DE2828798A1

DE2828798A1 - Rotary-gesteinsmeissel mit einem einen ausdehnungsraum aufweisenden schmiermittelsystem und verfahren zum aufbauen eines solchen meissels

Info

Publication number: DE2828798A1
Application number: DE19782828798
Authority: DE
Inventors: Robert Dale Clamon; Samuel Lee Penny
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1977-07-01
Filing date: 1978-06-29
Publication date: 1979-01-18
Also published as: FR2396152A1; NO782265L; JPS5414302A; BR7804216A; AU518619B2; IT1105345B; GB1602807A; SE7806864L; FI781181A; AU3618578A; IT7850099A0; NL7805380A; MX147222A

Description

Rotary-Gesteinsmeißel mit einem einen Ausdehnungsraum aufweisenden Schmiermittelsystem und Verfahren zum Aufbauen eines solchen Meißels

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Erd- oder Tiefbohrtechnik im allgemeinen und bezieht sich im besonderen auf ein Verfahren zum Aufbauen eines Rotary-Gesteinsmeißels und auf einen solchen Meißel selbst, der eine Einrichtung zum Ausgleichen an Drücke in seinem Schmiermittelsystem aufweist.

Bei bekannten Systemen zur Zufuhr von Schmiermittel zu den Lagerstellen von Rotary-Gesteinsmeißeln sind Probleme und Schwierigkeiten aufgetreten, die auf die lange Lebensdauer moderner Meißel und die große Vielfalt von Umgebungsbedingungen, welche während des Bohrvorganges von Einfluß sind, zurückzuführen sind. Wenn ein Rotary-Gesteinsmeißel in ei-

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ne Tiefbohrung abgesenkt wird, so erhöht sich der Umgebungsdruck am Meißel um etwa 0,035 bar für je 30 cm Tiefe. Das bedeutet, daß bei einer Tiefe von 3000 m der hydrostatische Druck an der Außenseite des Meißels 350 bar oder mehr betragen kann, was auf das Gewicht der Bohrflüssigkeit in der Bohrung oberhalb des Meißels zurückgeht. Damit ein Schmiermittelsystem bei diesen erhöhten Drücken in der Bohrung einwandfrei funktioniert, muß Vorsorge dafür getroffen werden, den Innendruck des Schmiermittels in dessen System mit dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeit in der Bohrung auszugleichen. Das Nichtvorhandensein eines wirksamen Druckausgleichsystems in bekannten Erdbohrmeißeln hat zur Zerstörung eines Elements oder mehrerer Elemente des Schmiermittelsystems geführt. Die am meisten gegen Zerstörung anfälligen Elemente des Schmiermittelsystems von bekannten Gesteinsmeißeln sind die Dichtung und die flexible Membran im Schmiermittelvorratsbehälter.

Vielartige andere Umgebungsbedingungen beeinflussen weiterhin die Arbeite- und Leistungsfähigkeit von Druckausgleichsystemen· Beispielsweise erhöht sich die Temperatur mit weiterem Vordringen der Bohrung in die Erde, und Temperaturen im Bereich von 250° bis 350 C bei einer Tiefe von 3000 m sind zu erwarten, wobei die Temperaturen in größeren Tiefen sogar noch höher liegen. Wenn der Meißel gedreht wird und seine Kegelrollmeißel die Formationen angreifen, dann wird eine große Hitzemenge erzeugt, die zu einer Erhöhung der Umgebungstemperatur des Meißels führt. Die erhöhte Temperatur hat einen nachteiligen Einfluß auf das Schmiermittel, die Bauelemente des Meißels einschließlich des Schmiermittelsystems, das Druckausgleichsystem und die Lager.

Schwankende Druckbedingungen oder -zustände einschließlich der Größe der Schwankung müssen ebenfalls beim Vorsehen eines Druckausgleichsystems in Betracht gezogen werden.

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Während des Bohrvorgangs werden periodische Druckänderungen hervorgerufen, die die Bauelemente des Schmiermittel- und des Druckausgleichsystems zerstören können. Auch müssen während des Bohrens dem Bohrstrang zum fortschreitend tieferen Eindringen in die Erde weitere Rohrlängen angefügt werden, was bedeuten kann, daß während der normalen Lebensdauer eines abgedichteten Rotary-Gesteinsmeißels 50 oder 60 Rohrlängen dem Bohrstrang angefügt werden. Um eine Rohrlänge, die im allgemeinen 9 m lang ist, anzufügen, muß die Drehung des Meißele unterbrochen und der gesamte Bohrstrang, einschließlich des Meißels, hoch genag aufgeholt werden, damit die Mitnehmerstange vom Drehtisch freikommen kann (10 bis 15 m). Da die Betriebskosten an einer Ölbohranlage beispielsweise recht beträchtlich sind, muß die Zeit, während welcher der Meißel von der Sohle der Bohrung frei ist und nicht bohrt, minimal gehalten werden. Deshalb muß das Anfügen einer Rohrlänge schnell durchgeführt werden, und der Bohrstrang muß so schnell wie möglich aufgeholt und abgesenkt werden. Dieses Aufholen und Absenken des Bohrstrangs ruft Druckänderungen hervor, die auf das Schmiermittel- und das Druckausgleichsystem einen Einfluß haben.

Wenn der Meißel an der Bohrlochsohle anliegt, ist der Druck des Schmiermittels gleich oder nahezu gleich dem hydrostatischen Druck der Flüssigkeit in der Tiefbohrung. Wenn jedoch der Bohrstrang aufgeholt wird, dann wirkt der Meißelkörper in der Bohrung wie ein Kolben in einem Zylinder. Der vergrößerte Durchmesser des Meißelkörpers übt auf die Flüssigkeitssäule über ihm auf Grund der Geschwindigkeit, mit der der Meißel im Bohrloch aufwärts fährt, eine Kraft aus. Die Geschwindigkeit der an dem Teil des Meißels mit großes Durchmesser vorbeiströmenden Flüssigkeit kann recht hoch sein, wodurch im Gebiet zwischen den Schneidwerkzeugen und dem Meißelhauptkörper, wo die Dichtung angeordnet ist, ein Niederdruckbereich erzeugt wird. Der Unterschied im Druck

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der Flüssigkeit im Dichtungsgebiet und im Druck des Schmiermittels innerhalb des Meißels kann in der Größenordnung von 7 bar oder mehr während Zeiten einer hohen Beschleunigung dea Bohrstrangs liegen·

Bei einer beträchtlichen Anzahl von abgedichteten Rotary-Gesteinsmeißeln werden Dichtungen verwendet, die einer Strömung in beiden Richtungen widerstehen. Ein typisches Beispiel für eine solche Dichtungsart ist eine O-Ringdichtung· Meißel, bei denen derartige Dichtungen verwendet werden, können einem beträchtlichen Druckaufbau im Schmiermittelsystem begegnen· Einige der potentiellen Quellen für einen Druckaufbau sind das Druckdifferential zwischen dem im Meißel befindlichen Schmiermittel sowie der außerhalb des Meißels befindlichen Flüssigkeit in der Bohrung und die thermische Ausdehnung des Schmiermittels, die von den hohen, während des Bohrens auftretenden Temperaturen hervorgerufen wird.

Viele unterschiedliche Systeme wurden angewendet (oder in Druckschriften beschrieben), um auf das Schmiermittel in einem Schmiermittelsystem eines Rotary-Gesteinsmeißels wirkende Druckänderungen zu kompensieren. So wurde ein beweglicher, im Schmiermittelvorratsbehälter angeordneter Kolben bekannt, wobei der Bereich oberhalb des Kolbens zum Äußeren des Meißels hin entlüftet wird, um die Kolbenoberseite dem Umgebungsdruck der Tiefbohrung auszusetzen. Es wurde ein Rückschlag-Entlastungsventil vorgesehen, das bei niedrigen Drücken arbeiten soll, um einen Auswärtsfluß aus dem Schmiermittelvorratsbehälter zur Außenseite des Meißels zuzulassen, irgendeinen Fluß in der entgegengesetzten Richtung aber zu blockieren· Ferner wurde ein Schmiermittelvorratsbehälter beschrieben, der einen permanenten Verschlußstopfen, innerhalb der Eingangsöffnung zum Vorratsbehälter befestigt, und einen zeitweiligen Verschlußstopfen, innerhalb der ftingangsöffnung des Vorratsbehälters anstelle des

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permanenten Stopfens angeordnet, wenn der Vorratsbehälter mit Schmiermittel gefüllt wird, vorgeschlagen. Wenn der Vorratsbehälter gefüllt und der permanente Stopfen anstelle des zeitweiligen Stopfens angebracht ist, dann ist zwischen dem Schmiermittel im Behälter und der Innenseite des permanenten Stopfens ein Ausdehnungsraum vorhanden. Ein frei atmender oder entlüftender poröser Filterstopfen ist in einem Kanal angeordnet worden, um den Innendruck des Schmiermittels im Vorratsbehälter und den hydrostatischen Druck der Bohrflüssigkeit in der Tiefbohrung einander anzugleichen. Auch wurde eine eine Druckkompensation oder einen Druckausgleich über eine das im Meißel befindliche Schmiermittel von dem außerhalb des Meißels befindlichen Bohrschlamm trennende Dichtung beschrieben, wobei eine ausreichende Verschiebung der Dichtung vorgesehen ist, um Änderungen im Schmiermittelvolumen, die durch die beim Bohrvorgang auftretenden Temperatur- und Druckänderungen hervorgerufen werden, aufzunehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbau eines Erdbohrmeißels anzugeben und einen solchen Meißel zu schaffen, bei dem bei einfacher Konstruktion und sicherer Wirkungsweise die im Schmiermittelsystem auftretenden Volumenänderungen aufgenommen werden können, und zwar unter Ausschaltung der bekannten Systemen anhaftenden Nachteile.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß ein Verfahren zum Aufbauen eines Erdbohrmeißele und ein Erdbohrmeißel selbst vorgeschlagen, wobei im Meißel ein geschlossenes Schmiermittelsystem mit einem in diesem befindlichen Ausdehnungsraum vorgesehen wird, um Änderungen im Tolumen des Schmiermittels aufzunehmen. Hierbei ist in einem Schmiermittelvorratshohlraum im Meißel eine flexible Membran angeordnet, die den Hohlraum in «inen Schmiermittel-

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und einen Ausdehnungsteil unterteilt. Das Volumen des Ausdehnungs'teils soll nicht wesentlich geringer als 5 % des Volumens des Schmiermittelsystems sein. Die flexible Membran ist federnd ausgebildet. Beim Aufbau des Meißels wird der Schmiermittelteiljdes Vorratsbehälters mit Schmiermittel gefüllt und auf dieses ein Druck aufgebracht, so daß die flexible Membran in den Ausdehnungsraum gestreckt wird. Nach Druckentlastung des Schmiermittels kann sich die flexible Membran entspannen und aus dem Ausdehnungsraum zurückziehen. Damit wird in dem Meißel ein Ausdehnungsraum geschaffen, der jegliche Volumenänderungen des Schmiermittels während des Bohrens aufnimmt.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Armes des Erdbohrmeißels mit dem Schmiersystem;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Schmiermittelvorratsbehälters von Fig. 1 im leeren Zustand und

Fig. 3 im gefüllten Zustand, wobei die flexible Membran des Vorratsbehälters ausgedehnt ist;

Fig. 4 eine zu Fig. 2 gleichartige Darstellung für eine andere Ausführungsform und

Fig. 5 eine zu Fig. 3 gleichartige Darstellung des Vorrats behälter· von Fig. 4.

Die Fig. 1 zeigt einen Arm eines Rotary-Gesteinsmeißels 10 mit drei Kegelrollmeißeln, die in abgedichteten Lagern laufen. Der Gesteinsmeißel 10 hat einen Meißelkörper oder ein Meißelhauptteil, an dessen oberem Ende sich ein Gewindeabschnitt 11 befindet, der zum Anschluß des Meißels 10 an das untere Ende eines (nicht gezeigten) Rotary-Bohrstranges dient. Vom Meißelkörper 11 ragen drei im wesentlichen iden-

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tische Arme nach unten, von denen ein Arm 13 in Fig. 1 gezeigt ist. Das untere Ende eines jeden der Arme ist mit einer Verlängerung versehen, die ein Lagerungsteil bildet, dessen Einzelheiten nachfolgend erläutert werden. Drei Kegelrollmeißel, von denen der Meißel 22 in Fig. 1 gezeigt ist, sind an je einem von den Armen vorragenden Lagerzapfen 18 drehbar angebracht. Jeder der Kegelrollmeißel 22 weist an seiner Außenoberfläche Schneiden 21 auf, die dazu dienen, die Erd- oder Gesteinsformationen bei Drehung und Abwärtsbewegung des Gesteinsmeißels 10 zu zerkleinern. Die Schneiden 21 sind im Beispiel als Wolframkarbid-Einsätze dargestellt, es ist jedoch klar, daß an deren Stelle auch andere Schneiden, z.B. Stahlzähne, verwendet werden können.

Der Kegelrollmeißel 22 ist am Lagerungsteil des Armes 13 drehbar gelagert und kann bei Drehung des Meißels 10 die Erdformationen zerkleinern, wobei die Schneiden 21 an der Außenoberfläche des Rollmeißele 22 sich gegen die Erdschichten in in der einschlägigen Technik bekannter Weise anlegen und diese zerstückeln. Das Lagerungsteil des Arnes 13 weist einen Lagerzapfen 18 auf, auf dem der Rollneißel 22 befestigt ist. Im Lagerbereich sind zwischen dem Rolleeißel 22 und dem Lagerzapfen 18 mehrere Lagersysteme angeordnet, die ein äußeres Gleit- (Friktion·-) -lager 20, Rollenlager 27, ein inneres Gleitlager 26 und ein Druck- oder Tragstützt» lager 25 enthalten. Zwischen dem Rollaeißel 22 und des Lagerzapfen 18 ist ein 0-Dichtunsering angebracht, dar Schmiermittel im Lagerbereich rund um die Lagerayeteae zurückhält und ein Eindringen irgendwelcher Materialien aus de« Erdbohrloch in die Lager verhindert. Ein Schuiermittelkanal dient der Zufuhr von Schmiermittel zu den Lagersysteeen. Der Kanal 17 ermöglicht auch, wie gezeigt ist, die Einführung der Kugeln, aus denen das Kugellager 27 besteht, an ihren Platz, nachdem der Rollmeißel 22 auf dem Lagerzapfen l8 angeordnet worden ist. Die Kugeln des Lagers 27 dienen auch der Halterung des Rollmeißels 22 am Lagerzapfen 18.

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Wenn die Kugeln an ihrem Platz sind, dann wird in den Schmiermittelkanal 17 ein Verschlußglied 16 eingesetzt und im Kanal mittels der Schweiße 15 gehalten. Das Verschlußglied l6 hat über dem größten Teil seiner Länge einen verminderten Durchmesser, so daß Schmiermittel zum Lagerbereich geführt werden kann. Zusätzliche Kanäle 23, 24 und 28 gehen vom Schmiermittelkanal 17 zum Lagerbereich aus, um eine ausreichende Schmiermittelzufuhr zu den Lagern 20, 27, 26 und 25 sicherzustellen.

Für die Zufuhr von Schmiermittel zu den Lagern ist im Arm 13 ein Schmiermittelvorratsbehälter angeordnet, der über den Schmiermitteldurchgang Ik mit dem Kanal 17 verbunden ist, so daß Schmiermittel vom Vorratsbehälter unmittelbar zu den Lagern gelangen kann. Xn dem Schmiermittelvorratsbehälter ist eine flexible, federnde Membran angeordnet, die den unteren Teil des Behälters umschließt. Der Bereich der Schmiermittelbehälterbohrung, der außerhalb der Membran liegt, wird über einen Durchlaß 29,der das untere Ende der Behälterbohrung mit dem Gewölbe des Meißels 10 verbindet, zu diesem Gewölbe hin entlüftet. Das obere Ende des Schmiermittelbehälters ist von einer Kappe verschlossen, die durch einen Schnappring im Arm 13 festgelegt ist. Rund um die Kappe zieht sich ein O-Dichtungsring, der das Schmiermittel im Behälter zurückhält, und durch die Kappe führt eine Öffnung, die der Zufuhr von Schmiermittel zum Vorratsbehälter dient und von einem Stopfen 9 verschlossen ist.

Der G«ateinsm«ißel 10 weist einen entlang seiner Längsachse verlaufenden mittigen Kanal 12 auf, durch den Bohrflüssigkeit vom oberen Teil des (nicht gezeigten) Bohrstranges abwärts und durch drei (nicht gezeigte) Düsenöffnungen hinter die Schneiden der Kegelrollmeißel geführt werden kann. Im Betrieb ist der Gesteinsmeißel 10 als unterstes Glied an einen Bohrstrang angeschlossen, der in die Bohrung abge-

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senkt wird, bis die Rollmeißel an der Sohle der Bohrung anliegen. Bei Anlage an der Bohrlochsohle wird der Bohrstrang und mit ihm der Meißel gedreht. Durch den Innenkanal des Rotary-Bohrstranges und in der Fortsetzung durch den mittigen Kanal 12 des Meißels 10 wird Bohrflüssigkeit abwärts gedrückt, die durch die Düsen hinter den Schneiden der Rollmeißel zur Sohle der Bohrung hin austritt, von wo aus sie aufwärts im Ringraum zwischen dem Bohrstrang und der Bohrlochwand fließt, wobei sie das vom Bohrvorgang herrührende Bohrklein mit sich führt.

Die Fig. 2 zeigt den Bereich des Schmiermittelvorratsbehälters des Gesteinsmeißels 10 in Einzelheiten. Die Schmiermittelvorratsbohrung 30 erstreckt sich in den Arm 13 des Meißels 10, wobei ihr unteres Ende über den Durchlaß 29 zum Gewölbe des Meißels 10 hin entlüftet wird. Von der Bohrung 30 verläuft der Schmiermitteldurchgang Ik zum Lagerbereich. Im Durchgang 14 ist ein Gewindestück 36 vorgesehen, das einen Stopfen während des Vorgangs, wenn das Verschlußglied l6 mittels der Schweiße 15 festgelegt ist, aufnehmen kann. Hierzu wird der Arm 13 in Wasser eingetaucht, um einen durch Hitzeeinwirkung beim Schweißen entstehenden Schaden zu verhindern, und der in das Gewindestück 36 eingeschraubte Stopfen dient dazu, einen Eintritt von Wasser in den Lagerbereich zu unterbinden»

In der Vorratsbohrung 30 ist eine flexible, federnde Membran untergebracht, die durch die Behälterk~appe 37 an ihrem Platz gehalten wird. Eine ausgeformte, O-ringartige Dichtung 35_t die in erster Linie eine axiale, in zweiter Linie eine radiale Dichtung ist, ist durch die Behälterkappe 37 zusammengedrückt, um eine einwandfreie Abdichtung zwischen der flexiblen Membran 32 und der Bohrung 30 herzustellen. Eine 0-Ring-Kappendichtung 38 liegt oberhalb des Durchgangs 14 zwischen der Behälterkappe 37 und der Bohrung 30, um eine sichere Abdichtung für den Schmiermittel-

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vorratsbehälter zu bewirken. Die Behälterkappe 37 wird durch den Schnappring 39 an ihrem Platz gehalten. Eine mit Gewinde versehene Füllöffnung 40 ist dazu vorgesehen, den Vorratsbehälter mit Schmiermittel zu füllen, und diese Öffnung ist von einem Stopfen 9 verschlossen.

Der in Fig. 2 gezeigte Vorratsbehälter ist noch nicht mit Schmiermittel gefüllt; solches empfängt er unter Pumpendruck durch die Füllöffnung 40. Das Schmiermittel gelangt durch einen Kanal in der Kappe 37 und durch den Schmiermitteldurchgang 14 zu den Lagern. Die flexible, federnde Membran füllt in ihrem entspannten Zustand die Bohrung 30 nicht vollständig aus. Außerhalb der Membran 32 ist ein Ausdehnungsraum 31 vorgesehen. Wie noch erläutert werden wird, hat es eich herausgestellt, daß der Ausdehnungsraum nicht wesentlich kleiner sein soll als 5 % der Gesamtkapazität des Schmiersystems, und der in Fig. 2 gezeigte Ausdehnungsraum hat etwa 10 % der Gesamtkapazität des Schmiersystems , während der Schmiermittelbereich etwa 90 % der Gesamtkapazität des Schmiersystems ausmacht. An der Stirnfläche der flexiblen, federnden Membran 32 ist ein plattierte Metallplatte 33 angeordnet.

Mit Bezug auf Fig. 3 wird das Füllen des Schmiermittelvorratsbehälters beschrieben. Hierzu wird ein Rohr 8 an die mit Gewinde versehen· Füllöffnung 40 angeschlossen. An den SchMieraitt«lb*hält«r wird dann ein Vakuum angelegt, um das gesamt· Schmiersystem zu entlüften. Hierauf wird durch das Rohr 8 Schmiermittel in den Behälterbereich (Vorratsraum) 34, in di· Kanäle zu den Lagern und in den Lagerbereich eingeführt. Das zufließende Schmiermittel wird durch das Rohr unter D_ruck gesetzt, wodurch die flexible, federnde Membran 32 gestreckt und ausgedehnt wird, so daß sie im wesentlichen den gesamten Bereich der Vorratsbohrung 30 ausfüllt. Die flexible Membran 32 ist in Fig. 2 in ihrer Ausgangslage vor Einführung von Schmiermittel und in Fig. 3 in ihrer

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ausgedehnten Lage, wenn das Schmiermittel dem Druck ausgesetzt wird, gezeigt. Bei anschließender Aufhebung der Druckwirkung auf das Schmiermittel bewirkt die Nachgiebigkeit bzw. federnde Eigenschaft der Membran 32 deren Rückkehr in ihren ursprünglichen, unverformten Zustand, wobei etwas Schmiermittel durch die Füllöffnung 40 zurück nach außen gedrückt wird. Dadurch kann der Ausdehnungsraum 31 j wie in Fig. 2 gezeigt ist, jegliche Volumenvergrößerung innerhalb des Schmiermittelbereichs, die während des Bohrvorgangs auftritt, aufnehmen.

Zur Bestimmung der bevorzugten Größe des Ausdehnungsraumes 31 wurden Versuche durchgeführt. Als Ergebnis dieser Versuche wurde ermittelt, daß der Ausdehnungsraum 3I nicht kleiner sein soll als im wesentlichen 5 % der Gesamtkapazität des Schmiersystems. Eine Analyse der Versuche zeigte, daß der Ausdehnungsraum 3I bevorzugterweise etwa 10 % der Gesamtkapazität des Schmiersystems ausmachen soll, während der Schmiermittel enthaltende Bereich etwa 90 % der Gesamtkapazität des Schmietrjüy^tems betragen soll. Die Versuche wurden in der nachstehend beschriebenen Weise durchgeführt.

Der Meißel wurde gereinigt und das in ihm befindliche alte Fett herausgespült. Neue Membranen, die ohne jegliche Art von Armatur zusammengebaut waren, wurden in den Meißel zusammen mit neuen Behälterkappen, 0-Ringen, Schnappringen und 'Stopfen eingesetzt. Der Meißel wurde mit Hilfe einer Vakuumpumpe evakuiert und dann mit frischem Schmierfett gefüllt. Während des Füllens mit Fett wurde am Boden der Vorratsbohrung ein Ausdehnungsraum freigelassen, dessen Volumen sehr sorgfältig kontrolliert wurde. Dann wurden der Gestalt des Bodens der Vorratsbohrung angepaßte Wachspfropfen ausgeformt, deren Stärke kontrolliert wurde, so daß das von ihnen eingenommene Volumen bekannt war. Diese Pfropfen waren aus Carbowax 15^0 gefertigt, das einen Schmelzpunkt von 46 C hat. Beim Zusammenbauen wurde der Wachspfropfen am Bo-

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den der Vorratsbohrung angeordnet, dann wurden die Membran und die Kappe eingesetzt. Bei der Füllung mit Schmierfett wurde die Membran nach unten gegen den Pfropfen hin ausgedehnt. Nachdem der Meißel mit Fett gefüllt war, wurde die Fettzufuhrvorrichtung von der Füllöffnung abgenommen, und es wurde dem Fett die Möglichkeit zum Austreten gegeben, bis der innere Fettdruck mit dem der Atmosphäre sich ausgeglichen hatte, woraufhin das System verschlossen wurde. Der Meißel wurde dann in einen Kübel mit Öl bei Raumtemperatur gelegt und anschließend auf 100? C erhitzt sowie auf dieser Temperatur für eine Stunde gehalten. Sobald die Temperatur auf 46 C anstieg, dürften die Wachspfropfen geschmolzen und das Wachs durch die Entlüftungslöcher zum Gewölbe des Meißels ausgeflossen sein, wobei auf diese Weise ein Ausdehnungsraum für die Membran übrigbleibt. Nach dem Halten der Temperatur auf 100 C für eine Stunde wurden der Meißel und das Öl auf 121 C erhitzt sowie eine Stunde auf dieser Temperatur gehalten. Hierauf erfolgten eine Erhitzung auf ca. 150 C und ein Halten auf dieser Temperatur für eine weitere Stunde. Während all dieser Heizperioden wurde der Innendruck mit an den Behälterverschlußkappen angebrachten Druckanzeigern überwacht. Es wurden mehrere Versuche, wie vorstehend beschrieben wurde, mit unterschiedlich großen Waohspfropfen durchgeführt, um zu bestimmen, welch großer Ausdehnungsraum für die zuverlässige Sicherstellung, daß kein Innendruck im Schmiermittel sich aufbauen wird, nötig ist. Es wurde festgestellt, daß dann, wenn das Schmiersystem bis auf im wesentlichen 5 % seiner Gesamtkapazität gefüllt ist, der zwischen dem Boden der Vorratsbohrung und der Membran verbleibende Ausdehnungsraum ausreichend groß ist, um die Ausbildung von übermäßigen Innendrücken des Schmiermittels zu verhindern.

Bei der Ausführungeform nach den Fig. k und 5 sind der Entlüftung sdurchlaß vom Boden der Vorratsbohrung zum Gewölbe des Meißels und die in Fig. 3 gezeigte 0-Ringdichtung 38 wegge-

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lassen worden. Aus diesen Gründen ist die Ausführungsform nach Fig. 4 und 5 als die bevorzugte anzusehen.

Wie Fig. 4 zeigt, erstreckt sich die Schmiermittelvorratsbohrung 45 in den Arm 42 des Meißels 4l. Das untere Ende der Bohrung 45 ist verschlossen. Von der Bohrung 45 zieht sich ein Schmiermitteldurchgang 43 zum Lagerbereich. Im Schmiermitteldurchgang 43 ist ein Gewindestück 44 zur Aufnahme eines Stopfens während des Schweißvorgangs, bei dem das Verschlußglied für den zum Einbringen der Lagerkugeln dienenden Kanal eingeschweißt wird, vorgesehen. Während des Schweißvorgangs wird der Meißel 4l in Wasser getaucht, um eine Beschädigung irgendeines seiner Elemente durch Hitzeeinwirkung zu verhindern. Der in das Gewindestück 44 eingesetzte Stopfen unterbindet ein Eindringen von Wasser in den Lagerbereich.

In der Bohrung 45 ist eine flexible, federnde Membran 47 untergebracht, die durch die Behälterkappe 54 an ihrem Platz gehalten wird. Eine besonders ausgeformte, O-ringartige Dichtung 52, die in erster Linie eine axiale, in zweiter Linie eine radiale Dichtung ist, wird von der Behälterkappe 54 zusammengedrückt, um eine einwandfreie Abdichtung zwischen der flexiblen Membran 47 und der Bohrung 45 herzustellen. Die O-ringartige Dichtung 52 liegt zwischen der Behälterkappe 54 und einem Metallring 5Ii um eine einwandfreie Abdichtung für den Vorratsbehälter sicherzustellen. Die Abdeckkappe 54 wird an ihrem Platz durch einen Schnappring 53 festgehalten. Durch die Abdeckkappe 54 zieht sich ein Kanal zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Flüssigkeit im Bohrloch und der flexiblen Membran.

Ein mit Gewinde versehener Füllkanal 56 ist im Arm 42 vorgesehen, um den Vorratsbehälter mit Schmiermittel füllen zu können. Der Füllkanal 56 ist durch einen in das Gewinde 55 eingreifenden Stopfen 58 verschlossen.

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Der in Fig. 4 gezeigte Vorratsbehälter ist noch nicht mit Schmiermittel gefüllt; dieses wird dem Vorratsraum 50.unter Pumpendruck durch den Füllkanal 56 zugeführt. Das Schmiermittel gelangt dann durch den Schmiermitteldurc.hgang 43 zum Lagerbereich. In ihrem entspannten Zustand füllt die flexible, federnde Membran 47 die Bohrung 45 nicht vollständig aus; außerhalb der Membran 47 verbleibt ein Ausdehnungsraum 49·-Wie vorher schon erläutert wurde, soll, wie gefunden wurde, der Ausdehnungsraum nicht kleiner sein als etwa 5 % der Gesamtkapazität des Schmiersystems. An der Stirnfläche der flexiblen, federnden Membran ist eine plattierte Metallplatte 48 angebracht. Ein Metallbehälter 46 dient dazu, die Membran gegen ein Reißen durch Druck der im Bohrloch befindlichen Flüssigkeit zu schützen.

Mit Bezug auf Fig. 5 wird das Füllen des Vorratsbehälters erläutert. Hierzu wird ein Rohr 57 mit dem mit Gewinde versehenen Füllkanal 56 verbunden. An das Schmiermittelvorratssystem wird ein Vakuum angelegt, um das gesamte Schmiersystem zu evakuieren. Dann wird durch das Rohr 57 Schmiermittel in den Vorratsbehälter 50» in die zu den Lagern führenden Kanäle und in den Lagerbereich eingeführt. Das Schmiermittel wird bei seinem Einbringen durch das Rohr 57 unter Druck gesetzt, wodurch ein Strecken und Ausdehnen dar flexiblen, federnden Membran 47 bewirkt wird, so daß sie den gesamten zur Verfügung stehenden Raum im wesentlichen ausfüllt. In Fig. 4 ist die flexible Membran 47 in ihrem ursprünglichen Zustand vor dem Einführen von Schmiermittel gezeigt, während Fig. 5 die Membran in ihrem gedehnten Zustand, wenn auf das Schmiermittel ein Druck einwirkt, zeigt. Nach Aufheben des auf das Schmiermittel von außen wirkenden Drucks bewirkt die Federeigenschaft der Membran deren Rückkehr in den ursprünglichen, ungedehnten Zustand, wobei etwas Schmiermittel durch die Füllöffnung 56 nach außen gedrückt wird. Hierdurch wird der Ausdehnungsraum

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49 (Fig· 4) gebildet, der jegliche Volumenvergrößerung im Schmierbereich während des Bohrvorgangs aufnimmt« Wie vorher erwähnt wurde, wurde festgestellt, daß dann, wenn der Ausdehnungsraum zwischen Behälterkappe und Membran nicht wesentlich kleiner isjt als 5 % der Gesamtkapazität des Schmiersystems, er die Bildung irgendwelcher übermäßigen inneren Schmiermitteldrücke verhindert.

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Claims

Meissner & Meissner PATENTANWALTS BU RO BE RUIN - MÖNCHEN 2328798 PATENTANWÄLTE DIPL.-1NG. W. MEISSNER (BLN) DIPL-ING. P. E. MEISSNER (MCHN) DIPL-ING. H.-J. PRESTING (BLN) HERBERTSTR. 22, 1000 BERLIN 33 Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unsere Zeichen Berlin, den (SC-77-22) 29ο6.1978 Fall 366 - DRESSER INDUSTRIES, INC. Dallas, Texas 75221, USA Patentansprüche

1. Verfahren zum Aufbauen eines Rotary-Gesteinsmeißels, gekennzeichnet durch Vorsehen eines Schmiermittelvorratshohlraumes (30, 45) in dem Meißel (10, 4l) , durch Einsetzen einer flexiblen, federnden Membran (32, 47) in diesen Hohlraum derart, daß sie den Hohlraum (30, 45) in einen Schmiermittelteil (34, 50) und einen Ausdehnungsteil (31, 49) unterteilt, durch Füllen des Schmiermittelteils (34, 50) des Vorratshohlraumes mit einem Schmiermittel und Aufbringen von Druck auf dieses, so daß die flexible Membran in den Ausdehnungsteil hinein gestreckt wird, und durch Aufheben des auf das Schmiermittel wirkenden Drucks, so daß die flexible Membran sich entspannen und aus dem Ausdehnungsteil sich zurückziehen kann.

2. Verfahren zum Aufbauen eines Rotary-Gesteinsmeißels, gekennzeichnet durch Vorsehen eines Schmiermittelvorratshohlraumes (30, 45) in dem Meißel (10, 4l), durch Einsetzen einer flexiblen, federnden Membran (32, 47) in diesen Hohlraum derart, daß sie den Hohlraum (30, 45) in einen Schmiermittelteil (34, 50) und einen Ausdehnungsteil (31, 49) unterteilt, durch Fül-

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BORO MÖNCHEN: TELEX: TELEGRAMM: TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO: ST. ANNASTR. 11 1-85644 INVENTION BERLIN BERLIN 31 W. MEISSNER, BLN-W 8000 MÖNCHEN 22 INVEN d BERLIN 030/891 60 37 BERLINER BANK AG. 122 82 -109 TEL.: 089/22 35 44 030/892 23 82 3695716000

ORIGINAL INSPECTED

len des Schmiermittelteils (34, 50) des Vorratshohlraumes mit einem Schmiermittel und Aufbringen von Druck auf dieses, so daß die flexible Membran sich streckt, um den Ausdehnungsteil im wesentlichen auszufüllen, und durch Aufheben des auf das Schmiermittel wirkenden Drucks, so daß die flexible Membran (32, 47) aus dem Ausdehnungsteil zurückgeht.

3. Verfahren zum Aufbauen eines Rotary-Gesteinsmeißels, gekennzeichnet durch Anbringen einer Schmiermittelvorratsbohrung (45) mit einem offenen und einem geschlossenen Ende im Meißel, durch Anbringen einer das offene Ende der Vorratsbohrung verschließenden Kappe (54), durch Einsetzen einer flexiblen, federnden Membran (47) in die Schmiermittelvorratsbohrung zwischen deren geschlossenem Ende uad der Kappe, so daß die Membran die Bohrung in einen Schmiermittelteil zwischen dem geschlossenen Ende der Vorratsbohrung und der flexiblen Membran sowie einen Ausdehnungsteil zwischen der Kappe und der flexiblen, federnden Membran unterteilt, durch Füllen des Schmiermittelteils der Vorratsbohrung (45) mit einem Schmiermittel und Aufbringen von Druck auf dieses, so daß die flexible Membran sich streckt, um den AusdehHungsteil im wesentlichen auszufüllen, und durch Aufheben des auf das Schmiermittel wirkenden Drucks, so daß die flexible Membran (47) aus dem Ausdehnungsteil zurückgeht.

4. Erdbohrmeißel, gekennzeicht durch einen Meißelkörper, durch einen Schmiermittelvorratshohlraum (30, 45) im Meißelkörper, durch eine flexible, federnde Membran (32, 47) im Schmiermittelvorratshohlraum, die diesen in einen Schmiermittel- sowie einen Ausdehnungsteil unterteilt, durch eine Einrichtung (40, 56) zum Füllen des Schmiermittelteils (34, 50) des Vorratshohlraumes mit einem Schmiermittel und eine Einrichtung zum Unterdrucksetzen des Schmiermittels, so daß die flexible Membran sich derart dehnt, daß

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sie den Ausdehnungsbereich (31, ^9) im wesentlichen ausfüllt, und durch eine Einrichtung zur Druckentlastung des Schmiermittels, so daß die flexible, federnde Membran aus dem Ausdehnungsteil zurückgeht.

5. Verfahren zum Aufbauen eines Rotary-Gesteinsmeißels, gekennzeichnet durch Vorsehen eines Schmiermittelsystems für den Meißel (10, 4l) mit einem Schmiermittelvorratshohlraum (30, 45) in dem Meißel (10, 4l) , durch Einsetzen einer flexiblen, federnden Membran (32, 47) in diesen Hohlraum derart, daß sie den Hohlraum in einen Schmiermittelteil (34, 50) und einen Ausdehnungsteil (31, 49), der im wesentlichen nicht weniger als 5 % des Volumens des Schmiermittelsystems einnimmt, unterteilt, durch Füllen des Schmiermittelteils (34, 50) des Vorratshohlraumes mit einem Schmiermittel und Aufbringen von Druck auf

dieses, so daß die flexible Membran in den Ausdehnungteil hinein gestreckt wird, und durch Aufheben des auf das Schmiermittel wirkenden Drucks, so daß die flexible Membran sich entspannen und aus dem Ausdehnungsteil sich zurückziehen kann.

6. Verfahren zum Aufbauen eines Rotary-Gesteinsmeißels, gekennzeichnet durch Vorsehen eines Schmiermittelsystems für den Meißel mit einem Schraiermittelvorratshohlraum (30, 45) in dem Meißel (10, 4l), durch Einsetzen einer flexiblen, federnden Membran (32, 47) in diesen Hohlraum derart, daß sie den Hohlraum in einen Schmiermittelteil (34, 50) und einen Ausdehnungsteil (31, 49), der im wesentlichen nicht weniger als 5 % des Schmiermittelsystems ausmacht, unterteilt, durch Füllen des Schmiermittelteils.(34, 50) des Vorratshohlraumes mit einem Schmiermittel und Aufbringen von Druck auf dieses, so daß die flexible Membran sich streckt, um den Ausdehnungsteil im wesentlichen auszufüllen, und durch Aufheben des auf das Schmiermittel wirkenden Drucks, so daß die flexible Membran (32, 47) aus dem Ausdehnungsteil zurückgeht.

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7. Verfahren zum Aufbauen eines Rotary-Gesteinsmeißels, gekennzeichnet durch Vorsehen eines Schmiermittelsystems . für den Meißel mit einer Schmiermittelvorratsbohrung (45) mit einem {ffenen und einem geschlossenen Ende im Meißel, durch Anbringen einer das offene Ende der Vorratsbohrung verschließenden Kappe (5^), durch Einsetzen einer flexiblen, federnden Membran (47) in die Schmiermittelvorratebohrung zwischen deren geschlossenem Ende und der Kappe, so daß die Membran die Bohrung in einen Schmiermittelteil zwischen dem geschlossenen Ende der Vorratsbohrung und der flexiblen Membran sowie einen Auedehnungsteil zwischen der Kappe und der flexiblen, federnden Membran unterteilt, wobei der Ausdehnungsteil im wesentlichen nicht weniger als 5 % des Volumens des Schmiermittelsystems einnimmt, durch Füllen des Schmiermittelteils der Vorratsbohrung (45) mit einem Schmiermittel und Aufbringen von Druck auf dieses, so daß die flexible Membran sich streckt, um den Ausdehnungsteil im wesentlichen auszufüllen, und durch Aufheben des auf das Schmiermittel wirkenden Drucks, so daß die flexible Membran (47) aus dem Ausdehnungsteil zurückgeht.

8. Erdbohrmeißel, gekennzeichnet durch einen Meißelkörper, durch ein Schmiermittelsystem im Meißelkörper mit einem Schmiermittelvorratshohlraum (30, 45) im Meißelkörper, durch eine flexible, federnde Membran (32, 47) im Schmiermittelvorratshohlraum, die diesen in einen Schmiermittelsowie einen Auedehnungsteil, der im wesentlichen nicht weniger als 5 % des Volumens des Schmiermittelsystems einnimmt, unterteilt, durch eine Einrichtung (40, 56) zum Füllen des Schmiermittelteils (34, 50) des Vorratshohlraume« mit einem Schmiermittel und eine Einrichtung zum Unterdrucksetzen des Schmiermittels, so daß die flexible Membran sich derart dehnt, daß sie den Ausdehnungsbereich (31, 49) im wesentlichen ausfüllt, und durch eine Einrichtung zur Druckentlastung des Schmiermittels, so daß die

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flexible, federnde Membran aus dem Ausdehnungsteil zurückgeht.

9. Verfahren bzw. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungsteil im wesentlichen 10 % des Volumens des Schmiermittelsystems einnimmt»

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