafce Stofidän-pfer umfaßt ein rohrfömiges Gehäuse, das einerseits mit dem Bohrgestänge und andererseits mit deir. Bohrkopf verbunden werden kann. In dem Gehäuse ist eine rohrförmige Spindel verschiebbar gelagert und ragt aus dem unteren Gshäuseende heraus, so daß sie iait einer üblichen, zn dem Bohrgestänge angeordneten Eohrspitze verbunden werden kann. Das Gehäuse der Stoßdämpfers umfaßt drei rohrförmige Abschnitte oder Hülsen, derer; obererer eine axial verlaufende

β c ii ι: / c 6 ε 2 _copy

Bohrung aufweist, in der eine komplementär zur Bohrung ausgebildete am oberen Ende der Spindel angeordnete Dichtungsanordnung gleitend geführt ist. Eine untere Dichtungsanordnung ist auf einem unteren Abschnitt der Spindel verschiebbar eingespannt, wobei ihre Außenumfangsfläche komplementär zu einer Axialbohrung im oberen Teil des untersten Gehäuseabschnittes ausgebildet ist und an der Bohrungswand gleitend anliegt.

Der mittlere Gehäuseabschnitt weist eine koaxiale Bohrung auf, die eine Verbindung zwischen den Bohrungen in dem oberen und dem unteren Gehäuseteil herstellt. Die Bohrung in dem mittleren Gehäuseteil ist komplementär zu einem Mittelabschnitt der Spindel ausgebildet, die ihrerseits in der Bohrung gleitend geführt 1st. Die elastischen Dichtungsanordnungen wirken in der Weise zusammen, daß sie eine obere abgedichtete Ringkamiaer zwischen sich einschließen, die im wesentlichen aus den Bohrungen der Gehäuseabschnitte besteht und eine inkompressible Flüssigkeit zur Dämpfung der beim Bohren in harten Bodenformationen auftretenden Stöße auf das Bohrgestänge dient. Innerhalb des unteren Abschnittes der oberen Ringkammer bzw. des oberen Bohrungsabschnittes des untersten Gehäuseabschnittes des Stoßdämpfers ist eine Durchflußsteuer- oder Ventileinrichtung angeordnet, die den Aufwärtsstrom der Dämpfungsflüssigkeit abbremst und dadurch einer Hin- und Herbewegung der Spindel relativ zum Gehäuse einen Widerstand entgegensetzt.

Auf der Spindel ist zwischen der Ventileinrichtung und der unteren Dichtungsanordnung innerhalb der oberen Ringkammer

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eine Schraubenfeder eingespannt, die das elastische Material der unteren Dichtungsanordnung in seiner Dichtungsstellung hält und damit seine Lebensdauer verbessert. In seinem unterhalb der unteren Dichtungsanordnung liegenden unteren Abschnitt weist der unterste Gehäuseabschnitt eine axiale Bohrung auf, in der ein komplementär ausgebildeter unterer Abschnitt der Spindel gleitend geführt ist. Einer oder mehrere Dichtungsringe sind in das untere Ende dieser unteren Bohrung eingelegt, um in Verbindung mit der unteren Dichtungsanordnung eine untere Ringkammer in dem untersten Gehäuseabschnitt zu bilden. Diese umschließt eine drehmomentübertragende, jedoch eine axiale Gleitbewegung zulassende Dreh-Schiebe-Verbindung zwischen der Spindel und dem Gehäuse und enthält eine Schmierflüssigkeit für die Dreh-Schiebe-Verbindung.

Zur Herstellung der drehmomentUbertragenden Verbindung zwischen der Spindel und dem Stoßdämpfergehäuse ist vorzugsweise eine Mehrzahl langgestreckter Mitnehmerelemente oder -Stifte vorgesehen, die achsparallel im oberen Endabschnitt der unteren Bohrung oder unteren Ringkammer des unteren Gehäuseabschnittes angeordnet sind und in an der Außenumfangsfläche der Spindel komplementär ausgebildeten achsparallelen Kanälen,Nuten oder Keilnuten etwa doppelter Länge gleitend geführt sind. Es ist zu bemerken, daß die Nuten auf der Umfangsfläche der Spindel gleiche Abstände voneinander aufweisen und daß mindestens doppelt so viel Nuten auf der Spindel wie Mitnehmerstifte vorhanden sind,

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so daß die nicht in Eingriff mit Mitnehmerstiften stehenden dazwischenliegenden Nuten als Kanäle für den FIuB des Schmiermittels bei einer Hin- und Herbewegung der Spindel innerhalb des Gehäuses dienen. Diese zusätzlichen oder in alternierender Reihenfolge angeordneten Nuten können auch dann für die Dreh-Schiebe-Verbindung genutzt werden, wenn die bisher mit den Mitnehmerstiften in Eingriff stehenden Nuten zu sehr abgenutzt sind.

Die beiliegenden Zeichnungen erläutern die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

Fig. 1 den teilweise in abgebrochener Seitenansicht, teilweise in einem Axialschnitt dargestellten obersten Gehäuseabschnitt eines erfindungsgemäßen Stoßdämpfers für ein Bohrgestänge, wobei der obere Endabschnitt des rohrförmigen Gehäuses und der in dem Gehäuse gleitend

gelagerten, eine obere Dichtungsanordnung tragenden Spindel am unteren Ende der Abwärtsbewegung der Spindel dargestellt sind,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht eines mittleren oder zweiten Gehäuseabschnittes des erfindungsgemäßen

Stoßdämpfers, welche die Fortsetzungen des Gehäuses und der gleitend gelagerten Spindel sowie Füllöffnungen in dem Gehäuse zeigt,

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht des untersten

oder dritten Gehäuseabschnittes des Stoßdämpfergehäu-

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sea, die die Fortsetzungen des Gehäuses und der Spindel »eine innerhalb des Gehäuses befestigte Durchflußsteuereinrichtung und eine federbelastete untere Dichtungsanordnung zeigt, die auf der Spindel verschiebbar zwischen der Durchflußsteuereinrichtung und dem

oberen Endabschnitt einer Mitnehmerstifte und Mitnehmernuten umfassenden Dreh-Schiebe-Verbindung zwischen der Spindel und dem Gehäuse eingespannt ist/

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende und diese fortsetzende Darstellung« welche die auf der Spindel ausgebildeten

Nuten und die unteren Endabschnitte des untersten oder dritten Gehäuseabschnittes des Stoßdämpfers, längliche Mitnehmerstifte und die in dem Gehäuse ausgebildeten Muten der Dreh-Schiebe-Verbindung zeigt,

Fig. 5 eine teilweise abgebrochene, teilweise in Seitenansicht und teilweise im Axialschnitt wiedergegebene Darstellung eines rohrförmigen Abschlußstückes für das untere Ende des dritten Gehäuseabschnittes, die die unteren Enden der achsparallel auf der Spindel verlaufenden Kanäle zeigt,

Fig. 6 einen teilweise abgebrochenen Axialschnitt des unteren Endabschnittes der Spindel,

Fig. 7 eine teilweise abgebrochene Seitenansicht des erfin-

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dungsgemäßen Stoßdämpfers für ein Bohrgestänge mit der verschiebbaren Spindel in ihrer am weitesten nach unten ausgefahrenen Stellung,

Fig. 8 eine teil weise.geschnittene perspektivische Explosionsdarstellung des oberen Bildabschnittes der Spin

del und eines Abschlußstückes zum Festlegen der oberen Dichtungsanordnung gemäß Fig. 1 auf diesem Endabschnitt der Spindel,

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung der Durchflußsteuereinrichtung,

Fig. 1o eine Draufsicht auf die Durchflußsteuereinrichtung von unten,

Fig. 11 einen vertikalen achsparallelen Schnitt längs Linie

11-11 in Fig. 1o, welcher jeweils eines der Rückschlagventile und einen der Durchflußkanäle der

Durchflußsteuereinrichtung zeigt, und Fig. 12 einen horizontalen achsnormalen Querschnitt längs

Linie 12-12 in Fig. 4, der die Lage der achsparallelen Kanäle in dem Gehäuse und auf der Dmfangsfläche der Spindel relativ zueinander sowie die Mitnehmer

stifte zeigt.

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In Flg. 7 bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein längliches rohrförmiges Gehäuse eines neuen, die wesentlichen Gedanken der Erfindung verkörpernden Stoßdämpfers, der zum Einbau in ein nicht dargestelltes Bohrgestänge für Ölbohrungen unmittelbar hinter dem Bohrkopf ausgebildet und dazu bestimmt ist, die beim Bohren in Felsen oder anderen harten Bodenformationen auftretenden Stöße zu dämpfen. Das Gehäuse 1 umfaßt drei rohrförmige im wesentlichen zylindrische Gehäuseabschnitte, nämlich einen oberen ersten Gehäuseabschnitt 2, einen mlttleren zweiten Gehäuseabschnitt 3 und einen unteren oder dritten Gehäuseabschnitt 4. Eine längliche rohrförmige Stange oder Spindel 5 ist in den Gehäuseabschnitten 2, 3 und 4 gleitend hin- und herbewegbar angeordnet. Die Spindel 5 trägt an ihrem unteren aus dem Gehäuse 1 herausragendeη Ende einen verbreiterten Spindelkopf 6 mit einer in diesem ausgebildeten Gewindebüchse 7 (Fig. 6) zum Anschluß einer üblichen nicht dargestellten Bohrspitze. In Fig. 1 erkennt man, daß am oberen Ende des oberen ersten Gehäuseabschnittes 2 eine Gewindebüchse 8 zur Verbindung mit dem komplementär ausgebildeten unteren Ende einer der Gestängerohrkupplungen oder Gestängerohrgewinde 9 (Fig.7) des Bohrgestänges vorgesehen ist. Das untere Ende des dritten oder unteren Gehäuseabschnittes 4 ist mit einer gleichartigen Gewindebüchse 1o (Fig. 4) zum Einschrauben eines komplementär ausgebildeten Gewindestutzens 11 (Fig. 5) am oberen Ende eines länglichen rohrförmigen AbechlußstUckes 12 (Fig. 7) versehen. Dieses Abschlußstück bil-

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det eine Fortsetzung des unteren Gehäuseabschnittes 4.

Hie die Fig. 1 zeigt, ist im unteren Ende des ersten Gehäuseabschnittes 2 eine Gewindebüchse 13 zum Einschrauben eines komplementär ausgebildeten Gewindestutzens 14 (Fig. 2) am oberen Ende des zweiten oder mittleren Gehäuseabschnittes 3 ausgebildet, der einen entsprechenden Gewindestutzen 15 an seinem unteren Ende zum Schraubeingriff mit einer komplementär ausgebildeten Gewindebüchse 16 (Fig. 3) am oberen Ende des dritten oder unteren Gehäuseabschnittes 4 aufweist.

Das obere Ende der Spindel 5 (Fig. 1) besitzt einen Abschnitt geringeren Durchmessers, wodurch eine nach oben weisende Ringschulter 17 zur Auflage einer oberen Dichtungsanordnung 18 gebildet ist. Diese ist auf dem durchmesserverringerten Abschnitt der Spindel 5 abnehmbar angeordnet und gegen eine ReIativbewegung gegenüber der Spindel durch einen Abschlußring oder eine Abschlußmuffe 19 gesichert, die auf das Ende des durchmesserverringerten Abschnittes der Spindel 5 aufgeschraubt ist. Vorzugsweise sind eine oder mehrere Feststellschrauben vorgesehen, die sich radial durch die Abschlußmuffe 19 hindurch erstrecken und in eine in der Außenumfangsfläche des oberen Spindelendes ausgebildete Ringnut 21 eingreifen, um die Abschlußmuffe 19 auf der Spindel 5 zu sichern.

Die obere Dichtungsanordnung 18 umfaßt einen oberen und einen unteren Satz ringförmiger Dichtungselemente oder Dichtungs-

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ringe 22 bzw. 23 die aus einem geeigneten elastischen Material hergestellt sind und - in einem Radialschnitt betrachtet vorzugsweise eine konkavo-konvexe Form oder Keilform aufweisen.Die Dichtungsringe 22 und 23 umschließen den unteren Teil des durchmesserverringerten Endabschnittes der Spindel 5 und liegen dichtend an der polierten ümfangsfläche einer Führungsbohrung 24 an, die gegenüber der Spindel 5 einen größeren Durchmesser aufweist und in dem unteren Abschnitt des Gehäuseabschnittes 2 oberhalb der unteren Gewindebüchse 13 ausgebildet ist. Wie man erkennt,weisen die in radialer Richtung konvex verlaufenden Oberflächen der oberen Dichtungsringe 22 nach unten und sind den nach oben weisenden, in radialer Richtung konvex verlaufenden Oberflächen der unteren Dichtungsringe 23 zugewandt.

Zwischen den einander zugekehrten konvexen Flächen der einander benachbarten Dichtungsringe des oberen und des unteren Dichtungsringsatzes ist ein beispielsweise aus Metall hergestellter starrer Adapterring oder Distanzring 2S angeordnet, der komplementär ausgeformte in radialer Richtung konkav ausgebildete Anlageflächen aufweist. Zwei entsprechende Endadapter oder Abschlußringe 26 und 27 mit je einer einzigen komplementär ausgebildeten in radialer Richtung konvexen Anlagefläche liegen am oberen bzw. unteren Ende der Dichtungsanordnung 18 an den entsprechenden in radialer Richtung konkaven Ringflächen der jeweiligen äußeren Dichtungsringe des

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oberen bzw. unteren Dichtungsringsatzes an. Dabei sind die äußeren Endflächen der Abschlußringe 26 und 27 zur Anlage an der ebenen unteren Endfläche der Abschlußmuffe 19 bzw. der ebenen Ringschulter 17 ausgebildet, so daß sie die Dichtungselemente der Dichtungsanordnung 18 in ihrer betriebsmäßigen Stellung relativ zueinander halten.

Die Abschlußringe 26 und 27 sind an ihrer jeweiligen Innenumfangs- und Außenumfangsfläche mit Ringnuten versehen/ in die ringförmige elastische Dichtungselemente oder O-Ringe bzw. 29 eingelegt sind (Fig. t), die einerseits an der Spindel 5 und andererseits an der Umfangsfläche der Führungsbohrung 24 im oberen Gehäuseabschnitt 2 dichtend anliegen und als Wischelemente dienen, um das Eindringen von Feststoffpartikeln und damit eine vorzeitige Abnutzung der im Profil keilförmigen Dichtungsringe 22 und 23 weitgehend zu verhinder oder doch so gering wie möglich zu halten.

Der mittlere Gehäuseabschnitt 3 (Fig. 2) des Gehäuses 1 des Stoßdämpfers weist eine zur Spindel 5 komplementäre im wesentlichen zylindrische koaxiale Führungsbohrung 3o erheblicher Länge auf, um die Spindel 5 während ihrer Hin- und Herbewegung relativ zum Gehäuse 1 zu zentrieren bzw. eine Bewegung in radialer Richtung weitgehend zu verhindern.

Radial verlaufende Gewindebohrungen 31 erstrecken sich in einem mittleren Bereich des Gehäuseabschnittes 3 durch dessen

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Wand. An den radial äußeren Endabschnitten der Gewindebohrungen 31 sind Senkbohrungen 32 zur Aufnahme der vergrößerten Mehrkantsehraubenköpfe von in die Gewindebohrungen 31 eingeschraubten Verschlußschrauben 33 bzw. 34 ausgebildet. In Fig. 2 erkennt man eine flexible Fülleitung 35 in Form eines Schlauches oder Rohres zur Zufuhr von öl, die lösbar mit der Verschlußschraube 33 verbunden werden kann. Die Verschlußschraube 33 ist hohl ausgebildet mit Zuführungsbohrungen 37 und 36 an ihrem radial inneren bzw. radial äußeren Ende. In der Zuführungsbohrung 36 ist ein nach radial innen zur Spindel 5 hin weisender ringförmiger Ventilsitz 38 ausgebildet, der mit einer in der inneren Zuführungsbohrung 37 eingeschlossenen Ventilkugel 39 zusammenwirkt. Die äußere Zuführungsbohrung 36 der Verschlußschraube 33 ist mit einem Gewinde versehen, in das das Anschlußende der Fülleitung 35 eingeschraubt werden kann. Die Fülleitung 35 und die Verschlußschrauben 33 und 34 dienen zum Einfüllen von Ul oder einem anderen geeigneten inkompressiblen flüssigen Schmiermittel unter Druck in den hierzu bestimmten Ringraum zwischen dem Gehäuse 1 und der Spindel 5. Während des anfänglichen Einfüllvorganges wird die Verschlußschraube 34 zunächst entfernt, um eine Entlüftung des Gehäuses durch die Bohrung 31 zu ermöglichen, und dann wieder eingeschraubt, um das öl bzw. das flüssige Schmiermittel zurückzuhalten. Ventilsitz 38 und Ventilkugel 39 bilden zusammen ein Rückschlagventil, welches das

Einfüllen der Flüssigkeit durch die hohle Verschlußschraube

ermöglicht, das Austreten des unter Druck stehenden Öls bzw.

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Schmiermittels aber verhindert. Nach dem Füllen des oben genannten Ringraumes wird die Fülleitung 35 entfernt. Die äußere Zuführungsbohrung 36 der Verschlußschraube 33 1st so ausgebildet« daß sie danach durch einen geeigneten nicht dargestellten Stopfen bzw. eine Schraube verschlossen werden kann. Wie man in Fig. 4 sieht, kann jeweils ein flacher Dichtungsring 31* aus einem weichen Metall wie beispielsweise Kupfer zwischen den Grund der jeweiligen Senkbohrung 32 und die Schraubenköpfe der Verschlußschrauben 33 und 34 eingelegt werden, um das Austreten von Flüssigkeit durch die Bohrungen 31 zu verhindern.

Hie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, weist der untere dritte Gehäuseabschnitt 4 eine in axialer Richtung zwischen der unteren und oberen Gewindebüchse 1o bzw. 16 verlaufende koaxiale Führungsbohrung 4o mit einer polierten Umfangefläche auf, deren Durchmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Führungsbohrung 24 des ersten Gehäuseabschnittes 2 ist und einen gegenüber der Spindel 5 und der Führungsbohrung 3o des mittleren Gehäuseabschnittes 3 größeren Durchmesser aufweist. Ein unterer Abschnitt der Spindel 5 besitzt einen gegenüber dem Mittelabschnitt der Spindel 5 größeren Durchmesser unter Bildung einer nach oben weisenden Ringschulter 41 (Fig. 3) die der Ringschulter 17 (Fig. 1) entspricht und zur Auflage einer der oberen Dichtungsanordnung 18 entsprechenden unteren Dichtungsanordnung 42 dient. Diese umfaßt einen gleichartigen oberen und unteren Satz von ringförmigen Dich-

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tungselementen oder Dichtungsringen 43 und 44, die in radialer Richtung keilförmig ausgebildet sind und an der Umfangswand der Führungsbohrung 4o des Gehäuseabschnittes 4 dichtend anliegen. Ferner umfaßt die Dichtungsanordnung einen entsprechenden Adapterring oder Distanzring 45 zwischen den Sätzen von Dichtungsringen 43 und 44 sowie einen entsprechenden oberen und unteren Endadapter oder Abschlußring 46 und Diese weisen auf ihren inneren und äußeren Umfangsflächen Nuten auf, in welche 0-Ringe 48 bzw. 49 eingelegt sind. Die obere und die untere Dichtungsanordnung 18 bzw. 42 wirken in der Weise zusammen, daß sie eine obere Ringkammer zwischen der Spindel 5 und dem Gehäuse 1 begrenzen, welche die Führungsbohrungen 24, 3o und 4o des Gehäuses 1 umfaßt.

Auf der Spindel 5 ist eine ringförmig ausgebildete Durchfluß-Steuer- oder Ventileinrichtung 5o gleitend gelagert und gegen eine Bewegung zusammen mit der Spindel 5 durch eine Mehrzahl von Feststellschrauben 51 gesichert, welche die Wand des Gehäuseabschnittes 4 in radial verlaufenden Gewindebohrungen 52 durchdringen und in Vertiefungen 53 (Fig. 9) in der Außenumfangsfläche der Ventileinrichtung 5o eingreifen. Die radial verlaufenden Gewindebohrungen 52 weisen an ihren äußeren Enden jeweils eine Senkbohrung 54 zur Aufnahme der durchmessergrößeren Vielkant-Schraubenköpfe der Feststellschrauben 51 auf. Vorzugsweise sind zwischen die Schraubenköpfe der Feststellschrauben 51 und den Grund der Senkboh-

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rangen 54 flache Dichtungsringe 51' aus Kupfer oder einem anderen leicht verformbaren Metall gelegt, um das Austreten von Flüssigkeit durch diese öffnungen zu verhindern. In der Innenumfangsfläche und der Außenumfangsfläche der Ventileinrichtung 5o sind Ringnuten 57 und 58 ausgebildet, in welche O-Ringe 55 bzw. 56 eingelegt sind, die eine Abdichtung zwischen den entsprechenden einander zugewandten Dmfangsflächen der Ventileinrichtung 5o, der Führungsbohrung4o des Gehäuseabschnitts 4 und der Außenumfangsfläche der Spindel 5 bilden und dabei gleichzeitig eine Hin- und Herbewegung der Spindel 5 relativ zum Gehäuseabschnitt 4 zulassen.

Eine die Spindel 5 umgebende Schraubenfeder 59 ist zwischen der ebenen nach oben weisenden Oberfläche des Abschlußringes 46 der unteren Dichtungsanordnung 42 und dem unteren Ende der Ventileinrichtung 5o eingespannt, so daß sie eine konstante nach unten gerichtete Kraft auf die Dichtungsanordnung 52 ausübt, um dadurch eine Drehung des oberen und unteren Satzes von Dichtungsringen 43 sowie des Distanzringes 45 und der Abschlußringe 46, 47 zu verhindern und damit die Abnutzung der polierten Führungsbohrung 4o auf ein Minimum zu reduzieren. Die nach unten gerichtete Kraft der Schraubenfeder 59 hält auch die Dichtungsringe in ihrer deformierten Gestalt, um so ihre Lebensdauer zu erhöhen. Ferner setzt die Kraft der Schraubenfeder 59 einer Aufwärtsbewegung der Spindel 5 relativ zum Stoßdämpfergehäuse 1 einen Widerstand entgegen. Das Ul innerhalb des die Führungsbohrungen 24, 3o und 4o umfassenden Ring-

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raumes steht unter Druck und übt eine Kraft aus, die nicht nur einer Hin- und Herbewegung der Spindel 5 einen Widerstand entgegensetzt sondern auch mit der Schraubenfeder 59 in der Weise zusammenwirkt, daß sie einer Aufwärtsbewegung der unteren Dichtungsanordnung 42 zusammen mit der Spindel 5 Widerstand entgegensetzt.

Wie man in den Fig. 3, 4, 5 und 12 erkennt, sind in dem unteren Abschnitt der Führungsbohrung 4o des unteren Gehäuseabschnittes 4 in axialer Richtung parallel und mit gleichen Abständen zueinander verlaufende längliche Nuten, Rinnen oder Keilnuten 6o ausgebildet. Die Nuten 6o weisen einen halbkreisförmigen Querschnitt auf und wirken mit komplementären Nuten, Rinnen oder Keilnuten 61 in der Außenumfangsfläche der Spindel 5 zusammen. Die Spindelkanäle oder Nuten 61 sind sehr viel länger als die Nuten 6o des Gehäuseabschnittes, um so eine Hin- und Herbewegung der Spindel 5 relativ zu dem Gehäuseabschnitt und seinen Nuten zu ermöglichen. Zwischen den entsprechenden miteinander zusammenwirkenden Nuten 6o und 61 in der Innenumfangsfläche des Gehäuseabschnittes 4 bzw. der Außenumfangsfläche der Spindel 5 sind längliche zylindrische, vorzugsweise in einzelne Abschnitte unterteilte Mitnehmerelemente oder -stifte eingeschlossen, die die Spindel 5 mit dem Gehäuse 1 des Stoßdämpfers drehfest verbinden, gleichzeitig aber eine gleitende Hin- und Herbewegung der Spindel 5 gegen-

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Ober dem Gehäuse 1 erlauben. Wie man am besten aus Fig. 12 erkennt, sind identische, mit gleichen Abständen zueinander angeordnete Rinnen oder Nuten 63 zwischen den Spindelnuten 61 angeordnet. Das heißt die Spindelnuten 61 und 63 sind in alternierender Reihenfolge angeordnet und die Nuten jeder Gruppe können als Keilnuten verwendet werden, während die Rinnen oder Nuten der jeweils anderen Gruppe als längs verlaufende Flüssigkeitskanäle zwischen der Führungsbohrung 4o und der Spindel 5 dienen, um den FIuB des Öles oder einer anderen nicht kompressiblen Flüssigkeit zwischen den Abschnitten des Ringraumes oberhalb und unterhalb der Mitnehmerstifte während einer Hin- und Herbewegung der Spindel 5 zu erleichtern (Fig. 12). Ferner können auch die zunächst als Flüssigkeitskanäle benützten Nuten in der Außenumfangsfläche der Spindel 5 als Keilnuten verwendet werden, wenn die zunächst als Keilnuten verwendeten Rinnen zu stark abgenutzt sind. Wie man in den Fig. 3 und 7 erkennt, sind in dem unteren Gehäuseabschnitt 4 oberhalb der oberen Enden der Nuten 6o, welche die Mitnehmerstifte 62 einschließen, radiale Entlastungsbohrungen gebohrt, die durch zylindrische, an ihren inneren Enden mit der Umfangsfläche der Führungsbohrung 4o des Gehäuseabschnittes 4 bündig abschneidenden Stopfen verschlossen, welche die oberen Enden der genannten Nuten 6ο abschließen. Ein Verschleißring 65 (Fig. 4) ist am unteren Ende der Führungsbohrung 4o des Gehäuseabschnittes 4 angeordnet und zur Anlage an dem inneren Ende des Gewindestutzens 11 des rohrförmigen Abschlußstückes 12 (Fig. 5) bestimmt, wenn dieses in die Gewin-

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debüchse Io am unteren Ende des Gehäuseabschnittes 4 eingeschraubt wird, um eine axiale Bewegung der Mitnehmerstifte 62 zu beschränken.

Um das untere Ende der die Führungsbohrung 4o des Gehäuseab-

schnittes 4 fortsetzenden Innenbohrung des rohrförmigen Abschlußstückes 12 zu verschließen und abzudichten, ist eine Mehrzahl, beispielsweise drei, von ringförmigen Dichtungselementen oder O-Ringen 66 vorgesehen, die in Ringnuten in der ümfangsfläche der Innenbohrung eingesetzt sind, so daß sie dicht an der polierten Außenumfangsfläche der Spindel 5 unterhalb der Nuten 61, 63 anliegen. Die O-Ringe 66 wirken mit den Dichtungsringen 48, 49 der unteren Dichtungsanordnung 42 (Fig. 3) zusammen, um das Austreten von Schmierfett oder einem anderen gleichartigen Schmiermittel zu verhindern, das in den unteren Abschnitt des Ringrauines oder die von den genannten Ringen zwischen der Spindel 5 und dem Gehäuse 1 gebildete untere Ringkammer durch einander diametral gegenüberliegende radiale Bohrungen 67 in den Gehäuseabschnitt 4 hineingepreßt wurde. Diese Bohrungen oder öffnungen 67 stehen mit den oberen Endabschnitten zweier einander gegenüberliegender Nuten 6o der Führungsbohrung 4o des Gehäuseabschnittes 4 in Verbindung und können durch komplementäre in die Bohrungen 67 einschraubbare Stöpsel 68 verschlossen werden. Während des Einpressens des Schmierfettes sind beide Stöpsel 68 entfernt, so daß eine der Bohrungen 67 als Entlüftungsbohrung dienen kann. Sofern dies gewünscht wird, kann das

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Fett oder ein anderes geeignetes Schmiermittel auch am unteren Ende der Innenbohrung des Abschlußstückes 12 zwischen zweien seiner inneren 0-Ringe 66, vorzugsweise zwischen den beiden oberen, durch eine radiale Bohrung 69 in der Wand des Abschlußstückes 12 eingepreßt werden. Die Bohrung 69 kann wiederum durch einen in sie einschraubbaren komplementär ausgebildeten Stöpsel 7o verschlossen werden.

Hie man am besten aus den Fig. 3, 9, 1o und 11 ersieht, umfaßt die Ventileinrichtung 5o eine im wesentlichen zylindrisehe Hülse 71 mit einer Vielzahl im gleichen Abstand zueinander angeordneter axial und radial verlaufender Aussparungen 72 an ihrem unteren Ende. Die Aussparungen 72 dienen zur Aufnahme nach oben schließender Rückschlagventile 73. Eine Mehrzahl von Kanälen 74 die sich in axialer Richtung durch die Hülse 71 erstrecken, stellen eine Verbindung zwischen den oberen Enden der Rückschlagventile 73 und in Flucht mit diesen befindlichen Kerben 75 am oberen Rand der Hülse 71 dar. In alternierender Reihenfolge mit den Kanälen 74 und Kerben 75 sind in der Hülse 71 axial verlaufende zylindrische Kanäle ausgebildet, deren obere Enden in Kerben 77 am oberen Rand der Hülse 71 münden. Vorzugsweise wird der Fluß durch die Kanäle 76 durch den Innendurchmesser von Ringdüsen 78 bestimmt, die jeweils in das untere Ende der Kanäle 76 eingeschraubt sind. Es ist zu bemerken,daß eine oder mehrere der

Ringdüsen 78 voneinander verschiedene Durchmesser aufweisen

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können, um den Gesamtfluß durch die Kanäle 76 variieren zu .können.

Jedes der Rückschlagventile 73 (Fig. 11) umfaßt ein zylindrisches rohrförmiges Ventilgehäuse 79 mit einem eine längliche Befestigungsplatte 8o bildenden Flansch an seinem oberen oder inneren Ende sowie ein Ventilsitzteil 81 mit seitlichen ösen 82. Durch öffnungen in der Befestigungsplatte 8o und durch die ösen 82 erstrecken sich Bolzen 83/ um das Ventilgehäuse 79 und das Ventilsitzteil 81 an der innerhalb der Aussparungen 72 liegenden,nach unten weisenden Unterseite der Hülse abnehmbar zu befestigen. Jedes rohrförmige Ventilgehäuse 79 umschließt eine Schraubenfeder 84, die eine Ventilkugel 85 ständig nach oben oder einwärts an einen ringförmigen, komplementär ausgebildeten und nach unten bzw. auswärts weisenden Ventilsitz 86 in dem Ventilsitzteil 81 anpreßt. In die nach oben weisende Fläche jedes Ventilsitzteiles 81 ist ein O-Ring 87 versenkt eingelegt, der die Nahtstelle zwischen dem Ventilsitzteil 81 und der Grundfläche der jeweiligen Aussparung 72 abdichtet. Der untere Endabschnitt 88 der Gehäusebohrung jedes Ventilgehäuses 79 weist einen geringeren Durchmesser auf, um eine nach oben weisende ringförmige Schulter zur Abstützung der Schraubenfeder 84 zu bilden.

In Betrieb befindet sich der Stoßdämpfer in seiner voll ausgefahrenen Stellung (Fig. 7), wobei sich die untere Dichtungs- anordnung 42 in dem unteren Abschnitt des dritten oder unteren

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Gehäuseabschnittes 4 nahe den oberen Enden der Mitnehmerstifte 62 befindet (Fig. 3). Dadurch ragt ein erheblicher Abschnitt der Spindel 5 aus dem Gehäuseabschnitt 4 nach unten heraus und hält den Spindelkopf 6 in einem beträchtlichen Abstand von dem Gehäuse des Stoßdämpfers 1 entfernt. Ebenso befindet sich die obere Dichtungsanordnung 18 (Fig. 1) in dem unteren Abschnitt der Führungsbohrung 24 des ersten Gehäuseabschnittes 2 mit dem Resultat, daß der größte Teil der Flüssigkeit in dem von den Führungsbohrungen 3o und 4o der Gehäuseabschnitte 3 und 4 zwischen den Dichtungsanordnungen 18 und 42 gebildeten Ringraumes sich unterhalb der Ventileinrichtung 5o befindet. Da die Ventilkugeln 85 der Rückschlagventile 73 (Fig. 11) durch die Schraubenfedern 84 an die Ventilsitze 86 angepreßt werden, wird einer Aufwärtsbewegung der Spindel 5 ein Widerstand entgegengesetzt, da die Flüssigkeit aufwärts nur durch die Ringdüsen 78 der Kanäle 76 strömen kann. Wenn der nicht dargestellte Bohrkopf bzw. die Bohrspitze auf eine harte Bodenformation auftrifft, bewegt sich die Spindel 5 entsprechend dem durch die Ringdüsen 78 in den Kanälen 76 hervorgerufenen Strömungswiderstand nach oben,wobei die Rückschlagventile 73 geschlossen sind. Die Flüssigkeit unterhalb der Ventileinrichtung 5o dämpft den Aufwärtsstoß der Spindel 5 und wird langsam durch die zusammen mit der Spindel 5 nach oben gleitende Dichtungsanordnung 42 durch die

Kanäle 76 der Ventileinrichtung 5o

gepreßt,wobei die Schraubenfeder 59 zwischen den beiden Anord-

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Afc

nungen zusammengepreßt wird.

Bei Nachlassen der nach oben wirkenden Kraft wird durch den Druck der Bohrflüssigkeit, der ständig auf die relativ große Oberfläche der oberen Dichtungsanordnung 18 einwirkt, die Spindel 5 abwärts in eine mindestens teilweise ausgefahrene Stellung gedrückt (Fig. 7). Da die obere Dichtungsanordnung 18 die Flüssigkeit nach unten preßt, öffnen sich die Rückschlagventile 73 und lassen Flüssigkeit durch die Kanäle 74 strömen. Dadurch ist die Abwärtsbewegung der Spindel 5 sehr viel schneller als ihre Aufwärtsbewegung.

Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer eignet sich auch besonders für eine Verwendung bei Bohrungen im Meeresgrund, insbesondere wenn das Bohrgestänge an einem Schiff oder einer schwimmenden Plattform aufgehängt ist. Während eines solchen Bohr-Vorganges wird das gesamte Bohrgestänge durch die Bewegung von Wellen auf- und abbewegt, wodurch die Bohrspitze ständig auf den Grund des Bohrloches aufschlägt. Durch die dämpfende Wirkung des Stoßdämpfers wird die schädliche Wirkung dieser heftigen Auf- und Abbewegung auf das Bohrgestänge und seinen Bohrkopf auf ein Minimum reduziert. Wie schon vorher erwähnt wurde, gewährleistet der Stoßdämpfer einen konstanten Druck auf den Bohrkopf, indem er eine kontrollierte Relativbewegung zwischen dem Gehäuse 1 und der Spindel 5 zuläßt und ein Abfedern des Bohrkopfes von dem Grund des Bohrloches verhindert.

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L e e r s e ι t e

Claims

VOSSIUS · VOSSlUS · HlLTL PATENTANWÄLTE! SIEBERTSTRASSE 4 - 8OOO MÜNCHEN 86 ■ PHONE- (O88) 47 4O76 CABLE: BENZOLPATENT MÜNCHEN · TELEX 8-38453 VOPAT O u.Z.: M 326 Case: 1o265 WG Richard Dean HAWN, Jr. Dallas, Texas, V.St.A. " Stoßdämpfer für ein Bohrgestänge Priorität: 2o. September 1976, V.St.A., Nr. 724 Patentansprüche

1. Stoßdämpfer für ein Bohrgestänge, das an seinem unteren Ende einen Bohrkopf trägt, gekennzeichnet durch

ein nahe dem Bohrkopf mit dem Bohrgestänge verbindbares rohrförmiges Stoßdämpfergehäuse (1) eine in dem Stoßdämpfergehäuse (1) verschiebbar angeordnete, zur Verbindung mit dem Bohrkopf aus dem unteren Ende des Stößdämpfergehäuses (1) herausgeführte rohrförmige Spindel (5),

eine obere und eine untere, die Spindel (5) umgebende

QQ₄J auf dieser angeordnete Dichtungsanordnung (18, 42) zum

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INSPECTED

Herstellen einer Dichtung zwischen Spindel (5) und Stoßdämpfergehäuse (1), wobei die Dichtungsanordnungen (18, 42) eine obere Ringkammer in dem Stoßdämpfergehäuse zwischen sich einschließen,

unterhalb der unteren Dichtungsanordnung (42) angeordnete Kraftübertragungsmittel (6o, 61, 62, 63) zur Herstellung einer drehmomentübertragenden, eine axiale Relatiwerschiebung ermöglichenden Antriebsverbindung zwischen Spindel (5) und Stoßdämpfergehäuse (1),

eine inkompressible Dämpfungsflüssigkeit in der oberen Ringkammer zum Abdampfen der Relativbewegung von Spindel (5) und Stoßdämpfergehäuse (1),

eine in der oberen Ringkammer angeordnete Durchfluß-Steuereinrichtung (5o) zur Steuerung des Flüssigkeitsdurchflusses bei einer Relativbewegung von Spindel (5) und Stoßdämpfergehäuse (1), welche die Durchflußgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes von einem unterhalb der Durchflußsteuereinrichtung (5o) liegeaden Abschnitt der Ringkamroer zu einem oberhalb der Durchflußsteuereinrichtung (5o) liegenden Abschnitt der Ringkammer zur Dämpfung der Aufwärtsbewegung der Spindel (5) relativ zum Stoßdämpfergehäuse (1) vermindert wobei die Verminderung der Durchflußgeschwindigkeit der aufwärts strömenden Dämpfungsflüssigkeit einen Flüssigkeitsdruck zwischen der Durchflußsteuereinrichtung (5o) und der auf der Spindel (5) verschiebbar angeordneten unteren Dichtungsanordnung (42) erzeugt, wodurch diese von der Durchflußsteuerein-

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richtung weg nach unten gedrückt wird, um so eine begrenzte Relativbewegung der Spindel (5) relativ zur unteren Dichtungsanordnung (42) zu ermöglichen/

und eine unterhalb der Kraftübertragungsmittel (6o, 61, 62, 63) angeordnete Enddichtung (66) zur Herstellung einer Dichtung zwischen einem unteren Gehäuseendabschnitt und einem unteren Spindelabschnitt, wobei die Enddichtung (66) mit der unteren Dichtungsanordnung (42) zur Bildung einer unteren_/ zur Aufnahme .der Kraftübertragungsmittel (6o, 61, 62, 63) geeigneten und mit einem Schmiermittel für diese füllbaren Ringkammern zusammenwirkt.

2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein oberer Gehäuseabschnitt (2) eine mit ihrem Durchmesser dem Durchmesser der oberen Dichtungsanordnung (18) entsprechende und mindestens einen Teil der oberen Ringkammer bildende Führungsbohrung (24) aufweist, wobei die auf dem oberen Ende der Spindel (5) angeordnete obere Dichtungsanordnung (18) ander Wand der Führungsbohrung (24) des oberen Gehäuseabschnittes (2) gleitend geführt ist, und daß ein unterer Gehäuseabschnitt (4) eine in ihrem Durchmesser der unteren Dichtungsanordnung (42) entsprechende und mindestens einen Teil der oberen Ringkammer bildende Führungsbohrung (4o) aufweist, wobei die untere Dichtungsanordnung (42) sowohl gegenüber der Spindel (5) als auch gegenüber dem unteren Gehäuseabschnitt (4) verschiebbar geführt ist.

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3. Stoßdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Stoßdämpfergehäuse (1) einen mittleren Gehäuseabschnitt (3) mit einer mindestens einen Teil der Ringkammer bildenden axialen Führungsnut (3o) umfaßt/ deren Durchmesser im wesentlichen dem Außendurchmesser der Spindel (5) zur gleitenden Führung derselben entspricht.

4. Stoßdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stoßdämpfergehäuse (1) in eine Mehr- zahl von mindestens den oberen, den mittleren und den unteren Gehäuseabschnitt bildenden, lösbar miteinander verbindbaren Teilen (2, 3, 4, 12) besteht.

5. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der untere Gehäuseabschnitt

(4) eine in seinem unteren Endabschnitt ausgebildete Bohrung mit einem dem Durchmesser eines unteren Spindelabschnittes entsprechenden Durchmesser aufweist, wobei die Enddichtung (66) und mindestens ein Teil der Kraftübertragungsmittel (6o,61, 62, 63) innerhalb der unteren Bohrung des unteren Gehäuseabschnittes (4) angeordnet sind.

6. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Kraftübertragungsmittel achsparallel und in einem Abstand zueinander in dem Stoßdämpfergehäuse (1) und auf der Außenumfangsfläche der Spindel

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(5) verlaufende Keilnuten (6o, 61, 63) sowie mit den Keilnuten (6o, 61, 63) in Eingriff stehende Mitnehmerstifte (62) umfassen.

7. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet/ daß zwischen der Durchflußsteuereinrichtung (5o) und der unteren Dichtungsanordnung (42) Federmittel (59) angeordnet sind, deren Vorspannung so gewählt ist, daß die Dichtungsanordnung (42) von der Durchflußsteuereinrichtung (5o) weggedrückt wird, um Dichtungselemente (43, 44) der Dichtungsanordnung (42) in ihrer Dichtungsstellung zu halten.

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