DE2739864C2 - Stoßdämpfer für ein Bohrgestänge - Google Patents

Description

daß zwischen der Enddichtung (66) und der unteren Dichtungsanordnung (42) eine untere Ringkammer ausgebildet ist, die die Kraftübertragungsmittel (60,61,62,63) aufnimmt und mit einem Schmiermittel für diese füllbar ist.
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 5 obere Dichtungsanordnung (18) an der 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

ίο und mindestens einen Teil der oberen Ringkammer bildende Führungsbohrung (40) aufweist, wobei die untere Dichtungsanordnung (42) an der Wand dieser Führungsbohrung (40) gegenüber dem unteren Gehäuseabschnitt (4) gleitend geführt ist.

3. Stoßdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da!? das Stoßdämpfergehäuse (1) einen mittleren Gehäuseabschnitt (3) mit einer mindestens einen Teil der Ringkammer bildenden axialen Führungsnut (30) 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) aus ein sr Mehrzahl von mindestens den oberen, den mittleren und den unteren Gehäuseabschnitt bildenden, lösbar miteinander verbindbaren Teilen (2,3,4, 12) besieht

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 (60,61,62,63) 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 (5) verlaufende Keilnuten (60, 61, 63) sowie mit den Keilnuten ( 60, 61,63) in Eingriff stehende Mitnehmerstifte (62) aufweisen.

7. Stoßdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Durchflußsteuereinrichtung (50) und der unteren Dichtungsanordnung (42) Federmittel (59) angeordnet sind, deren Vorspannung so gewählt ist, daß die Dichtungsanordnung (42) von der Durchflußsteuereinrichtung (50) wegdrückbar ist und Dichtungselemente (43,44) der Dichtungsanordnung (42) in ihrer Dichtungsstellung zu halten sind.

Die Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, der zum Einbau in ein aDtänffo insbsscridsrs sin für Ölbohrungen "sei™-

netes Bohrgestänge mit einem an seinem unteren Ende angeordneten Bohrkopf vorgesehen ist. Der Stoßdämpfer hat die Aufgabe, Stöße zu dämpfen, die beim Bohren in Fels oder anderen harten Bodenformationen auf das Bohrgestänge ausgeübt werden.

Aus der US-PS 36 06 297 ist ein Stoßdämpfer für ein Bohrgestänge bekannt, bei dem in der Nähe des Bohrmeißels ein Stoßdämpfergehäuse, eine im Stoßdämpfer-

Tl 39 864

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gehäuse längsbewegliche Spindel, obere und untere Auf der Spindel ist zwischen der Ventileinrichtung

Dichtungen zwischen Spindel und Gehäuse, eine Dämp- und der unteren Dichtungsanordnung innerhalb der

fungskammer zwischen den Dichtungen sowie eine oberen Ringkammer eine Schraubenfeder eingespannt,

Steuerung für den Fluid-Durchlaß zwischen dem oberen die das elastische Material der unteren Dichtungsanord-

und dem unteren Teil der Dämpfungskammer vorgese- 5 nung in seiner Dichtungsstellung hält und damit seine

hen ist Lebensdauer verbessert In seinem unterhalb der unte-

Aus der DE-OS 20 25 404 ist ein Stoßdämpfer für ein ren Dichtungsanordnung liegenden unteren Abschnitt

Bohrgestänge bekannt, bei dem die Relativbewegung weist der unterste Gehäuseabschnitt eine axiale Boh-

zwischen Spindel und Stoßdämpfergehäuse durch eine rung auf, in der ein komplementär ausgebildeter unterer

inkompressible Flüssigkeit gedämpft wird. Die inkom- io Abschnitt der Spindel gleitend geführt ist Einer oder

pressible Flüssigkeit befindet sich dabei in einem Raum mehrere Dichtungsringe sind in das untere Ende dieser

zwischen zwei auf der Spindel angeordneten Dichtungs- unteren Bohrung eingelegt, um in Verbindung mit der

anordnungen. Die Strömung der inkompressiblen Flüs- unteren Dichtungsanordnung eine untere Ringkammer

sigkeit wird durch eine Steuerventilanordnung gesteu- in dem untersten Gehäuseabschnitt zu bilden. Diese um-

ert Mit dem Stoßdämpfer gemäß der DE-OS 20 25 404 15 schließt eine drehmomentübertragende, jedoch eine

sollen die das Bohrgestänge in Axialrichtung belasten- axiale Gleitbewegung zulassende Dreh-Schiebe-Ver-

den Stöße und der dadurch verursachte Verschleiß des bindung zwischen der Spindel und dem Gehäuse und

Bohrgestänges und des Bohreinsatzes herabgesetzt enthält eine Schmierflüssigkeit für die Dreh-Schiebe-

werden. Verbindung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen 20 Zur Herstellung der drehmomentübertragenden Ver-Stoßdämpfer für ein Bohrgestänge der eingangs ge- bindung zwischen der Spindel und dem Stoßdämpfergenannten Art bereitzustellen, mit dem die Dämpfungs- häuse ist vorzugsweise eine Mehrzahl langgestreckter wirkung und die Verschleißfestigkeit weiter verbessert Mitnehmerelemente oder -Stifte vorgesehen, die achswerden, so daß der Stoßdämpfer insbesondere auch bei parallel im oberen Endabschnitt der unteren Bohrung Bohrungen einsetzbar ist, bei denen das Bohrgestänge 25 oder unteren Ringkammer des unteren Gehäuseaban einer schwimmenden Plattform aufgehängt ist und schnittes angeordnet sind und in an der Außenumfangsdeshalb ständig auf- und abbewegt wird und auf die fläche der Spindel komplementär ausgebildeten achs-Sohle des Bohrloches aufschlägt. parallelen Kanälen, Nuten oder Keilnuten etwa doppel-Diese Aufgabe wird durch die Merkmale gemäß ter Länge gleitend geführt sind. Es ist zu bemerken, daß Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst 30 die Nuten auf der Umfangsfläche der Spindel gleiche Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer umfaßt ein rohr· Abstände voneinander aufweisen und daß mindestens förmiges Gehäuse, das einerseits mit dem Bohrgestänge doppelt so viel Nuten auf der Spindel wie Mitnehmer- und andererseits mit dem Bohrkopf verbunden werden stifte vorhanden sind, so daß die nicht in Eingriff mit kann. In dem Gehäuse ist eine rohrförmige Spindel ver- Mitnehmerstiften stehenden dazwischenliegenden Nuschiebbar gelagert und ragt aus dem unteren Gehäuse- 35 ten als Kanäle für den Fluß des Schmiermittels bei einer ende heraus, so daß sie mit einer üblichen, an dem Bohr- Hin- und Herbewegung der Spindel innerhalb des Gegestänge angeordneten Bohrspitze verbunden werden häuses dienen. Diese zusätzlichen oder in alternierender kann. Das Gehäuse des Stoßdämpfers umfaßt drei rohr- Reihenfolge angeordneten Nuten können auch dann für förmige Abschnitte oder Hülsen, deren oberster eine die Dreh-Schiebe-Verbindung genutzt werden, wenn axial verlaufende Bohrung aufweist, in der eine komple- 40 die bisher mit den Mitnehmerstiften in Eingriff stehenmentär zur Bohrung ausgebildete und am oberen Ende den Nuten zu sehr abgenutzt sind, der Spindel angeordnete Dichtungsanordnung gleitend Die Zeichnungen erläutern die Erfindung anhand eigeführt ist. Eine untere Dichtungsanordnung ist auf ei- nes Ausführungsbeispiels. Es zeigt nem unteren Abschnitt der Spindel verschiebbar einge- F i g. 1 den teilweise in abgebrochener Seitenansicht, spannt, wobei ihre Außenumfangsfläche komplementär 45 teilweise in einem Axialschnitt dargestellten obersten zu einer Axialbohrung im oberen Teil des untersten Gehäuseabschnitt eines erfindungsgemäßen Stoßdämp-Gehäuseabschnittes ausgebildet ist und an der Boh- fers für ein Bohrgestänge, wobei der obere Endabrungswand gleitend anliegt. schnitt des rohrförmigen Gehäuses und der in dem Ge-Der mittlere Gehäuseabschnitt weist eine koaxiale häuse gleitend gelagerten, eine obere Dichtungsanord-Bohrung auf, die eine Verbindung zwischen den Boh- 50 nung tragenden Spindel am unteren Ende der Abwärtsrungen in dem oberen und dem unteren Gehäuseteil bewegung der Spindel dargestellt sind, herstellt Die Bohrung in dem mittleren Gehäuseteil ist Fig.2 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht eines komplementär zu einem Mittelabschnitt der Spindel mittleren oder zweiten Gehäuseabschnittes des erfinausgebildet, die ihrerseits in der Bohrung gleitend ge- dungsgemäßen Stoßdämpfers, welche die Fortsetzunführt ist. Die elastischen Dichtungsanordnungen wirken 55 gen des Gehäuses und der gleitend gelagerten Spindel in der Weise zusammen, daß sie eine obere abgedichtete sowie Füllöffnungen in dem Gehäuse zeigt, Ringkammer zwischen sich einschließen, die im wesent- F i g. 3 eine der F i g. 1 entsprechende Ansicht des unliehen aus den Bohrungen der Gehäuseabschnitte be- tersten oder dritten Gehäuseabschnittes des Stoßdämpsteht und eine inkompressible Flüssigkeit zur Dämpfung fergehäuses, die die Fortsetzungen des Gehäuses und der beim Bohren in harten Bodenformationen auftre- 60 der Spindel, eine innerhalb des Gehäuses befestigte tenden Stöße auf das Bohrgestänge dient. Innerhalb des Durchflußsteuereinrichtung und eine federbelastete ünunteren Abschnittes der oberen Ringkammer bzw. des tere Dichtungsanordnung zeigt, die auf der Spindel veroberen Bohrungsabschnittes des untersten Gehäuseab- schiebbar zwischen der Durchflußsteuereinrichtung und schnittes des Stoßdämpfers ist eine Durchflußsteuer- dem oberen Endabschnitt einer Mitnehmerstifte und oder Ventileinrichtung angeordnet, die den Aufwärts- 65 Mitnehmernuten umfassenden Dreh-Schiebe-Verbinstrom der Dämpfungsflüssigkeit abbremst und dadurch dung zwischen der Spindel und dem Gehäuse eingeeiner Hin- und Herbewegung der Spindel relativ zum spannt ist,
Gehäuse einen Widerstand entgegensetzt. F i g. 4 eine der F i g. 3 entsprechende und diese fort-

setzende 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 Nuten der Dreh-Schiebe-Verbindung zeigt,

F i g. 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,

F i g. 7 eine teilweise abgebrochene Seitenansicht des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers für ein Bohrgestänge mit der verschiebbaren Spindel in ihrer am weitesten nach unten ausgefahrenen Stellung,

Fig.8 eine teilweise geschnittene perspektivische Explosionsdarstellung des oberen Endabschnittes der Spindel und eines Abschlußstückes zum Festlegen der oberen Dichtungsanordnung gemäß F i g. 1 auf diesem Endabschnitt der Spindel,

F i g. 9 eine perspektivische Darstellung der Durchflußsteuereinrichtung,

Fig. 10 eine Draufsicht auf die Durchflußsteuereinrichtung von unten,

F i g. 11 einen vertikalen achsparallelen Schnitt längs Linie 11-11 in F i g. 10, welcher jeweils eines der Rückschlagventile und einen der Durchflußkanäle der Durchflußsteuereinrichtung zeigt, und

F i g. 12 einen horizontalen achsnormalen Querschnitt längs Linie 12-12 in F i g. 4, der die Lage der achsparallelen Kanäle in dem Gehäuse und auf der Umfangsfläche der Spindel relativ zueinander sowie die Mitnehmerstifte zeigt.

In F i g. 7 bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein längliches rohrförmiges Gehäuse eines erfindungsgemäßen 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 und im wesentlichen zylindrische Gehäuseabschnitte, nämlich einen oberen ersten Gehäuseabschnitt 2, einen mittleren 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 herausragenden Ende einen verbreiterten Spindelkopf 6 mit einer in diesem ausgebildeten Gewindebüchse 7 (F i g. 6) zum Anschluß einer üblichen nicht dargestellten Bohrspitze. In F i g. 1 erkennt man, daß am oberen Ende des oberen ersten Gehäuseabschnittes 2 eine Gewindebüchse S zur Verbindung mit dem komplementär ausgebildeten unteren Ende einer der Gestängerohrkupplungen oder Gestängerohrgewinde 9 (F i g. 7) des Bohrgestänges vorgesehen ist Das untere Ende des dritten oder unteren Gehäuseabschnittes 4 ist mit einer gleichartigen Gewindebüchse 10 (Fig.4) zum Einschrauben eines komplementär ausgebildeten Gewindestutzens 11 (F i g. 5) am oberen Ende eines länglichen rohrförmigen Abschlußstückes 12 (F i g. 7) versehen. Dieses Abschlußstück bildet eine Fortsetzung des unteren Gehäuseabschnittes 4. Wie die F i g. 1 zeigt, ist im unteren Ende des ersten Gehäuseabschnittes 2 eine Gewindebüchse 13 zum Einschrauben eines komplementär ausgebildeten Gewindestutzens 14(F i g. 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 (F i g. 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 ίο 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 Relativbewegung 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 20 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 Dichtungsringe 22 bzw. 23 die aus einem geeigneten elastischen Material hergestellt sind und (in einem Radialschnitt betrachtet) vorzugsweise eine konkav-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 Umfangsfläche 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 25 angeordnet, der komplementär ausgeformte, in radialer Richtung konkav ausgebildete Anlageflächen aufweist Zwei entsprechende Endadapter oder Abschlußringe 26 und 27 mitje einer einzigen komplementär ausgebildeten, in radialer Richtung konvexen so Anlagefläche liegen am oberen bzw. unteren Ende der Dichtungsanordnung 18 an den entsprechenden in radialer Richtung konkaven Ringflächen der jeweiligen äußeren Dichtungsringe des 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 be triebsmäßigen 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 28 bzw. 29 eingelegt sind (Fig. 1), 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 keil-

förmigen Dichtungsringe 22 und 23 weitgehend zu verhindern oder doch so gering wie möglich zu halten.

Der mittlere Gehäuseabschnitt 3 (F i g. 2) des Gehäuses 1 des Stoßdämpfers weist eine zur Spindel 5 komplementäre im wesentlichen zylindrische koaxiale Führungsbohrung 30 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 Wand. An den radial äußeren Endabschnitten der Gewindebohrungen 31 sind Senkbohrungen 32 zur Aufnahme der vergrößerten Mehrkantschraubenköpfe von in die Gewindebohrungen 31 eingeschraubten Verschlußschrauben 33 bzw. 34 ausgebildet. In F i g. 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 öl 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 33 ermöglicht, das Austreten des unter Druck stehenden Öls bzw. Schmiermittels aber verhindert Nach dem Füllen des oben genannten Ringraumes wird dieFülleitung 35 entfernt Die äußere Zuführungsbohrung 36 der Verschlußschraube 33 ist so ausgebildet, daß sie danach durch einen geeigneten nicht dargestellten Stopfen bzw. eine Schraube verschlossen werden kann. Wie man in F i g. 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.

Wie aus den F i g. 3 und 4 hervorgeht, weist der untere dritte Gehäuseabschnitt 4 eine in axialer Richtung zwischen der unteren und oberen Gewindebüchse 10 bzw. 16 verlaufende koaxiale Führungsbohrung 40 mit einer polierten Umfangsfläche 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 30 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 (F i g. 3) die der Ringschulter 17 (F i g. 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 Dichtungselementen oder Dichtungsringen 43 und 44, die in radialer Richtung keilförmig ausgebildet sind und an der Umfangswand der Führungsbohrung 40 des Gehäuseabschnittes 4 dichtend anliegen. Ferner umfaßt die Dichtungsanordnung einen entsprechenden Adapterring oder Distanzring 45 zwischen den Sätzen

ίο von Dichtungsringen 43 und 44 sowie einen entsprechenden oberen und unteren Endadapter oder Abschlußring 46 und 47. Diese weisen auf ihren inneren und äußeren Umfangsflächen Nuten auf, in welche O-Ringe 48 bzw. 49 eingelegt sind. Die obere und die unte-

!5 re 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, 30 und 40 des Gehäuses 1 umfaßt.

Auf der Spindel 5 ist eine ringförmig ausgebildete Durchflußsteuer- oder Ventileinrichtung 50 gleitend gelagert und gegen eine Bewegung zusammen mit der Spindel 5 durch eine Mehrzahl von Feststellschrauben 51 gesichert, weiche die Wand des Gehäuseabschnittes 4 in radial verlaufenden Gewindebohrungen 52 durchdringen und in Vertiefungen 53 (F i g. 9) in der Außenumfangsfläche der Ventileinrichtung 50 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 Senkbohrungen 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 50 sind Ringnuten 57 und 58 ausgebildet, in welche O-Ringe 55 bzw. 56 eingelegt sind, die eine Abdichtung zwischen den entsprechenden einander zugewandten Umfangsflächen der Ventileinrichtung 50, der Führungsbohrung 40 des Gehäuseabschnitts 4 und der Außenumfangsfläche der Spinde! 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 50 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 40 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 öl innerhalb des die Führungsbohrungen 2430 und 40 umfassenden Ringraumes 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 40 des unteren Gehäuseabschnittes 4 in axialer Richtung paral-IeI und mit gleichen Abständen zueinander verlaufende längliche Nuten, Rinnen oder Keilnuten 60 ausgebildet.Die Nuten 60 weisen einen halbkreisförmigen Querschnitt auf und wirken mit komplementären Nuten, Rinnen oder Keilnuten 61 in der Außenumfangsfläche der to Spindel 5 zusammen. Die Spindelkanäle oder Nuten 61 sind sehr viel länger als die Nuten 60 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 60 und 61 in der Innenumfangsfläche des Gehäuseabschnittes 4 bzw. der Außenumfangsfläche der Spindel S 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 gegenüber dem Gehäuse 1 erlauben. Wie man am besten aus Fi g. 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 40 und der Spindel 5 dienen, um den Fluß 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 (F i g. 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 F i g. 3 und 7 erkennt, sind in dem unteren Gehäuseabschnitt 4 oberhalb der oberen Enden der Nuten 60, welche die Mitnehmerstifte 62 einschließen, radiale Entlastungsbohrungen gebohrt, die durch zylindrische, an ihren inneren Enden mit der Umfangsfläche der Führungsbohrung 40 des Gehäuseabschnittes 4 bündig abschneidenden Stopfen verschlossen, welche die oberen Enden der genannten Nuten 60 abschließen. Ein Verschleißring 65 (F i g. 4) ist am unteren Ende der Führungsbohrung 40 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 Gewindebüchse 10 am unteren Ende des Gehäuseabschnittes 4 eingeschraubt wird, um eine axiale Bewegung der Mitnehmerstifte 62 zu beschränken.

Um das untere Ende der die Führungsbohmng 40 des Gehäuseabschnittes 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 Umfangsfläche 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 (F i g. 3) zusammen, um das Austreten von Schmierfett oder einem anderen gleichartigen Schmiermittel zu verhindern, das in den unteren Abschnitt des Ringraumes 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 60 der Führungsbohrung 40 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 Fett oder ein anderes geeignetes Schmiermittel auch am unteren Ende der Innenbohrung des Abschlußstückes 12 zwischen zweien seiner inneren O-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 70 verschlossen werden.

Wie man am besten aus den Fig.3, 9, 10 und 11 ersieht, umfaßt die Ventileinrichtung 50 eine im wesentlichen zylindrische 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 76 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 können, um den GesamtfiuQ durch die Kanäle 76 variieren zu können.

Jedes der Rückschlagventile 73 (Fig. 11) umfaßt ein zylindrisches rohrförmiges Ventilgehäuse 79 mit einem eine längliche Befestigungsplatte 80 bildenden Flansch an seinem oberen oder inneren Ende sowie ein Ventilsitzteil 81 mit seitlichen ösen 82. Durch öffnungen in der Befestigungsplatte 80 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 71 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.

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In Betrieb befindet sich der Stoßdämpfer in seiner voll ausgefahrenen Stellung (F i g. 7), wobei sich die untere Dichtungsanordnung 42 in dem unteren Abschnitt des dritten oder unteren Gehäuseabschnittes 4 nahe den oberen Enden der Mitnehmerstifte 62 befindet (F i g. 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 (F i g. 1) in de:n unteren Abschnitt der Führungsbohrung 24 des ersten Gehäuseabschnittes 2 mit dem Resultat, daß der größte Teil der Flüssigkeit in dem von den Führungsbohrungen 30 und 40 der Gehäuseabschnitte 3 und 4 zwischen den Dichtungsanordnungen 18 und 42 gebildeten Ringraumes sich unterhalb der Ventileinrichtung 50 befindet. Da die Ventilkugeln 85 der Rückschlagventile 73 (F i g. 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 50 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 50 gepreßt, wobei die Schraubenfeder 59 zwischen den beiden Anordnungen 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 (F i g. 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 Bohrvorganges 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

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

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

a) einem nahe dem Bohrkopf mit dem Bohrgestänge verbindbaren rohrförmigen Stoßdämpfergehäuse (1),

b) einer in dem Stoßdämpfergehäuse (1) verschiebbar angeordneten, zur Verbindung mit dem Bohrkopf aus dem unteren Ende des Stoßdämpfergehäuses (1) herausgeführten rohrförmigen Spindel (5),

c) einer oberen und einer unteren, die Spindel (5) umgebenden und auf dieser angeordneten Dichtungsanordnung (18,42) zum Herstellen einer Abdichtung zwischen Spindel (5) und Stoßdämpfergehäuse (1), wobei die Dichtungsanordnungen (18,42) eine obere Ringkammer in dem Stoßdämpfergehäuse zwischen sich einschließen,

d) unterhalb der unteren Dichtungsanordnung (42) angeordneten Kraftübertragungsmitteln (60, 61, 62, 63) zur Herstellung einer drehmomentübertragenden, eine axiale Relativverschiebung ermöglichenden Antriebsverbindung zwischen Spindel (5) und Stoßdämpfergehäuse (1),

e) einer inkompressiblen Dämpfungsflüssigkeit in der oberen Ringkammer zum Abdämpfen der Relativbewegung von Spindel (5) und Stoßdämpfergehäuse (1),

f) einer in der oberen Ringkammer angeordneten Durchflußsteuereinrichtung (50) zur Steuerung des Flüssigkeitsdurchflusses bei einer Relativbewegung von Spindel (5) und Stoßdämpfergehäuse (1) und zum Vermindern der Durchflußgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes von einem unterhalb der Durchflußsteuereinrichtung (50) liegenden Abschnitt der Ringkammer zu einem oberhalb der Durchflußsteuereinrichtung (50) liegenden Abschnitt der Ringkammer, wobei die Aufwärtsbewegung der Spindel (5) relativ zum Stoßdämpfergehäuse (1) gedämpft wird, dadurch gekennzeichnet,

g) daß die untere Dichtungsanordnung (42) auf der Spindel (5) verschiebbar angeordnet und mittels des durch die Verminderung der Durchflußgeschwindigkeit der aufwärts strömenden Dämpfungsflüssigkeit zwischen der Durchflußsteuereinrichtung (50) und der unteren Dichtungsanordnung (42) erzeugten Flüssigkeitsdrucks von der Durchflußsteuereinrichtung (50) weg nach unten drückbar ist, wobei eine begrenzte Aufwärtsbewegung der Spindel (5) relativ zur unteren Dichtungsanordnung (42) ermöglicht ist,

h) daß unterhalb der Kraftübertragungsmittel (60, 61,62,63) eine Enddichtung (66) zum Abdichten zwischen den unteren Abschnitten des Gehäu-

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